Fizyka – Wprowadzenie, Dynamika i Ruch Obrotowy

Zestaw fiszek pojęciowych obejmujący podstawowe definicje wielkości fizycznych, zasady dynamiki Newtona, siły tarcia oraz kinematykę i dynamikę ruchu obrotowego.

Wielkość fizyczna

Cecha obiektu lub zjawiska, którą można porównać ilościowo z taką samą własnością innego obiektu lub zjawiska. Wymaga jednoznacznego zdefiniowania poprzez ustalony sposób pomiaru oraz przyjętą jednostkę.

Wzorzec kilograma a definicja od 2019 roku

Do 2019 roku jednostka masy była definiowana przez materialny wzorzec kilograma; obecnie masa $1\,\text{kg}$ definiowana jest w oparciu o stałą Plancka $h$.

Jednostki podstawowe i pochodne

Jednostki podstawowe są zdefiniowane przez procedurę ich bezpośredniego pomiaru, natomiast jednostki pochodne tworzy się poprzez operacje matematyczne na jednostkach podstawowych.

Kinematyka

Dział mechaniki zajmujący się geometrycznym opisem ruchu bez wnikania w jego przyczyny, wykorzystujący wielkości takie jak położenie $x(t)$, prędkość $v(t)$, przyspieszenie $a(t)$ oraz tory ruchu.

Statyka

Dział mechaniki zajmujący się badaniem warunków równowagi ciał, opisywany sumami sił i momentów sił: $\sum \vec{F} = 0$ oraz $\sum \vec{M} = 0$.

Dynamika

Dział mechaniki badający przyczyny ruchu ciał pod wpływem działających sił $\vec{F}(t)$ i momentów sił $\vec{M}(t)$.

Siła

Wektorowa wielkość fizyczna będąca ilościową miarą oddziaływania ciała z otoczeniem, charakteryzująca się wartością, kierunkiem i zwrotem.

Oddziaływania fundamentalne

Podstawowe oddziaływania leżące u podstaw wszystkich procesów w przyrodzie, opisywane przez natężenie względne oraz zasięg.

I zasada dynamiki Newtona

Zasada orzekająca, że jeżeli na ciało w inercjalnym układzie odniesienia nie działają żadne siły lub działające siły się równoważą, to ciało spoczywa lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

II zasada dynamiki Newtona

Zasada stanowiąca, że ciało poddane działaniu siły porusza się z przyspieszeniem proporcjonalnym do siły i odwrotnie proporcjonalnym do masy ($\vec{a} = \frac{\vec{F}}{m}$); wektor przyspieszenia ma ten sam kierunek i zwrot co siła wypadkowa.

III zasada dynamiki Newtona

Zasada akcji i reakcji: jeżeli ciało A działa na ciało B z określoną siłą, to ciało B działa na ciało A z siłą o tej samej wartości, tym samym kierunku, lecz przeciwnym zwrocie. Siły te są zawsze przyłożone do dwóch różnych ciał.

Siła tarcia statycznego ($T_{s\,\text{max}}$)

Maksymalna siła tarcia przeciwdziałająca wprawieniu spoczywającego ciała w ruch, określona wzorem $T_{s\,\text{max}} = \mu_s F_{\text{nac}}$, gdzie $\mu_s$ to współczynnik tarcia statycznego, a $F_{\text{nac}}$ to siła nacisku.

Siła tarcia dynamicznego ($T_d$)

Siła oporu działająca na ciało będące w ruchu ślizgowym względem powierzchni, wyrażona wzorem $T_d = \mu_d F_{\text{nac}}$, gdzie $\mu_d$ to współczynnik tarcia dynamicznego.

Prędkość kątowa ($\vec{\omega}$)

Wielkość wektorowa w ruchu obrotowym zdefiniowana jako pochodna położenia kątowego po czasie: $\vec{\omega} = \frac{d\vec{\alpha}}{dt}$, związana z prędkością liniową relacją $\vec{v} = \vec{\omega} \times \vec{r}$.

Przyspieszenie kątowe ($\vec{\varepsilon}$)

Wielkość wektorowa opisująca zmianę prędkości kątowej w czasie, zdefiniowana wzorem $\vec{\varepsilon} = \frac{d\vec{\omega}}{dt}$.

Związek między siłą a pędem

Ogólne sformułowanie dynamiki Newtona, według którego działająca siła wypadkowa jest równa pochodnej pędu po czasie: $\vec{F} = \frac{d\vec{p}}{dt}$, gdzie pęd zdefiniowany jest jako $\vec{p} = m\vec{v}$.

Siła dośrodkowa ($F_{\text{doś}}$)

Siła odpowiedzialna za zmianę kierunku prędkości w ruchu po okręgu, skierowana wzdłuż promienia do środka okręgu, o wartości $F_{\text{doś}} = \frac{m v^2}{r}$.