Ako pochopiť klasickú mechaniku: 12 krokov (s obrázkami)

Klasická fyzika je štúdium pohybu, projektilov, kladiek a planét. Zaoberá sa najmä pohybom veľkých objektov v priestore pri relatívne nízkych pomalých rýchlostiach. Klasická fyzika sa zaoberá mechanikou pohybu objektu v reakcii na silu. Z tohto dôvodu sa klasická fyzika často označuje jednoducho ako mechanika alebo kinematika.

Časť 1 z 3:Učenie sa Newtonovým zákonom pohybu a zachovania


Definujte prvý Newtonov pohybový zákon. Prvý Newtonov zákon hovorí, že každý objekt v pohybe sa bude naďalej pohybovať rovnakým smerom a rovnakou rýchlosťou, pokiaľ naň nebude pôsobiť iná sila, ktorá jeho pohyb zmení. Ak je objekt nehybný, zostane nehybný.

  • Tento prvý zákon sa niekedy označuje ako zákon zotrvačnosti.[1]
  • Tento zákon hovorí, že objekt sa pohybuje konštantnou rýchlosťou (rýchlosťou a smerom), pokiaľ naň nepôsobí nenulová (nevyvážená) čistá sila. Na objekt, ktorý sa nepohybuje, pôsobí nulová čistá sila.


Pochopte druhý Newtonov zákon pohybu. S rastúcou silou pôsobiacou na objekt sa zvyšuje zrýchlenie objektu. Samotná sila neurčuje zrýchlenie objektu; rozhodujúcu úlohu zohráva aj hmotnosť objektu. Čím väčšia je hmotnosť objektu, tým pomalšie sa zrýchľuje.[2]

  • Tento vzťah možno vysvetliť pomocou vzorca F = ma, kde „F“ je sila pôsobiaca na objekt, „m“ je hmotnosť objektu a „a“ je zrýchlenie objektu.
  • Iný spôsob, ako uvažovať o tomto zákone, je, že objekt nebude zrýchľovať, ak naň nebude pôsobiť nevyvážená (alebo čistá) sila.[3]


Naučte sa tretí Newtonov pohybový zákon. Tretí zákon hovorí, že každá akcia má rovnakú a opačnú reakciu.[4]
Keď na objekt pôsobí sila, existuje sila presne rovnakej veľkosti, ktorá ho tlačí späť v opačnom smere ako pôvodná sila.

  • Napríklad, keď si sadnete na lavicu, pôsobíte na lavicu silou smerom nadol, ale lavica na vás pôsobí rovnakou silou smerom nahor.[5]
  • Tento zákon hovorí, že všetky sily prichádzajú v pároch.


Poznať zákony zachovania energie, hybnosti a uhlového momentu. Zákon zachovania energie hovorí, že „energiu nemožno vytvoriť ani zničiť.“ Inými slovami, energia zostáva v izolovanom systéme konštantná. To isté platí pre hybnosť a uhlový moment: v izolovanej sústave zostávajú hybnosť a uhlový moment konštantné.[6]

  • Je dôležité si uvedomiť, že izolovaný systém je taký, v ktorom naň nepôsobia žiadne vonkajšie sily. V skutočnosti izolovaný systém v skutočnosti neexistuje, ale je to užitočný model na opis základných princípov fyzikálnych zákonov prírody.

2. časť z 3:Pochopenie pohybu objektov


Preštudujte si odvodenie základných rovníc. Existujú štyri základné rovnice, ktoré opisujú pohyb objektu z hľadiska času (t), rýchlosti (vf: konečná rýchlosť; vi: počiatočná rýchlosť), zrýchlenie (a) a posunutie (d).[7]
Tieto rovnice sú známe ako kinematické rovnice a možno ich rôzne prestaviť, aby sa vyriešila požadovaná veličina.[8]
Schopnosť odvodiť tieto rovnice samostatne upevní vaše porozumenie týmto pojmom.

  • Zrekonštruujte si doma základné fyzikálne laboratóriá a pokúste sa odvodiť rovnice zo získaných údajov.
  • Základné kinematické rovnice sú:
    • d = vit + ½at2
    • vf2 = vi2 + 2ad
    • vf = vi + na stránke
    • d = (vi + vf)/2 * t


Definujte vektor. Vektor je veličina bežne používaná v matematike a fyzike, ktorá má veľkosť aj smer.[9]
Veľkosť definuje „dĺžku“ pohybu. Keď hovoríme o rýchlosti, veľkosť je rýchlosť, ktorou sa objekt pohybuje. Smer, ktorým sa objekt pohybuje, určuje druhú zložku vektora, smer.

  • Keď sú objekty v pohybe, spravidla sa pohybujú jedným smerom určitou rýchlosťou. Môže sa pohybovať konštantnou rýchlosťou alebo zrýchľovať, ale v oboch prípadoch sa hovorí, že pohyb má veľkosť aj smer; preto je jeho pohyb vektorom.[10]


Nakreslite diagramy problému. Fyzika môže byť veľmi abstraktná, ale najlepší spôsob, ako sa dostať k podstate problému, je nakresliť ho. Nakreslite základný obrázok toho, čo sa deje v opísanom probléme, a potom pridajte všetky existujúce sily.[11]

  • Sily sú vektory, takže ich nezabudnite nakresliť pomocou šípky s veľkosťou aj smerom.
  • Nezabudnite na neviditeľné sily, ako je gravitačná sila, sila trenia a normálová sila (sila, ktorá pôsobí proti objektu, o ktorý sa opiera).[12]


Precvičte si niektoré príklady. Najlepší spôsob, ako sa niečo naučiť, je hneď sa do toho ponoriť. Vyskúšajte si riešenie niektorých základných úloh, aby ste si overili svoje porozumenie. Pri riešení akejkoľvek úlohy nakreslite diagram, napíšte danosti, určte, čo riešite, a použite správnu rovnicu na riešenie vašej neznámej.[13]

  • Napríklad: Nájdite vzdialenosť, ktorú potrebuje auto pohybujúce sa rýchlosťou 25 m/s na zastavenie pri použití zrýchlenia -9 m/s2.
  • Nakreslite obrázok auta a nakreslite šípky znázorňujúce smer jazdy.
  • Zapíšte poznatky: vf = 0 m/s, vi = 25 m/s, a = -9 m/s2, d = ?
  • Určiť príslušnú rovnicu: vf2 = vi2 + 2ad
  • Zapíšte si známe: 02 = 252 + 2(-9)(d)
  • Vyriešte d: d = (02 – 252)/-18 = 34.72 m
  • Auto prešlo 34.72 metrov pred zastavením.

Časť 3 z 3:Rozšírenie vedomostí


Prečítajte si učebnicu fyziky pre začiatočníkov. Ak sa chcete naozaj ponoriť do klasickej fyziky, kúpte si učebnicu pre začiatočníkov a začnite čítať.[14]
Na skutočné pochopenie pojmov nestačí len ich prečítanie. Musíte si tiež prezrieť vzorové úlohy a vyskúšať si niektoré z otázok na konci každej kapitoly.

  • Skôr ako prejdete na ďalší koncept, venujte čas spracovaniu odvodení základných pohybových rovníc a skutočne pochopte, prečo fungujú.


Absolvujte online kurz fyziky. Samostatné čítanie učebnice vám nemusí stačiť na to, aby ste získali takú hĺbku vedomostí, akú by ste vo fyzike chceli. Existuje mnoho otvorených kurzov a online kurzov, ktoré môžete absolvovať v súvislosti s fyzikou.[15]
[16]
Mnohé z týchto kurzov majú úlohy na overenie vášho porozumenia a fóra na diskusiu o práci.

  • Tieto typy kurzov sa tiež dajú ľahko zaradiť do vášho rozvrhu, pretože na látke môžete pracovať vtedy, keď máte čas.


Experimentujte a riešte praktické úlohy, aby ste si overili svoje porozumenie. Fyzika je predmet, ktorý sa najlepšie učí praktickými činnosťami a riešením úloh z praxe. Urobte niekoľko základných pokusov a zistite, či dokážete odvodiť rovnice na základe vašich údajov. Odpovedzte na všetky otázky na konci každej kapitoly a skontrolujte svoje riešenia.

  • Vyhľadajte viac súborov problémov online pre koncepty, ktoré sú problematickejšie ako iné.
  • Fyzika stavia sama na sebe, preto pokračujte v riešení praktických úloh, kým nebudete mať pocit, že ste daný koncept zvládli, a až potom prejdite na ďalší.

  • Zapíšte sa na základný kurz fyziky na miestnej vysokej škole. Ak sa vám najlepšie pracuje v triede, pozrite si kurzy dostupné na miestnej komunitnej vysokej škole. Vyberte si kurz s dobre hodnoteným profesorom v čase, ktorý dobre zapadá do vášho rozvrhu. Absolvovanie kurzu len preto, že ste na látku zvedaví, môže byť naozaj zábavné a je väčšia pravdepodobnosť, že sa na prácu sústredíte a látku sa naozaj naučíte.

    • Využite úradné hodiny a otvorené laboratóriá na prediskutovanie pojmov, ktoré vám môžu spôsobovať problémy.
  • Odkazy