Cơ học Newton
Cơ học Newton mô tả chuyển động của các vật thể thông qua các lực tác dụng lên khối lượng, được điều chỉnh bởi ba định luật của Newton và nguyên lý rằng lực bằng tốc độ thay đổi động lượng theo thời gian.
Definition
Cơ học Newton là một nhánh của cơ học cổ điển dự đoán chuyển động của các vật thể vĩ mô từ các lực tác dụng lên chúng, sử dụng định luật thứ hai của Newton F = dp/dt (hoặc F = ma đối với khối lượng không đổi) cùng với các nguyên lý bảo toàn động lượng và năng lượng.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm công thức vectơ (dựa trên lực) của cơ học cổ điển: các định luật của Newton, động lực học của hạt và hệ hạt, định lý công-năng lượng, bảo toàn động lượng và năng lượng, và phân tích chuyển động dao động. Nó xử lý chuyển động trong các hệ quy chiếu quán tính và sự giới thiệu các lực quán tính trong các hệ quy chiếu phi quán tính, tạo thành cơ sở thực nghiệm và khái niệm mà các công thức Lagrangian và Hamiltonian sau này được xây dựng dựa trên đó.
Sub-topics
Core questions
- Các lực tác dụng lên một vật thể xác định quỹ đạo của nó theo thời gian như thế nào?
- Những đại lượng nào được bảo toàn trong quá trình chuyển động, và trong những điều kiện nào?
- Mô tả chuyển động thay đổi như thế nào giữa các hệ quy chiếu quán tính và phi quán tính?
- Các hệ dao động phản ứng như thế nào với sự tắt dần và với các lực điều khiển bên ngoài?
Key concepts
- Lực và khối lượng quán tính
- Hệ quy chiếu quán tính và phi quán tính
- Động lượng tuyến tính và xung lượng
- Động năng và thế năng
- Lực bảo toàn so với lực không bảo toàn
- Lực quán tính (lực ảo)
- Dao động điều hòa đơn giản
Key theories
- Các định luật chuyển động của Newton
- Ba định luật phát biểu rằng một vật thể duy trì chuyển động đều trừ khi có một lực tổng hợp tác dụng lên nó (quán tính), rằng lực tổng hợp bằng tốc độ thay đổi động lượng, và rằng các lực giữa hai vật thể là bằng nhau và ngược chiều.
- Định lý công-năng lượng và bảo toàn năng lượng
- Công tổng cộng thực hiện trên một hạt bằng sự thay đổi động năng của nó; đối với các lực bảo toàn, tổng năng lượng cơ học được bảo toàn, định nghĩa thế năng là một hàm của vị trí.
- Bảo toàn động lượng tuyến tính
- Trong trường hợp không có lực bên ngoài, tổng động lượng tuyến tính của một hệ được bảo toàn, một hệ quả trực tiếp của định luật thứ ba của Newton đối với các hệ hạt tương tác.
Clinical relevance
Cơ học Newton làm nền tảng cho hầu hết các lĩnh vực động lực học kỹ thuật, đạn đạo, thiết kế phương tiện và cấu trúc, cơ học thiên thể cho quỹ đạo tàu vũ trụ và vệ tinh, và dự đoán chuyển động hàng ngày ở quy mô con người nơi tốc độ thấp hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng và các hiệu ứng lượng tử là không đáng kể.
History
Cơ học Newton được Isaac Newton hệ thống hóa trong tác phẩm Principia năm 1687, tổng hợp động học của các vật rơi của Galileo và các định luật hành tinh của Kepler thành một khuôn khổ suy diễn duy nhất về lực và chuyển động. Trong suốt thế kỷ XVIII, Euler, d'Alembert và những người khác đã định hình lại và mở rộng nó, trong khi thế kỷ XIX đã làm rõ năng lượng và động lượng là các đại lượng bảo toàn, tạo tiền đề cho các công thức phân tích của Lagrange và Hamilton.
Key figures
- Isaac Newton
- Galileo Galilei
- Leonhard Euler
- Jean le Rond d'Alembert
Related topics
Seminal works
- newton1687
- goldstein2002
- kleppner2014
Frequently asked questions
- Tại sao định luật thứ hai của Newton thường được viết là F = ma thay vì F = dp/dt?
- Hai dạng này tương đương khi khối lượng không đổi. Dạng động lượng F = dp/dt tổng quát hơn và được yêu cầu cho các hệ có khối lượng thay đổi theo thời gian, chẳng hạn như tên lửa.
- Hệ quy chiếu quán tính là gì?
- Hệ quy chiếu quán tính là một hệ quy chiếu trong đó một vật thể không chịu tác dụng của lực tổng hợp sẽ chuyển động thẳng đều, do đó các định luật của Newton được áp dụng mà không cần hiệu chỉnh; trong các hệ quy chiếu phi quán tính, các lực quán tính phải được thêm vào.