1. razred - Fizika
3.1 Dinamika translatornog kretanja
Uzajamno delovanje tela
Dinamika proučava kretanje tela i uzroke koji su doveli do kretanja ili promene pri kretanju tela.
Za proučavanje ovih pojava u dinamici se uvode veličine kao što su sila, masa i impuls. Ove tri veličine su osnovne veličine u dinamici.
Uzajamna delovanja tela mogu da budu različita. Neka od njih su već od ranije poznata: gravitacija, električno ili magnetno.
Jedan od oblika uzajamnog delovanja se ostvaruje neposrednim kontaktom dva tela.
Tela takođe mogu da deluju jedno na drugo i bez neposrednog kontakta: privlačenje objekata od strane zemlje, privlačenje metalnih predmeta od strane magneta, i tako dalje.
Sila
Sila je kvantitativna mera uzajamnog delovanja (interakcije) tela. Usled interakcije tela nastaju deformacije tela. Deformacije tela mogu biti vidljive.
Pored deformacije tela, sila može da uzrokuje i promene pri kretanju tela. Sila je vektorska veličina (određena je kao i svi vektori pravcem, smerom i intenzitetom).
Jedinica mere za silu je Njutn [N].
Masa tela
Masa tela je mera inertnosti tela. (Inertnost je težnja tela da se odupre promeni stanja u kojem se nalazi).
Jedinica mere za masu je kilogram [kg].
Impuls tela
Veličina koja je određena proizvodom mase i brzine tela se zove impuls tela.
Impuls je vektorska veličina.
Jedinica mere za impuls je kilogram metar u sekundi [kgm/s].
Prvi Njutnov zakon
Telo se kreće ravnomerno pravolinijski ili je u stanju mirovanja ukoliko na njega ne deluju druga tela (ili se njihova dejstva međusobno ne poništavaju). Ovaj zakon se zove i zakon inercije. Ukoliko ne bi postojala gravitacija, trenje, jednom pokrenuto telo bi se kretalo zauvek.
Objekti veće mase imaju veću inerciju, za njih je potrebno uložiti veću silu da bi im se promenilo stanje u kojem se nalaze.
Ovaj zakon se oseća u svakodnevnom životu.
Drugi Njutnov zakon
Ovo je jedan od osnovnih zakona mehanike., daje vezu između sile, mase i ubrzanja. Proizvod mase i ubrzanja jedak je sili koja deluje na to telo.
Ukoliko se istom silom deluje na tela različitih masa, razlikuje se ubrzanje tela:
Ukoliko se i jedna i druga kolica vuku istom silom, ubrzanje će biti veće kod kolica sa manjom masom.
Treći Njutnov zakon
Sila kojom jedno telo deluje na drugo telo, jednaka je po pravcu i intenzitetu, a suprotnog smera, sili kojom drugo telo deluje na prvo. Često se ovaj zakon zove zakon akcije i reakcije.
Ovo su sve poznate situacije iz svakodnevnog života.
Ovaj primer sa čamcem zna da bude i smešan i opasan.
Inercijalni referentni sistem
Referentni sistemi u kojima važi Zakon inercije, zovu se inercijalni referentni sistemi. Referentni sistemi koji se kreću ravnomerno pravolinijski u odnosu na dati referentni sistem takođe su inercijalni.
Inercijalni referentni sistemi su sistemi koji su u stanju mirovanja ili se kreću ravnomerno pravolinijski.
Galilejev princip relativnosti kretanja
U svim inercijalnim sistemima sve mehaničke pojave se dešavaju na isti način. Zakoni mehanike imaju isti matematički oblik u svim inercijalnim referentnim sistemima. Zakoni mehanike ne zavise od inercijalnih sistema.
Neinercijalni referentni sistem
Referentni sistemi koji se u odnosu na neki inercijalni referentni sistem kreću ubrzano, zovu se neinercijalni referntni sistemi.
U neinercijalnim referntnim sistemima ne važe Njutnovi zakoni mehanike.
Inercijalna sila (sila inercije)
U neinercijalnim sistemima je moguće primenjivati Njutnovi zakoni, ali u modifikovanom obliku. U obzir se pored sile uvede i pojam sile inercije (ili inercijalna sila).
U neinercijalnim sistemima osim realne sile postoji i sila inercije koja ne potiče od uzajamnog delovanja tela, već je posledica ubrzanog (ili usporenog) kretanja referentnog sistema.
Centripetalna sila
Prilikom ravnomernog kružnog kretanja intenzitet brzine tela je stalan. Pravac brzine se neprekidno menja, samim time je i kretanje promenljivo (ubrzano). Ubrzanje je usmereno ka centru kružne putanje, to je centripetalno ubrzanje. Intenzitet centripetalnog ubrzanja je:
Prema Drugom Njutnovom zakonu dinamike sila koja deluje na telo je:
Ova sila je usmerena kao i centripetalno ubrzanje, ka centru kružne putanje. Na osnovu ovoga ova sila se naziva centripetalna sila. Njen intenzitet je:
Centripetalna sila je srazmerna proizvodu mase tela i kvadratu brzine a obrnuto srazmerna poluprečniku kružne putanje i usmerena je ka centru kružnice po kojoj se telo kreće.
Na gornjoj slici su prikazani primeri kruženja objekta oko zemlje i objekta koji se okreće na kanapu oko ruke.
Centrifugalna sila
Ranije je zaključeno da u svakom neinercijalnom referentnom sistemu (koji se kreće ubrzano u odnosu na inercijalni sistem), deluje inercijalna sila. Ukoliko se za telo koje se kreće ravnomerno po kružnoj putanji veže referentni sistem, to telo ima centripetalno ubrzanje, sledi da u tom sistemu deluje inercijalna sila. Ova inercijalna sila se zove centrifugalna sila.
Inercijalna sila koja deluje u referentnom sistemu koji se kreće po kružnoj putanji naziva se centrifugalna sila.
Centrifugalna sila ima pravac poluprečnika kružne putanje a smer usmeren od centra kretanja, suprotan pravcu centripetalnog ubrzanja. Intenzitet centrifugalne sile se određuje formulom:
Prikaz centrifugalne i centripetalne sile:
Potrebno je istaći da su centripetalna i centrifugalna sila različitog porekla. Centripetalna sila je realna sila (izazvana uzajamnim delovanjem tela). Centrifugalna sila je kao i svaka druga inercijalna sila nerealna (fiktivna) pošto nije izazvana delovanjem drugih tela, ali su njeni efekti realni.
Centripetalna i centrifugalna sila postoje u dva principijelno različita referentna sistema. U inercijalnom sistemu postoji samo centripetalna sila, a u neinercijalnom sistemu postoji samo centrifugalna sila. Ne može se desiti da u jednom od tih sistema postoje obadve sile. Iz tog razloga se ove dve sile ne mogu međusobno poništiti.