Kandungan
- Undang-undang Newtons
- Angkatan
- Kinematik Linear dan Putar
- Momentum dan Tenaga
- Moment of Inertia
- Gelombang dan Gerakan Harmonik Mudah
- Matematik dalam Mekanik Klasik
- One-Dimensional Motion vs. Motion dalam Dua Dimensi
Mekanik adalah cabang fizik yang berurusan dengan gerakan objek. Memahami mekanik adalah sangat kritikal untuk mana-mana ahli sains, jurutera atau orang yang ingin tahu masa depan yang ingin tahu, katakan, cara terbaik untuk memegang perengkuh semasa menukar tayar.
Topik umum dalam kajian mekanik termasuk undang-undang Newtons, kekuatan, kinematik linear dan rotasi, momentum, tenaga dan gelombang.
Undang-undang Newtons
Antara sumbangan lain, Sir Isaac Newton mengembangkan tiga hukum pergerakan yang penting untuk memahami mekanik.
Newton juga menggubal undang-undang graviti universal, yang membantu menggambarkan tarikan antara dua objek dan orbit tubuh di angkasa.
Undang-undang Newtons melakukan pekerjaan yang baik meramalkan gerakan objek yang sering merujuk kepada undang-undang dan ramalannya berdasarkan kepada mereka sebagai mekanik Newton atau mekanik klasik. Walau bagaimanapun, pengiraan ini tidak tepatnya terangkan dunia fizikal di bawah semua keadaan, termasuk apabila sesuatu objek bergerak berhampiran dengan kelajuan cahaya atau bekerja pada skala sangat kecil - relativiti khusus dan mekanik kuantum adalah bidang yang membolehkan ahli fizik mempelajari gerakan di alam semesta melampaui apa yang Newton boleh menyiasat.
Angkatan
Angkatan sebab gerakan. Kekuatan pada dasarnya adalah push atau pull.
Jenis kuasa yang berbeza yang pelajar sekolah menengah atau pelajar pengenalan pasti dapat bertemu termasuk: gaya graviti, geseran, ketegangan, anjal, pakai dan musim bunga. Fizik menarik daya ini bertindak pada objek dalam rajah khas yang dipanggil gambar rajah badan-bebas atau rajah kekerasan. Rajah sedemikian adalah kritikal dalam mencari kekuatan bersih pada objek, yang seterusnya menentukan apa yang berlaku kepada usulnya.
Undang-undang Newtons memberitahu kita bahawa kuasa bersih akan menyebabkan objek mengubah halajunya, yang boleh bermakna perubahan kelajuannya atau arahnya berubah. Tiada kekuatan bersih bermakna objek tetap seperti bagaimana ia: bergerak pada halaju malar atau berehat.
A kekuatan bersih adalah jumlah kuasa berganda yang bertindak pada sesuatu objek, seperti dua pasukan tarik-perang yang menarik tali dalam arah bertentangan. Pasukan yang menarik lebih keras akan menang, yang mengakibatkan lebih banyak pasukan mengarahkan jalan mereka; itulah sebabnya tali dan pasukan lain akhirnya mempercepatkan arah itu.
Kinematik Linear dan Putar
Kinematik adalah cawangan fizik yang membolehkan usul diterangkan hanya dengan menggunakan satu set persamaan. Kinematik tidak merujuk kepada kuasa asas, punca usul itu, sama sekali. Itulah sebabnya kinematik juga dianggap sebagai cabang matematik.
Terdapat empat persamaan kinematik utama, yang kadang-kadang dipanggil persamaan gerakan.
Kuantiti yang boleh dinyatakan dalam persamaan kinematik menggambarkan usul line__ar (pergerakan dalam garis lurus), tetapi masing-masing juga boleh dinyatakan gerakan putaran (juga dikenali sebagai gerakan bulat) menggunakan nilai-nilai analog. Sebagai contoh, bola yang meluncur di sepanjang lantai secara linear akan mempunyai halaju linear v, dan juga halaju sudut ω, yang menggambarkan kadarnya berputar. Dan sedangkan a kekuatan bersih menyebabkan perubahan dalam gerakan linear, a tork bersih menyebabkan perubahan dalam putaran objek.
Momentum dan Tenaga
Dua topik lain yang jatuh ke dalam cabang mekanik fizik adalah momentum dan tenaga.
Kedua-dua kuantiti ini adalah dipelihara, yang bermaksud, dalam sistem tertutup, jumlah momentum atau tenaga tidak boleh berubah. Kami merujuk kepada jenis undang-undang ini sebagai undang-undang pemuliharaan. Satu lagi undang-undang pemuliharaan yang biasa, biasanya dikaji dalam kimia, adalah pemuliharaan massa.
Undang-undang pemuliharaan tenaga dan pemuliharaan momentum membolehkan para ahli fizik meramalkan halaju, perpindahan dan aspek lain gerakan pelbagai objek yang berinteraksi antara satu sama lain, seperti papan luncur yang meluncur ke jalan yang berlanggar atau bola bili.
Moment of Inertia
Moment inersia adalah konsep utama dalam memahami gerakan putaran bagi objek yang berbeza. Ia adalah kuantiti berdasarkan jisim, jejari dan paksi putaran objek yang menggambarkan betapa sukarnya untuk mengubah halaju sudutnya - dengan kata lain, betapa sukarnya untuk mempercepat atau melambatkan pemintalannya.
Sekali lagi, sejak gerakan putaran adalah analogi kepada gerakan linear, momen inersia adalah sama dengan konsep linear inersia, seperti yang dinyatakan oleh undang-undang Newtons pertama. Lebih banyak jisim dan radius yang lebih besar memberikan objek momen inersia yang lebih tinggi, dan sebaliknya. Rolling sebuah meriam bola besar yang lebih besar ke bawah lorong adalah lebih sukar daripada rolling bola tampar!
Gelombang dan Gerakan Harmonik Mudah
Gelombang adalah topik khusus dalam fizik. Gelombang mekanikal merujuk kepada gangguan itu memindahkan tenaga melalui perkara - gelombang air atau gelombang bunyi adalah kedua-dua contoh.
Gerak harmonik mudah adalah satu lagi gerakan pergerakan berkala di mana zarah atau objek berayun di sekitar titik tetap. Contohnya termasuk pendulum kecil sudut berayun bolak-balik atau spring bergelung melantun ke atas dan ke bawah seperti yang diterangkan oleh Undang-undang cangkuk.
Kuantiti biasa fizik digunakan untuk mengkaji gelombang dan gerakan berkala adalah tempoh, kekerapan, kelajuan gelombang dan panjang gelombang.
Gelombang elektromagnetik, atau cahaya, adalah satu lagi gelombang yang dapat melewati ruang kosong kerana tenaga tidak dibawa oleh materi, tetapi oleh medan berayun. (Oscillation adalah istilah lain untuk getaran.) Walaupun cahaya bertindak seperti gelombang dan sifatnya boleh diukur dengan jumlah yang sama sebagai gelombang klasik, ia juga bertindak sebagai zarah, yang memerlukan beberapa fizik kuantum untuk menerangkan. Oleh itu, cahaya tidak sepenuhnya sesuai dengan kajian mekanik klasik.
Matematik dalam Mekanik Klasik
Fizik adalah sains yang sangat matematik. Penyelesaian masalah mekanik memerlukan pengetahuan mengenai:
One-Dimensional Motion vs. Motion dalam Dua Dimensi
Skop sekolah fizik atau kursus fizik kolej pengenalan biasanya merangkumi dua tahap kesukaran dalam menganalisis situasi mekanik: melihat gerak satu dimensi (lebih mudah) dan gerak dua dimensi (lebih sukar).
Gerak dalam satu dimensi bermaksud objek bergerak sepanjang garis lurus. Jenis-jenis masalah fizik boleh diselesaikan menggunakan algebra.
Pergerakan dalam dua dimensi menerangkan apabila objek objek mempunyai komponen menegak dan mendatar. Iaitu, ia sedang bergerak dua arah sekaligus. Jenis masalah ini boleh menjadi pelbagai langkah dan mungkin memerlukan trigonometri untuk diselesaikan.
Gerakan projektil adalah contoh umum gerakan dua dimensi. Gerakan projektil adalah mana-mana jenis gerakan di mana satu-satunya daya yang bertindak ke atas objek adalah graviti. Sebagai contoh: bola yang dilemparkan di udara, sebuah kereta yang memandu di tebing atau anak panah ditembak pada sasaran. Dalam setiap kes ini, laluan objek melalui udara mengesan bentuk busur, bergerak secara mendatar dan menegak (sama ada ke atas dan kemudian ke bawah, atau ke bawah).