Le mouvement est sa cause et sa direction. Dynamique - une branche de la mécanique qui étudie les causes du mouvement des corps

Nous distinguons plusieurs types d'interactions : gravitationnelles (dues à la présence de masse), élastiques (dues à l'interaction des microparticules qui composent ce corps), électrostatiques (dues à la présence d'une charge électrique dans le corps) et magnétiques ( en raison du mouvement des charges). Une telle classification vise à confirmer la définition donnée ci-dessous de la grandeur physique principale en dynamique.

Force - mesure de l'interaction; une quantité vectorielle qui a un module et une direction. La force agit toujours d'un corps (ou système de corps) sur un autre corps (ou système). Par exemple, la gravité est la force exercée par la "Terre" sur "un corps donné ayant une masse". A cet égard, on parlera de toute force selon le schéma suivant :

qui agit - sur qui il agit - comment il est dirigé - à quoi il est égal.

Les principales forces prises en compte dans la résolution de problèmes seront décrites ci-dessous, après avoir étudié les lois de Newton, car les relations entre certains d'entre eux découlent de la troisième loi de Newton.

La dynamique newtonienne est basée sur l'affirmation que cause changements le mouvement du corps est une force (ou plusieurs forces) agissant sur lui. Sinon, le corps ne change pas de mouvement en l'absence d'une force extérieure agissant sur lui. S'il y a plusieurs forces, on entend la force résultante - la somme vectorielle de toutes les forces externes agissant sur le corps. De plus, en l'absence de forces, le corps n'est pas obligé de se reposer, il peut se déplacer, mais à vitesse constante, c'est-à-dire uniforme et droit. ce phénomène le mouvement uniforme et rectiligne du corps en l'absence d'influences extérieures est appelé inertie.

Mais pour modifier le mouvement d'un corps matériel, il ne suffit pas d'avoir une force d'action extérieure ! Besoin de plus temps ses actions pour que ce changement se produise. Ceux. un corps matériel ne change pas de mouvement instantanément. Sinon, il offre une certaine résistance à la modification de son mouvement. Propriété corps à résister à un changement de leur mouvement s'appelle inertie. Pour caractériser les propriétés inertielles des corps, il était nécessaire d'introduire une nouvelle valeur : la masse inertielle comme mesure de la susceptibilité du corps aux influences extérieures. Alors, lester est une mesure de l'inertie du corps ; valeur positive additive scalaire en fonction de la quantité de substance.

Il s'est avéré que la propriété d'inertie ne se manifeste pas dans tous les référentiels ! Par exemple, par rapport à un train qui accélère, une souche dans une clairière se déplace à une vitesse accélérée en l'absence de forces extérieures dans la direction horizontale. Par conséquent, tous les référentiels sont divisés en inertiel (par rapport auquel l'inertie a lieu) et non inertiel (autrement). On arrive à la définition suivante :

référentiel inertiel un tel référentiel est appelé, par rapport auquel le corps conserve son état de repos ou de mouvement uniforme, si des forces extérieures n'agissent pas sur lui ou si leur action est compensée (c'est-à-dire que la résultante de ces forces est égale à zéro). De tels systèmes sont des systèmes de référence associés à la Terre (dans la surface de la Terre) ou au Soleil (dans une plage plus large), etc. De plus, tout référentiel, stationnaire ou se déplaçant uniformément par rapport à l'inertie, est également inertiel. Par exemple, une aire de trafic ou un train roulant à vitesse constante. Les systèmes de référence non inertiels sont associés à des corps qui se déplacent avec une accélération (rectiligne ou le long d'un cercle, ou le long de n'importe quelle ligne courbe).

Passons maintenant à la formulation des trois lois de la dynamique classique par Isaac Newton.

Première loi de Newton :il existe des référentiels inertiels.

La deuxième loi de Newton– la loi fondamentale du mouvement de translation – répond à la question de savoir comment le mouvement mécanique d'un corps change sous l'action d'une force appliquée : (2.1).

Ceux. accélération acquise par un corps sous l'action d'une force F directement proportionnel à la grandeur de cette force. Dans ce cas, le coefficient de proportionnalité est l'inverse de la masse du corps, ce qui signifie que l'accélération est inversement proportionnelle à la masse de ce corps.

Lors de la résolution de problèmes, une forme plus simple d'écriture de cette loi est utilisée : (2.2).

Commentaire. Or, il faut formuler la loi sous la forme (2.1) !

Consignes méthodiques. En pratique, les cas suivants d'utilisation de cette loi sont possibles ( formes application de la seconde loi de Newton) :

1) l'accélération avec laquelle le corps se déplace est causée par une seule force F, alors la formule (2.2) ne sera écrite que pour cette force. Dans ce cas, il n'y aura qu'un seul vecteur à droite et à gauche, donc l'icône de vecteur peut être omise et la formule peut être réécrite immédiatement sous forme scalaire : F = m×a, où un- la valeur de l'accélération du corps provoquée par une force numériquement égale à F.

2) L'accélération est causée par plusieurs forces dirigées sur directions d'accélération (ou ayant des composantes selon cette direction), alors la somme vectorielle de ces forces (la somme des projections de ces forces sur la direction d'accélération) s'écrira à droite dans la formule (2.2). En plus d'eux, il peut y avoir d'autres forces qui sont perpendiculaires à l'accélération considérée, et donc ne contribuent pas à son amplitude et ne sont pas prises en compte. Ensuite, pour obtenir une notation scalaire, cette égalité est projetée sur la direction de l'accélération.

3) Il est difficile ou inefficace de diviser toutes les forces agissantes entre celles qui contribuent au changement de mouvement et celles qui sont compensées et donc ne modifient pas le mouvement. Ensuite, la formule (2.2) sera écrite dans le cas le plus général pour la résultante de toutes les forces agissantes. Ceux. à droite, vous devez noter la somme vectorielle de toutes les forces indiquées (il est important de ne perdre de vue aucune force). De plus, l'égalité vectorielle résultante est projetée sur plusieurs directions mutuellement perpendiculaires (axes de coordonnées). Ainsi, plus d'une égalité scalaire sera obtenue, ce qui est important dans le cas de plusieurs inconnues.

Troisième loi de Newton : P L'interaction de deux corps sous forme de points matériels est considérée. Soit la force agissant sur le premier corps à partir du second, et soit la force agissant sur le second corps à partir du premier. Alors : 1) si un corps agit sur le second avec une certaine force, alors le second corps agit sur le premier avec une certaine force; 2) les deux forces d'interaction sont dirigées le long de la ligne passant par ces points matériels (caractère central des forces); 3) l'égalité vectorielle est vraie (2.3) , c'est-à-dire ces forces sont égales en amplitude et dirigées de manière opposée.

Consignes méthodiques. Parfois cette loi est brièvement formulée sous la forme : la force d'action est égale à la force de réaction. Notez qu'étant donné la nature vectorielle de la force, c'est complètement faux : les forces d'action et de réaction sont de direction différente. Peut-être dans le mot compteur -action” ce moment est pris en compte !? Cependant, l'essence de la loi est loin de se limiter à cela. L'idée principale est qu'une action provoque toujours une réaction, c'est-à-dire est l'une des parties mutuel Actions. D'où l'exigence : lorsqu'on parle de force, il faut indiquer de quel côté de l'interaction on parle, c'est-à-dire l'action sur quel corps particulier nous intéresse en ce moment !

En conclusion de l'examen des trois lois principales de la dynamique newtonienne, nous portons une attention particulière aux points suivants : Les lois de Newton ne sont valables que dans les référentiels inertiels !

D'où l'importance exigence méthodologique: lors de la résolution de problèmes de dynamique, indiquez toujours par rapport à quelle ISO le mouvement ou le changement de mouvement (c'est-à-dire d'état) du corps est considéré. Toutes les grandeurs incluses dans la formule (2.2) ou (2.1) doivent être données par rapport au référentiel SAME.

Considérons maintenant les principaux types de forces impliquées dans les problèmes de dynamique.

À propos de chaque force que vous devez connaître :

Qui agit ?

Pour qui ça marche ?

Où est-il dirigé ?

A quoi est égal ?

5) Point d'application de la force (important en statique !).

6) La nature de la force (voir 4 interactions fondamentales : gravitationnelle, électromagnétique, forte et faible).

1. La gravité .– La Terre agit sur un corps de masse m, est appliquée au centre de gravité et dirigée vers le centre de la Terre (le long du rayon de la Terre) à partir de ce corps, est égale en grandeur au produit m×g, où g- accélération de la chute libre (valeur constante égale à environ 9,8 m/s 2 à la surface de la Terre).

2. Soutenir la force de réaction - le support agit sur le corps, est dirigé perpendiculairement au support depuis le support. La valeur dépend des conditions spécifiques ; souvent égal en valeur absolue au poids du corps (selon la troisième loi de Newton).

3. Poids - le corps agit sur le support ou la suspension, est dirigé perpendiculairement au support vers le support ou le long de la suspension à partir du point de suspension. La valeur dépend de la nature du mouvement du support (ou suspension). En d'autres termes, le poids du corps est la force avec laquelle le corps agit sur le support ou étire la suspension. en raison de l'attraction de la terre, puis considérez que P = mg (il est important de se rappeler que le support ou la suspension doit être fixé). Si le support se déplace verticalement avec une accélération un pointant vers le bas ou vers le haut, alors le module de poids corporel est égal à P \u003d m (g-a) ou P=m(g+a). À cet égard, il est important de noter qu'entre le poids du corps et l'amplitude de la force de gravité Non non ambigu quantitatif Connexions! De plus, le corps peut être pressé contre le support par une autre force externe (par exemple, une barre peut être pressée contre la table à la main, et une charge suspendue à un fil peut également être supportée par le bas, etc.), puis ils parlent à propos de force de pression charge sur le support ou la force avec laquelle la charge agit sur la suspension.

4. Force de tension du fil le fil (suspension) agit sur le corps qui lui est attaché, est dirigé le long du fil à partir du point de suspension. Le module de cette force dépend des conditions spécifiques du problème ; seulement parfois égale en grandeur au poids du corps.

5. Force élastique- un ressort ou une tige élastique agit sur un corps attaché à lui ou à elle, dirigé selon l'axe de déformation (selon la direction de compression ou de traction) dans le sens de déformation décroissante. La valeur est déterminée par la loi de Hooke : F ex. = k×x(2.4), où X- l'amplitude de la déformation longitudinale (allongement absolu ou compression par rapport à l'état non déformé!).

6. Force de friction- la surface agit sur le corps qui s'y trouve, est dirigée le long de la surface dans la direction opposée à relatif le mouvement du corps (c'est-à-dire le mouvement réel ou souhaité). Selon la troisième loi de Newton, le corps agit également sur la surface avec la même force, mais de sens opposé. Si le mouvement relatif est nul (pas de glissement), alors la force de frottement est appelée force de frottement statique. Sa valeur réside dans : 0 £ F tr. £ F tr.sp., où F tr.sp. est l'amplitude de la force de frottement par glissement (elle est constante pour ces surfaces) et est égale à F tr.sp. = m×N(2.5), où N- la valeur de la force de pression normale (perpendiculaire à la surface de la force de réaction du support).

7. Le pouvoir d'Archimède. - l'eau (gaz) agit sur un corps qui y est immergé, dirigée vers le haut depuis le centre de la Terre, égale à .

Commentaire. La possibilité de mouvement sur la surface en présence d'une force de frottement est due à son amplitude limitée. Plus le coefficient de frottement est faible (selon la qualité du revêtement, la rugosité des surfaces en contact), moins le mouvement subit de résistance.

Consignes méthodiques. Naturellement, nous n'avons pas considéré toutes les forces. Dans les tâches, des forces externes simplement données peuvent se produire sans préciser leurs sources, par exemple, force de traction, force appliquée, etc. Une force est donnée si non seulement sa direction et son amplitude sont connues, mais aussi le point de son application (le corps sur dont il s'agit est indiqué) . Si la condition du problème fait référence à des forces agissantes ou si des paramètres liés à l'amplitude d'une certaine force sont définis, alors il s'agit d'un problème dynamique et il doit être résolu sur la base de la deuxième loi de Newton - la seule égalité qui introduit des forces dans la formule.

Algorithme de résolution de problèmes en dynamique.

1. Sélectionnez le corps auquel il est fait référence dans l'état du problème.

2. Indiquez sur la figure toutes les forces agissant sur ce corps (sous forme de vecteurs avec les désignations appropriées).

3. Découvrez si ce corps a une accélération et décrivez (si possible) sa direction sur la figure (au moins la ligne le long de laquelle cette accélération est dirigée doit être connue, s'il est impossible de dire exactement dans quelle direction à l'avance).

4. Répondez aux questions : le corps bouge-t-il avec une accélération ? Quelle force (ou quelles forces) donne cette accélération au corps ? Choisissez la forme d'écriture de la deuxième loi de Newton (1ère, 2ème ou 3ème, voir consignes p.46).

5. Écrivez la formule (2.2) de la deuxième loi de Newton sous forme vectorielle.

6. Sélectionnez et dessinez les axes de coordonnées (uniquement leurs directions) sur lesquels projeter l'égalité vectorielle enregistrée.

7. Compléter les égalités scalaires ainsi obtenues, si nécessaire, avec les formules des dépendances cinématiques et en exprimer la valeur désirée.

8. Il est possible de considérer plusieurs corps au sein d'un même problème (à défaut d'une égalité des forces), alors toutes les étapes précédentes seront répétées plusieurs fois.

9. Vérifier la concordance des causes et de la nature du changement dans le mouvement des corps considérés. Faire une analyse des résultats obtenus, répondre à la question posée dans le problème.

Exemples de résolution de problèmes

Exemple de tâche 1. Une masse de 5 kg repose sur un chariot de 20 kg. Force appliquée à la charge F, informant le chariot avec l'accélération de la charge un. La force agit à un angle de 30° par rapport à l'horizon. Quelle est la valeur maximale de cette force à laquelle la charge ne glissera pas sur le chariot ? Le coefficient de frottement entre la charge et le chariot est de 0,20. Ignorez le frottement entre le chariot et la route. Avec quelle accélération le chariot se déplacera-t-il sous l'action de la force F?

Tout d'abord, selon l'état du problème, nous ferons un dessin en y indiquant certaines données et les valeurs souhaitées.

Ensuite, vous devez analyser la situation donnée. Il est clair que le problème considère le mouvement de deux corps : une charge et un chariot. De plus, deux options pour leur mouvement sont possibles : 1) les deux corps bougent ensemble, alors leurs accélérations sont égales ; 2) les corps bougent différemment, c'est-à-dire la charge glisse sur le chariot et son accélération est plus importante, c'est-à-dire un 1< а 2 . Mais dans les deux cas, les corps bougent avec des accélérations. Répondons à la question de savoir quelle force donne cette accélération à chacun des corps considérés.

Pour ce faire, vous devez spécifier toutes les forces agissant séparément sur la charge et sur le chariot, et sélectionner celles qui ont une direction (ou une composante) le long de la direction de l'accélération. Ainsi, la charge acquiert une accélération sous l'action de deux forces (une force externe qui lui est appliquée et une force de frottement). La seconde loi de Newton s'écrira pour cela sous la forme 2 (cf. indications p. 46) pour les projections de forces :

on retrouve ces projections sur la direction de l'accélération et on obtient une égalité scalaire sous la forme :

m 2 × a 2 = F × cosa - F tr2(1).

D'autre part, dans la direction de l'axe vertical, le mouvement de la charge ne change pas, ce qui signifie que les forces agissant sur lui, indemnisé, c'est-à-dire somme de projection de ces forces dans cette direction est nulle :

ou

F × sina + N 2 - m 2 g \u003d 0 (2).

Enseignement méthodique. La logique de raisonnement ci-dessus diffère de la méthode universelle généralement acceptée en ce que, lors de l'examen de la direction choisie, les forces qui ont des projections nulles sur celle-ci sont écartées à l'avance. Une logique plus générale consiste à écrire la seconde loi sous la forme 3 puis à la projeter dans les bonnes directions. L'auteur n'enlève rien aux mérites de telles actions (facilité d'utilisation, universalité, etc.), mais met en garde contre l'habitude d'agir « selon un modèle », sans fouiller dans les relations physiques et sans faire preuve de souplesse de pensée ! Le raisonnement donné en exemple montre la relation entre la théorie et la pratique, c'est-à-dire révéler l'essence des forces comme causes des changements dans le mouvement des corps.

Ainsi, deux égalités sont obtenues en considérant le mouvement de la charge. Passons au chariot. Sous quelle force le chariot se déplace-t-il avec accélération ?

Comme on peut le voir sur la figure, où toutes les forces agissant sur elle sont indiquées, une telle force est la force de frottement.

Enseignement méthodique. Il est important de porter une attention particulière au double rôle de la force de frottement lors du mouvement : la 1ère résiste au mouvement (interférence) et la 2ème s'avère être la cause (source) du mouvement. Par conséquent, à chaque fois, il est nécessaire de réanalyser la situation afin de reconnaître quel est le rôle du frottement dans ce cas.

Considérant la troisième loi de Newton, nous concluons que F tr.2 = F tr.1 = F tr. (exigence méthodologique: des quantités égales en valeur absolue doivent être notées de la même manière !). Nous écrivons la deuxième loi de Newton pour le chariot sous la forme 1 :

,

le vecteur de droite est égal au vecteur de gauche, ce qui signifie que les modules de ces vecteurs sont égaux et vous pouvez omettre les icônes vectorielles : m 1 × a 1 = F tr.1 (3).

Enseignement méthodique. Déterminer la force N il faut le plus souvent trouver ultérieurement la valeur de la force de frottement de glissement. Par conséquent, lorsque la force de frottement n'est pas prise en compte et qu'il n'est pas nécessaire de déterminer spécifiquement la réaction du support, la direction verticale (et donc l'ensemble des forces agissant dans cette direction) n'est pas considérée.

Dans le sens vertical, 3 forces agissent sur le chariot : la force de réaction de la route, la force de gravité et le poids de la charge qui s'y trouve. Remarquerez que !

Après avoir fait une analyse du mouvement des corps considérés, nous procédons à la recherche des quantités requises.

Enseignement méthodique. Le point difficile est de comprendre la dialectique des valeurs limites. Ainsi, la valeur maximale de la force F lorsque la charge ne bouge toujours pas sur le chariot, est la même que la valeur minimale de la force F pendant que la charge se déplace encore sur le chariot. La différence réside dans le sens d'approche d'une valeur limite donnée de la force. Autrement dit, la valeur Fmax décompose l'ensemble des valeurs de force possibles F en deux ensembles : 1) valeurs auxquelles la charge ne glisse pas sur le chariot ; 2) les valeurs auxquelles la charge glisse sur le chariot. Ces ensembles ne se croisent pas (n'ont pas d'éléments communs). Chaque élément du premier d'entre eux est inférieur à n'importe quel élément du second ensemble (pour faire glisser la charge il faut évidemment augmenter la force appliquée !). Le sens même Fmax est situé dans l'un et l'autre, parce que est leur frontière commune. Mais quand il s'agit de la frontière du premier ensemble, la frontière est appelée Fmax, la frontière du second ensemble par rapport au reste de ses éléments est la valeur minimale et est notée Fmin. Valeurs Fmin et Fmax sont égaux. Mais quand on regarde Fmin nous sommes dans des conditions de glissement de cargaison, mais si nous recherchons la valeur limite sous la forme Fmax, on suppose alors que la charge ne glisse pas sur le chariot, ce qui signifie qu'ils se déplacent dans leur ensemble avec des accélérations égales.

On va chercher la valeur maximale de la force Fmax, à laquelle la charge est encore immobile par rapport au chariot (pas de glissement). Alors une 1 = une 2 = une et les égalités (1) et (3) s'écriront :

m 2 × a \u003d F × cosa - F tr(1a).

m 1 × a \u003d F tr(3a).

En les additionnant terme à terme, on obtient un enregistrement de la deuxième loi de Newton pour le système "cargo-cart" (comme un tout unique !) en projection sur l'axe X:

(m 1 + m 2) × a \u003d F × cosa(4).

En analysant les interdépendances entre les quantités impliquées dans ces égalités, on voit qu'avec une augmentation de la force F augmente l'accélération globale du système un, c'est à dire. l'accélération, en particulier, du chariot augmente, et donc la force de frottement agissant sur le chariot (la raison de son accélération) augmente. Mais ce processus est interrompu lorsque la force de frottement atteint sa valeur maximale F tr.sp. avec la grandeur de la force extérieure F = Fmax. Ensuite, nous prenons immédiatement en compte que

F tr.sp. \u003d m × N 2 ,

d'où (2) on trouve : N 2 \u003d m 2 g - F max × sina ,

on a: F tr.sp. \u003d m × (m 2 g - F max × sina),

et enfin on substitue dans (4) : F max × cosa \u003d (m 1 + m 2) × a max

où: F max × cosa \u003d (m 1 + m 2) × m × (m 2 g - F max × sina) / m 1

on trouve finalement : .

La réponse à la question sur l'accélération du chariot se compose de deux parties : si la force de frottement n'a pas atteint sa valeur limite, alors l'accélération du chariot est trouvée à partir de l'égalité pour le système "load-cart", c'est-à-dire un 1 \u003d Fcosa / (m 1 + m 2), Par ailleurs un 1 = un maximum et ne change pas avec une nouvelle augmentation de la force F. On obtient :

à et

à .

Le lecteur est invité à faire les calculs. ¨

Exemple de tâche 2. Une corde avec des poids est jetée sur un bloc en apesanteur m et 2m. Le bloc monte avec l'accélération un 0. En négligeant le frottement, trouvez la pression du bloc sur l'essieu.

Nous chercherons une solution au problème, en partant de ce qui doit être trouvé. Selon l'état du problème, il est nécessaire de déterminer la force FD, avec lequel le bloc agit sur l'axe, le soulevant avec une force N. D'après la 3ème loi de Newton : F D = N. Ceux. il faut maintenant trouver la grandeur de la force N appliqué au bloc, et pour cela, vous devez écrire la 2e loi de Newton pour le bloc.

Enseignement méthodique. Pour trouver une force inconnue, il faut souvent : 1) déterminer sur quel corps elle agit (sur quel corps elle s'applique) ; 2) écrivez une équation qui inclut cette force, qui est la 2e loi de Newton pour ce corps. En d'autres termes, la formule (2.2) est l'égalité de base, qui inclut les grandeurs des forces agissant sur le corps et nous permet d'en exprimer la force souhaitée, à moins qu'il n'y ait une autre formule de définition «personnelle», une formule de dépendance (relations avec d'autres grandeurs données dans un problème, par exemple, formule (2.5) pour la force de frottement) ou une autre formule de régularité (par exemple, formule (2.4) pour la force élastique).

Trois forces agissent sur le bloc : , et .

Notez qu'en l'absence de frottement entre le fil (corde) et le bloc, et aussi s'il n'y a pas de frottement entre l'axe et le bloc et que la masse du bloc est supposée nulle (le bloc est en apesanteur), alors le les valeurs des forces de tension des fils appliquées sur les différents côtés du bloc sont égales les unes aux autres. Par conséquent, dans la figure, nous les désignons de la même manière.

On obtient en projections sur la direction du mouvement : m bloc a 0 = N – 2T. Car par condition m bloc = 0, alors N=2T. Passons maintenant à la recherche de force. J, en le considérant comme une force appliquée aux charges. La première charge de masse m monte sous l'action de deux forces mg et J avec accélération un 1. De même, le deuxième poids 2m se déplaçant sous l'influence de forces 2mg et J avec accélération un 2(la direction exacte n'est pas indiquée sur la figure, seule la ligne le long de laquelle ce vecteur est dirigé est donnée).

Ici, il faut faire attention aux réponses aux questions suivantes:

1. Dans quelle direction le deuxième poids se déplace-t-il (vers le haut ou vers le bas) ?

2. Le modulo d'accélération est-il égal un 1 et un 2? Pourquoi?

3. Quelle est la même chose lors du déplacement de marchandises liées à un seul fil ?

Enseignement méthodique. Il est important de se rappeler que toutes les grandeurs impliquées dans l'enregistrement de la 2e loi de Newton doivent être spécifiées dans la même ISO. On remarque alors que le référentiel associé au bloc, qui se déplace avec une accélération par rapport à la Terre, n'est pas inertiel (par définition). Cela signifie que les accélérations des charges doivent être déterminées par rapport à un référentiel fixe, celui par rapport auquel le mouvement du bloc lui-même est considéré ! Quant au mouvement des charges par rapport au bloc, il est uniformément accéléré et l'accélération correspondante, qui est la même pour les deux charges, sera notée un vrai. Ensuite, les accélérations absolues des charges devront être trouvées à l'aide d'une formule similaire à la formule d'addition des vitesses (voir la section Cinématique, Relativité du mouvement) : (2.6).

Donc, nous écrivons la 2ème loi de Newton pour chaque charge en projections sur l'axe à:

ma 1y = T– mg et 2ma 2a \u003d T - 2mg(un).

Compte tenu de la formule (2.6), nous avons : - pour le premier chargement et – pour la deuxième cargaison, où une rel1 = une rel2.

Puis en projections sur le même axe : un 1y \u003d un 0 + un rel et 2y = 0 – rel.

Maintenant, il est clair que parce que l'accélération de la première charge, égale à la somme de deux valeurs positives, est positive, puis elle monte. Mais rien ne peut être énoncé sans ambiguïté à propos de la deuxième cargaison, car. le signe de son accélération totale dépend du rapport des grandeurs un 0 et un vrai: si un 0 > un rel, alors le deuxième poids montera (dans la direction de l'axe y), si un 0< а отн , puis - vers le bas (opposé à l'axe à).

Remplacer en (a) : T - mg \u003d m (a 0 + a rel) et T - 2mg \u003d 2m (un 0 - un rel).

Ainsi on obtient deuxéquations avec deux inconnue J et un vrai, d'où, en excluant la seconde inconnue, on trouve la valeur de la force de tension du fil, puis la force N et donne la réponse finale à la question du problème.

Multipliez la première équation par 2 et ajoutez-la terme à terme à la seconde :

2(T - mg) + (T - 2mg) \u003d 2m (a 0 + a rel) + 2m (a 0 - a rel), ouvrez les parenthèses et donnez comme termes :

3T - 4 mg \u003d 4ma 0, Par conséquent 3T \u003d 4m (un 0 + g) ou T \u003d 4 / 3m (un 0 + g).

Alors la force de pression du bloc sur l'essieu est égale à F d \u003d 8 / 3m (a 0 + g) . ¨

Enseignement méthodique. Dans les tâches impliquant des blocs, les cas suivants sont possibles : 1) l'installation comprend un bloc mobile ; 2) le bloc dans la structure est fixe immobile, par rapport à son axe ; 3) les blocs mobile et fixe sont reliés par un fil commun, un. Dans les premier et deuxième cas, ils s'avèrent le plus souvent égaux aux forces de tension du fil dans ses différentes sections, et le bloc lui-même n'est nécessaire que pour changer la direction de la force (par exemple, dans le cas du levage une charge à l'aide d'un fil jeté sur un bloc fixe : avec quelle force tire-t-on la corde, telle et soulève la charge). Dans le troisième cas, le système d'une paire de blocs "mobiles et fixes" permet également de gagner deux fois en force.

Exemple de tâche 3. Un poids de masse est attaché à l'axe du bloc mobile m. Avec quelle force F vous devez tirer l'extrémité du fil jeté sur le deuxième bloc pour que la charge monte avec l'accélération un? Pour maintenir la charge au repos ? Ignorer la masse des blocs et le fil.

La solution. Tout d'abord, nous notons que la force de tension du fil en tout point est la même et égale en grandeur à la force avec laquelle le fil est tiré à la fin :

T=F(b)

En considérant la 2ème loi de Newton pour le bloc mobile, on obtient P = 2T(c), parce que la masse du bloc est nulle. Selon la 3ème loi de Newton P = N(mourir. la force avec laquelle la charge agit sur l'axe du bloc est égale à la force avec laquelle l'axe agit sur la charge. De la 2e loi de Newton pour la charge en projections sur la direction du mouvement, nous avons :

ma=N-mg,

remplacer (b), (c) et (d) : ma = 2F – mg, où F = ½ m(a + g) . ¨

Remarques. Notez que le bloc fixe est utilisé uniquement pour changer la direction de la force. Alors que le bloc mobile dans le cas où les fils sont parallèles des deux côtés (la distance entre les points de leur contact sur le bloc est égale à 2R) donne un gain de force par 2 fois (la rotation du bloc par rapport à l'un des points de contact avec le fil est considérée). La connexion en série de plusieurs paires de blocs mobiles et fixes alternés donne une conception avec un gain de résistance plusieurs fois.

Un grand groupe de problèmes est formé par les problèmes considérant le mouvement des corps sur un plan incliné. Soulignons quelques points clés auxquels vous devez prêter attention lors de leur résolution.

Consignes méthodiques. Deux cas sont possibles :

1) le plan incliné est fixe par rapport à la surface horizontale. Dans ce cas, l'accélération du corps par rapport au plan incliné est son accélération absolue et peut être incluse dans la loi de Newton pour le corps. Il est également nécessaire de déterminer le type de mouvement (c'est-à-dire, y a-t-il une accélération ou est-elle égale à zéro). L'accélération d'un corps est nulle s'il est au repos ou se déplace à vitesse constante. La deuxième loi de Newton s'écrit mieux sous la forme 3 pour la force résultante (cas général). Et la direction des axes doit le plus souvent être choisie selon un plan incliné (axe X) et perpendiculaire à celui-ci (axe à). La projection sur ces axes conduit à deux égalités scalaires pour les forces agissant sur le corps. En plus d'eux, en présence de frottement sur un plan incliné lors du glissement du corps, la formule (2.5) de la force de frottement de glissement est écrite et sera nécessairement utilisée lors de la résolution du problème. Il est également inclus dans la solution à condition que le corps ne glisse pas, mais soit à l'état limite (c'est-à-dire qu'il est sur le point de commencer à glisser ou qu'il vient d'arrêter de glisser). Certaines dépendances cinématiques peuvent être un ajout.

2) le plan incliné lui-même se déplace avec accélération. Alors la 2ème loi de Newton ne peut pas être écrite par rapport à un plan incliné, c'est-à-dire l'accélération du corps doit être déterminée par rapport au référentiel fixe (par la formule (2.6)), dans laquelle la formule (2.2) sera écrite, à la fois pour le corps et pour le plan, si nécessaire et requis en fonction de la condition et les données du problème.

Exemple de tâche 4. Avec quelle accélération le plan incliné doit-il se déplacer dans la direction horizontale pour que le corps qui s'y trouve avec une masse m ne bouge pas par rapport à un plan incliné en l'absence de frottement ?

Solution : Tout d'abord, notez que le référentiel associé au plan incliné n'est pas inertiel. Il est donc impossible de considérer le mouvement d'un corps par rapport à lui pour écrire la deuxième loi de Newton. Nous allons donc considérer le mouvement du corps par rapport au plan fixe horizontal C1. En C1, le plan incliné se déplace avec une accélération , et si le corps ne se déplace pas le long du plan incliné, cela signifie qu'il se déplace exactement de la même manière que le plan incliné lui-même, c'est-à-dire avec la même accélération. Nous indiquons maintenant toutes les forces agissant sur le corps (Fig.). La résultante de ces forces informe le corps de cette accélération, c'est-à-dire leur somme vectorielle est dirigée horizontalement dans le sens de l'accélération (vers la droite sur la figure). Écrivons la 2e loi de Newton pour le corps dans le système C1 :

- forme vectorielle. En projections sur l'axe

X: mgsina + 0 = ma, on trouve donc : a = gsine , ¨

y: -mgcosa+n=0.

Consignes méthodiques. Il faut concevoir un vecteur d'égalité terme à terme : passage du premier terme au second, et ainsi de suite. et en définissant soigneusement les projections de chacun d'eux. Pour ce faire, nous prenons en compte les règles: si le vecteur est dirigé le long de l'axe, alors l'amplitude de sa projection est égale au module de la force correspondante, et le signe est déterminé par la coïncidence ou la non-concordance des directions de l'axe et le vecteur de cette force ("+" et "-", respectivement). Si le vecteur de force est dirigé selon un angle par rapport à l'axe, alors nous traçons une ligne droite parallèle à l'axe passant par son début, abaissons la perpendiculaire de la fin du vecteur à cette ligne droite et obtenons un triangle rectangle, l'un des aigus dont les angles sont égaux à l'angle d'inclinaison du plan a (on le trouve selon la règle : les angles formés par des côtés mutuellement perpendiculaires sont égaux). Ensuite, à partir des rapports des longueurs et des angles dans un triangle rectangle, nous trouvons la longueur de la jambe, qui est égale à la projection de la force sur l'axe, et déterminons de même le signe de cette projection.

Une autre approche peut être donnée ici. On sait que tout vecteur peut être décomposé en deux composantes mutuellement perpendiculaires de diverses manières. Alors la projection du vecteur sur l'axe coïncide avec la projection de sa composante correspondante sur cet axe.

TÂCHES pour la section "Dynamique"

Aristote - le mouvement n'est possible que sous l'action de la force; en l'absence de forces, le corps sera au repos.

Galileo - le corps peut continuer à bouger même en l'absence de forces. La force est nécessaire pour équilibrer d'autres forces, telles que la friction

Newton - a formulé les lois du mouvement

Les lois de Newton ne sont valables que dans les référentiels inertiels.

Inertiel - systèmes de référence dans lesquels la loi d'inertie est satisfaite (le corps de référence est au repos ou se déplace de manière uniforme et rectiligne)

Non inertiel - la loi n'est pas remplie (le système se déplace de manière inégale ou curviligne)

Première loi de Newton: Le corps est au repos ou se déplace uniformément et rectilignement si l'action des autres corps est compensée (équilibrée)

(Un corps se déplacera uniformément ou sera au repos si la somme de tous appliqués au corps est nulle)

La deuxième loi de Newton: L'accélération avec laquelle un corps se déplace est directement proportionnelle à la résultante de toutes les forces agissant sur le corps, inversement proportionnelle à sa masse et dirigée de la même manière que la force résultante :

Lester est une propriété d'un corps qui caractérise son inertie. Avec le même impact des corps environnants, un corps peut changer rapidement de vitesse, et l'autre, dans les mêmes conditions, beaucoup plus lentement. Il est d'usage de dire que le second de ces deux corps a plus d'inertie, ou, en d'autres termes, que le second corps a plus de masse.

Force est une mesure quantitative de l'interaction des corps. La force est la cause d'un changement dans la vitesse d'un corps. En mécanique newtonienne, les forces peuvent avoir diverses causes physiques : force de frottement, force de gravité, force élastique, etc. La force est une grandeur vectorielle. La somme vectorielle de toutes les forces agissant sur un corps est appelée la force résultante.

troisième loi: Lorsque deux corps interagissent, les forces sont égales en amplitude et opposées en direction.

En effet, même dans l'Antiquité, Aristote expliquait de manière très claire et convaincante la cause du mouvement. Il a posé une question simple - si un âne traîne une arba le long du chemin, alors quelle est la raison du mouvement de l'arba ? - ayant une réponse intuitive simple - la raison du mouvement de la charrette est l'action d'un âne.

Cette réponse n'a pas été remise en question jusqu'à Galilée, qui a vu l'erreur d'Aristote - il n'y a aucune raison pour un mouvement uniforme rectiligne, si le corps est mis en mouvement, alors en l'absence d'interférence, le corps se déplacera indéfiniment :
... le degré de vitesse détecté par le corps réside inviolablement dans sa nature même, tandis que les causes d'accélération ou de décélération sont externes ; cela ne peut être remarqué que sur un plan horizontal, car lors de la descente d'un plan incliné, une accélération est observée et lors de la montée, une décélération. Il en résulte que le mouvement horizontal est éternel, car s'il est uniforme, alors il n'est affaibli par rien, ne ralentit pas et n'est pas détruit.

Cette erreur intuitive est également présente dans les cours de physique : si vous demandez aux élèves avant d'étudier ce sujet (et parfois après l'avoir étudié) « Quelle est la raison du mouvement rectiligne uniforme, par exemple, d'une voiture sur une route plane en ligne droite ? , alors très souvent, vous pouvez entendre que la raison du mouvement de la voiture dans ce cas est le fonctionnement du moteur. Cette réponse est liée au fait que, effectivement, si vous coupez le moteur, la voiture s'arrêtera très rapidement.
C'est pourquoi il est nécessaire d'expliquer en détail les lois fondamentales de la dynamique, en utilisant non seulement le libellé du manuel,
Voici, par exemple, quelles formulations des première, deuxième et troisième lois de Newton peuvent être trouvées dans les manuels :

Auteur 1 Loi de Newton 2 Loi de Newton 3 Loi de Newton
DE. Kabardin Il existe de tels cadres de référence, par rapport auxquels les corps en mouvement de translation maintiennent leur vitesse constante si aucun autre corps n'agit sur eux.La force agissant sur le corps est égale au produit de la masse du corps et de l'accélération communiquée par cette force égaux en module et opposés en direction

SV Gromov
Classe 10 Tout corps, tant qu'il reste isolé, conserve son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme. Si les corps environnants agissent sur une particule de masse m avec une force F, alors cette particule acquiert une telle accélération a que le produit de sa masse et son accélération seront égales à la force agissante Les forces d'interaction de deux particules sont toujours égales en valeur absolue et dirigées dans des directions opposées le long de la droite qui les relie

SV Gromov
8e année. Tout corps, tant qu'il reste isolé, conserve son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme Le produit de la masse du corps et de son accélération est égal à la force avec laquelle les corps environnants agissent sur lui Les forces avec lesquelles deux corps interagissent sont toujours égale en grandeur et opposée à

I. K. Kikoin Il existe de tels cadres de référence, par rapport auxquels un corps en mouvement de translation maintient sa vitesse constante si aucun autre corps n'agit sur lui (ou si l'action d'autres corps est compensée) La force agissant sur le corps est égale au produit de la masse du corps et l'accélération conférée par cette force forces égales en grandeur et opposées en direction

Mais revenons aux originaux :
1 loi (dans la formulation de l'auteur de Newton)
Tout corps conserve un état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme, à moins qu'il ne soit forcé de le changer sous l'influence de forces agissantes.
Newton a écrit dans ses Éléments :
Une force appliquée est une action effectuée sur un corps pour changer son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme.

La force se manifeste, seulement, seulement en action et après sa fin elle ne reste pas dans le corps. Le corps continue alors à maintenir son nouvel état grâce à la seule inertie. L'origine de la force appliquée peut être différente : du choc, de la pression, de la force centripète.

De plus, il est nécessaire de mener une série de démonstrations expériences, y compris l'expérience mentale de Galileo.
Expériences de Galilée. Prenez un plan incliné, placez une boule sur son sommet. Si la balle roule sur un plan incliné et frappe une zone horizontale inégale, elle s'arrêtera bientôt. Si la section horizontale est plate, la balle roulera plus loin. Cela signifie que s'il n'y avait aucun obstacle au mouvement du côté de la section horizontale, la balle se déplacerait indéfiniment. Et cela signifie que pour que le corps bouge, l'influence d'un autre corps n'est pas nécessaire. Par conséquent, il n'y a aucune raison pour un mouvement rectiligne uniforme.

De plus, Galileo prouve le fait qu'il n'y a pas de changements dans un corps se déplaçant uniformément et rectilignement. Il dit : aucune expérience ne peut prouver la présence d'un mouvement uniforme rectiligne ou son absence. S'il n'y a pas de changement, le mouvement rectiligne uniforme, comme le repos, est un état du corps, pas un processus.

Conclusions principales :
Il n'y a aucune raison pour un mouvement rectiligne uniforme :

1. Si d'autres corps n'agissent pas sur le corps ou si l'action des corps est compensée, alors le corps se déplace de manière uniforme et rectiligne
2. Si le corps se déplace de manière uniforme et rectiligne, alors les autres corps n'agissent pas sur lui ou l'action des corps est compensée.
3. Si le corps est dans un état de mouvement rectiligne uniforme, alors le référentiel qui lui est associé est inertiel.
4. Ce n'est que dans les référentiels inertiels que l'application des lois de la dynamique a lieu.

Un autre problème se pose lors de l'étude de la notion d'« inertie ». Ce concept est le plus facile à considérer, en le mettant en opposition au concept d'inertie, il est donc mieux retenu. Inertie et inertie sont des mots similaires, mais ont des significations différentes.
L'inertie est la propriété des corps d'empêcher un changement dans la nature de leur mouvement (vitesse).
L'inertie est un état de mouvement rectiligne uniforme ou de repos.

Le mouvement est le changement de quelque chose. Déjà au niveau empirique, il est clair que la nature en tant qu'ensemble de phénomènes naturels n'est pas quelque chose de figé et d'immuable, mais, au contraire, quelque chose qui est en mouvement constant. Le changement du jour à la nuit et des saisons, l'écoulement de l'eau dans les rivières et les précipitations, la rotation des planètes autour du Soleil et l'émergence de nouvelles étoiles - ce ne sont là que quelques-uns des faits sur la base desquels nous pouvons dire que des changements se produisent dans la nature tout le temps.

L'affirmation du fait du changement constant de tout a trouvé son expression déjà dans l'Antiquité dans le célèbre dicton d'Héraclite selon lequel "tout coule comme un fleuve". L'observation empirique nécessite une explication théorique appropriée, dont le contenu principal est la réponse aux questions suivantes : 1) Pourquoi le mouvement se produit-il ? 2) Comment les différents types de mouvement sont-ils liés ? 3) Y a-t-il une direction générale du changement ?

De l'Antiquité aux temps modernes, l'explication du mouvement s'est construite, d'une part, sur la base d'observations ordinaires, et d'autre part, sur la base de prémisses anthropomorphiques telles que l'idée de l'opportunité de tout et la idéal comme objectivement substantiel.

En particulier, selon le même Héraclite, « tout naît en vertu de l'opposition. ... Cosmos ... naît du feu et brûle à nouveau en cendres après certaines périodes de temps, alternativement pendant l'éternité totale, mais cela se produit selon le destin. Celui des contraires qui conduit à l'émergence du cosmos s'appelle la guerre et les conflits, et celui qui conduit à la combustion est l'harmonie et la paix, le changement s'appelle le chemin montant et descendant, le long duquel le cosmos surgit. En se condensant, le feu s'humecte et, se ralliant, devient eau ; l'eau se solidifie en terre : c'est la descente. La terre, à son tour, fond à nouveau, d'elle surgit de l'eau, et de l'eau tout le reste.

Selon les idées physiques d'Aristote (qui ont conservé leur signification jusqu'à la fin de la Renaissance), chaque corps tend à sa place, et la direction et la vitesse du mouvement de celui-ci dépendent de la matière dont il est composé. Les corps "légers" (par exemple, le feu) tendent vers le haut et "lourds" (par exemple, les pierres) - vers le bas. Ayant atteint sa place "naturelle", le corps entre dans un état de repos, donc, pour qu'il bouge à nouveau, un moteur est nécessaire. Tout sur Terre bouge, en fin de compte, sous l'action d'un certain moteur cosmique qui, étant lui-même idéal, tourne toujours en cercle. La logique de ce raisonnement est la suivante : le mouvement circulaire est un symbole visible de l'infini, c'est-à-dire éternel; le premier moteur est idéal, et l'idéal est éternel ; cela signifie que l'éternel moteur principal idéal se déplace en permanence dans un cercle, comme s'il transférait la force de son mouvement à la Terre ; le terrestre se meut aussi parce qu'il aspire au premier moteur comme à la perfection.

Les idées physiques sur le «naturel» du repos et la «violence» du mouvement au Moyen Âge étaient souvent utilisées dans le cadre du soi-disant. "théologie naturelle", où sur leur base ils ont essayé de construire une preuve scientifique naturelle de l'existence de Dieu (le moteur principal est Dieu).

À l'époque moderne, l'anthropomorphisme en physique a été surmonté et, à la suite de recherches théoriques et expérimentales, il est devenu clair que le repos n'est pas un état naturel ni absolu des corps et que le mouvement n'est pas toujours violent. En particulier, selon la première loi de la mécanique classique de Newton, le mouvement et le repos sont des états également probables, et tout corps est toujours en mouvement ou au repos jusqu'à ce qu'il rencontre l'opposition d'autres forces.

La découverte de l'interaction gravitationnelle comme attraction (loi de la gravitation universelle, XVIIe siècle) et de l'interaction électromagnétique comme attraction et répulsion (loi de Coulomb sur l'interaction des charges électriques ponctuelles, XVIIIe siècle) a grandement contribué à l'établissement de l'idée générale que le mouvement est un matière de propriété interne, c'est-à-dire l'idée que le mouvement est l'auto-mouvement de la matière. Le philosophe français Paul Henri Holbach (1723-1789) a exprimé cette caractéristique du XVIIIe siècle. pensée comme suit : « On nous demandera : d'où cette nature a-t-elle tiré son mouvement ? Nous répondrons à cela de lui-même, car c'est un grand tout, hors duquel rien ne peut exister. Nous disons que le mouvement est un mode d'existence, découlant nécessairement de l'essence de la matière ; que la matière bouge grâce à sa propre énergie ; qu'il doit son mouvement à des forces qui lui sont inhérentes.

Selon les concepts physiques modernes, l'ensemble des mouvements observés des objets physiques est en fait une manifestation de quatre types d'interactions fondamentales : gravitationnelle, électromagnétique, nucléaire forte et faible.

L'interaction gravitationnelle est due à la présence de masse dans les corps, et elle domine dans le méga-monde. La loi de la gravitation universelle est une expression formelle des conditions et de l'ampleur de cette interaction. L'interaction électromagnétique est due à une propriété spécifique d'un certain nombre de particules élémentaires, appelée charge électrique. Il joue un rôle de premier plan dans le macro- et le micro-monde jusqu'à des distances dépassant les dimensions des noyaux atomiques. Grâce à l'interaction électromagnétique, les atomes et les molécules existent et des transformations chimiques de la matière se produisent. Les interactions nucléaires n'apparaissent qu'à des distances comparables à la taille d'un noyau atomique. Les quatre types d'interactions fondamentales sont très différents les uns des autres (en particulier, l'interaction gravitationnelle n'est qu'attraction, tandis que l'interaction électromagnétique existe sous forme d'attraction et de répulsion) et sont dues à des mécanismes sensiblement différents. Néanmoins, dans le cadre de la physique théorique, se pose la question de la possibilité de construire une théorie unifiée de toutes les interactions fondamentales. De plus, à la suite d'études expérimentales sur les interactions des particules élémentaires en 1983, il a été constaté qu'aux énergies de collision élevées des particules élémentaires, les interactions faibles et électromagnétiques ne diffèrent pas et peuvent être considérées comme une seule interaction électrofaible.

Dans les sciences naturelles modernes, ainsi qu'en philosophie, il est d'usage de parler des niveaux d'organisation de la matière (ils distinguent les niveaux d'organisation physique, chimique, biologique), dont la classification est basée sur l'attribution des types correspondants de mouvement de la matière. En particulier, le mouvement de la matière au niveau physique de son organisation correspond aux 4 interactions fondamentales que nous avons considérées ; mouvement au niveau chimique - la transformation des substances; sur le biologique - le métabolisme au sein d'un organisme vivant. Les niveaux nommés d'organisation de la matière représentent des formes successives de complication de celle-ci, tandis que chaque niveau suivant n'est pas séparé du précédent par une ligne impénétrable, mais est le résultat de son développement naturel. En particulier, les substances organiques peuvent survenir non seulement à la suite de l'activité vitale des organismes biologiques, mais aussi sans elles - à la suite de la synthèse de substances inorganiques. En 1953, le chimiste américain S. Miller a prouvé expérimentalement la possibilité d'une synthèse abiogénique de composés organiques à partir de composés inorganiques. En passant une décharge électrique à travers un mélange de composés inorganiques, il obtient des acides organiques.

Le problème de la direction du mouvement, entendu dans un sens extrêmement général, peut être interprété comme une théorie de la mort thermique de l'Univers (régression) et comme une théorie de l'auto-organisation (progrès).

L'hypothèse de la mort thermique de l'Univers est une conséquence de la deuxième loi de la thermodynamique. L'un des premiers à émettre cette hypothèse au milieu du XIXe siècle fut le physicien allemand Rudolf Clausius (1822 - 1888) à partir de son interprétation de la deuxième loi de la thermodynamique. Il découle de la seconde loi que des processus physiques dirigés et irréversibles existent au niveau macroscopique. Pour comprendre cela, considérons l'exemple suivant. Supposons que nous apportions une bouilloire fraîchement bouillie dans la pièce et que nous en versions de l'eau dans un verre. Il est clair que la température de l'eau dans la bouilloire est bien supérieure à la température ambiante. Laissez la température de l'eau être de 100 degrés et la température ambiante de 18 degrés. Que va-t-il se passer ensuite? De toute évidence, l'eau se refroidira progressivement et l'air se réchauffera un peu. En fin de compte, la température de l'eau et de l'air s'égalisera et sera, disons, de 18,5 degrés, c'est-à-dire que l'équilibre thermodynamique viendra. Est-il possible que des événements se développent dans le sens opposé, lorsque la bouilloire avec de l'eau commence à prélever de la chaleur dans l'air et, par conséquent, se réchauffe à nouveau et que l'air se refroidit en conséquence? Purement théoriquement oui, mais la probabilité réelle de cela est proche de zéro.

Notre monde peut être considéré comme un système thermodynamique géant qui se trouve dans un état de non-équilibre. L'énergie se concentre principalement dans les étoiles chaudes et migre progressivement vers l'espace interstellaire beaucoup plus froid. Tous les moteurs disponibles s'avèrent finalement efficaces du fait de l'existence de ce non-équilibre global. Dès lors, la question des perspectives associées à l'effort du système global vers l'équilibre thermodynamique est tout à fait naturelle.

Selon Clausius, l'entropie de l'univers tend vers un maximum. Il s'ensuit que dans l'Univers, à la fin, tous les types d'énergie doivent passer dans l'énergie du mouvement thermique, qui sera uniformément répartie dans toute la substance de l'Univers. Après cela, tous les processus macroscopiques s'y arrêteront ou une «mort thermique» se produira.

Le système solaire, par exemple, peut être considéré comme un système thermodynamique fermé hors d'équilibre. L'énergie ici est principalement concentrée dans le Soleil. Plus de 95% de l'énergie utilisée par l'homme est l'énergie solaire. Évidemment, s'il cesse de nous fournir de l'énergie et que nous épuisons toutes ses réserves, alors aucun travail ne sera possible.

Ainsi, si l'ensemble du monde environnant est réellement considéré comme un système fermé auquel s'appliquent les conclusions de la thermodynamique classique, alors, lorsque l'équilibre est atteint, il doit s'agir d'un corps homogène à température, densité de matière et rayonnement constants, dans lequel aucune direction la transformation de l'énergie sera possible.

Les principales objections à l'hypothèse de la mort thermique de l'Univers sont les suivantes : 1) L'Univers n'est pas un système isolé. 2) Pourquoi l'Univers, existant depuis une durée illimitée, n'a-t-il toujours pas atteint l'état d'équilibre thermodynamique ?

Pendant longtemps, on a pensé que seuls les objets et les systèmes biologiques avaient la capacité de s'auto-organiser. Après l'avènement des ordinateurs, des programmes d'auto-apprentissage et l'émergence de la robotique, il est devenu clair que les objets artificiels peuvent aussi évoluer. Relativement récemment, il s'est avéré que les objets inanimés qui sont apparus naturellement sans participation humaine peuvent également avoir la capacité de s'auto-organiser. En particulier, les phénomènes de formation de tourbillons stables dans des écoulements non stationnaires de liquides et de gaz sont connus en physique ; l'apparition d'un rayonnement ordonné dans les lasers ; formation et croissance des cristaux. En chimie, fluctuations de concentration dans la réaction de Belousov-Zhabotinsky.

La nécessité et les lois de l'auto-organisation sont étudiées par la synergétique. Le terme "synergiques" a été proposé au début des années 70. 20ième siècle Physicien allemand Hermann Haken (né en 1927). Une grande contribution au développement de la théorie de l'auto-organisation a été apportée par le physicien belge et américain Ilya Prigogine (1917 - 2003). Actuellement, la synergie est un domaine interdisciplinaire de la recherche scientifique, dont le sujet est les modèles généraux d'auto-organisation dans les systèmes naturels et sociaux.

Pour l'émergence spontanée de structures plus ordonnées à partir de structures moins ordonnées, une combinaison des conditions suivantes est nécessaire :

Ils ne peuvent se former que dans des systèmes ouverts. Pour leur apparition, un apport d'énergie de l'extérieur est obligatoire, compensant les pertes et assurant l'existence d'états ordonnés ;

Les structures ordonnées apparaissent dans les systèmes macroscopiques, c'est-à-dire les systèmes constitués d'un grand nombre d'atomes, de molécules, de cellules, etc. Le mouvement ordonné dans de tels systèmes est toujours de nature coopérative, car un grand nombre d'objets y sont impliqués.

Il convient de souligner que l'auto-organisation n'est associée à aucune classe particulière de substances. Il n'existe que dans des conditions internes et externes particulières du système et de l'environnement.

Considérons l'exemple le plus simple d'auto-organisation - les cellules de Benard. La structuration (c'est-à-dire l'organisation) d'un liquide initialement homogène peut être observée lors de la convection (mélange de ses couches). Laissez le fluide au repos à une certaine température constante au moment initial. Ensuite, nous allons commencer à le chauffer par le bas. Lorsque l'intensité du chauffage augmente, le phénomène de convection se produit : la couche inférieure chauffée du liquide se dilate, devient plus légère et a donc tendance à flotter vers le haut. Pour la remplacer, de haut en bas, une couche plus froide et plus dense descend. Au début, cela se produit de façon sporadique : des courants ascendants apparaissent à un endroit puis à un autre et ne durent pas longtemps. C'est-à-dire que la convection se déroule de manière chaotique. Lorsque la différence de température entre les couches supérieure et inférieure du liquide atteint une certaine valeur critique, l'image change fondamentalement. Le volume entier de liquide est divisé en cellules identiques, dans chacune desquelles se trouvent déjà des mouvements de convection non amortis de particules liquides le long de trajectoires fermées. Les dimensions caractéristiques des cellules de Bénard dans le cas d'expériences avec du liquide sont de l'ordre du millimètre (10 -3 m), tandis que l'échelle spatiale caractéristique des forces intermoléculaires tombe sur une plage beaucoup plus petite : 10 -10 m. cellule de Benard séparée contient environ 10 21 molécules. Ainsi, un grand nombre de particules peuvent présenter un comportement cohérent (cohérent).

Les cellules de Benard peuvent se former dans des conditions appropriées dans n'importe quel liquide. De telles cellules ont été trouvées à la surface du Soleil et existent vraisemblablement dans le manteau terrestre. De plus, selon les concepts astronomiques modernes, la partie observable de l'Univers est également constituée de structures cellulaires - des amas de galaxies.

En plus de l'auto-organisation, un autre concept important de la synergétique est le concept de bifurcation. Le terme "bifurcation" - une fourche ou une scission en deux - dans la terminologie scientifique moderne est utilisé pour décrire le comportement de systèmes complexes soumis à des impacts et à des contraintes. A un certain moment, de tels systèmes doivent faire un choix critique : suivre soit l'une, soit l'autre branche du développement. L'exemple le plus simple d'un système situé à un point de bifurcation est l'équilibre instable d'une boule à la surface d'une sphère convexe de grand diamètre. La balle peut rouler sur la surface de la sphère dans n'importe quelle direction et presque à tout moment. Dans l'exemple considéré avec les cellules de Benard, le point de bifurcation est l'occurrence aléatoire de cellules droites ou gauches dans un fluide. Un tableau similaire s'observe également dans l'évolution biologique : une mutation aléatoire, qui conduira à une restructuration qualitative irréversible de l'organisme, est, dans le langage de la synergétique, un point de bifurcation. Ainsi, le concept de bifurcation peut être utilisé pour décrire les changements dans une grande variété de systèmes, y compris environnementaux et sociaux.

Les caractéristiques les plus importantes du point de bifurcation sont que, premièrement, le traverser transfère le système à un état qualitativement nouveau, et deuxièmement, il est impossible de savoir à l'avance dans quelle direction le système se développera, c'est-à-dire que la bifurcation n'est pas uniquement déterminé.

Il faut bien comprendre que l'idée principale de la synergétique est de décrire la possibilité d'émergence spontanée (sans l'intervention de l'esprit humain) de structures ordonnées à partir de désordres ou, selon les termes de I. Prigogine, "d'ordre à partir du chaos ”.

Quelle est la raison du mouvement ? Aristote - le mouvement n'est possible que sous l'action de la force; en l'absence de forces, le corps sera au repos. Galileo - le corps peut continuer à bouger même en l'absence de forces. La force est nécessaire pour équilibrer d'autres forces, par exemple, la force de frottement Newton - a formulé les lois du mouvement.

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Physique 10e année

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