Dynamika

Dynamika (z gr. δύναμις, dýnamis 'siła; władza') – dział mechaniki zajmujący się ruchem ciał materialnych pod działaniem sił. Głównym zadaniem dynamiki jest opis ruchu ciał pod działaniem samych sił. Do tego służą trzy rodzaje dynamicznych równań ruchu. W zależności od tego, jakim modelem mechanicznym dynamika się zajmuje, wyróżniamy dynamikę punktu materialnego, bryły sztywnej, dynamikę płynów itp.

Ogólne zasady dynamiki sformułował Newton, w swoim dziele "Principia" – były to trzy zasady dynamiki rządzące ruchem ciał (punktów materialnych).

Zasady dynamiki Newtona

Zasady dynamiki Newtona – trzy zasady leżące u podstaw mechaniki klasycznej sformułowane przez Isaaca Newtona i opublikowane w Philosophiae Naturalis Principia Mathematica w 1687 roku. Zasady dynamiki określają związki między ruchem ciała a siłami działającymi na nie, dlatego zwane są też prawami ruchu.

W mechanice kwantowej przeważnie nie mają zastosowania, w mechanice relatywistycznej obowiązują w ograniczonym zakresie.

I zasada dynamiki (zasada bezwładności)

Pierwsza zasada dynamiki zwana jest także zasadą bezwładności. Jest ona rozwinięciem idei Galileusza, który zauważył, że jeżeli usuniemy przeszkody ruchu, to zniknie potrzeba podtrzymywania ruchu przez jakąkolwiek siłę. Ruch jednostajny prostoliniowy będzie się odbywać sam przez siebie, bez żadnej pomocy z zewnątrz, o takim ruchu mówimy czasem jako o ruchu swobodnym. Galileusz stwierdza, że z każdym obiektem można związać układ odniesienia i że opisy tego samego ruchu w każdym układzie są równoważne. Stwierdzenie to nazywane jest zasadą względności. Galileusz opisał także sposób zamiany wielkości opisujących ruch, gdy zmieniany jest układ odniesienia, zwany transformacją Galileusza.

Zasada ta mówi, jak zachowuje się ciało, gdy nie działają na nie żadne siły lub gdy działanie tych sił równoważy się, czyli kiedy wartość siły wypadkowej wynosi 0.

Pierwsza zasada dynamiki:

"Jeśli na ciało nie działa żadna siła lub gdy działające siły równoważą się (siła wypadkowa jest równa zeru), to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym".

Oznacza to, że jeśli wypadkowa sił działających na ciało jest równa zeru, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

II zasada dynamiki

Druga zasada dynamiki Newtona mówi co dzieje się z ciałem jeżeli działa na niego niezrównoważona siła.

Druga zasada dynamiki:

"Jeżeli na ciało działa niezrównoważona siła to ciało to porusza się z przyspieszeniem (lub opóźnieniem) proporcjonalnym do wartości siły i odwrotnie proporcjonalnym do masy tego ciała".

Można opisać tę zależność wzorem:

a = F/m

Albo jako:

F = a . m

gdzie:
F - siła jaka działa na ciało,
m - masa ciała,
a - przyspieszenie jakie ma ciało.

Gdy wypadkowa siła działająca na ciało jest równa zeru, to przyspieszenie ciała jest równe zero, czyli ciało porusza się ze stałą prędkością lub pozostaje w spoczynku, co jest równoznaczne z treścią pierwszej zasady dynamiki. Zatem pierwsza zasada stanowi szczególny przypadek drugiej zasady. Niezależne od siebie są tylko druga i trzecia spośród zasad dynamiki Newtona.

III zasada dynamiki

Jeśli ciało A działa na ciało B siłą F (akcja), to ciało B działa na ciało A siłą (reakcja) o takiej samej wartości i kierunku, lecz o przeciwnym zwrocie.

W wersji skróconej:

Każdej akcji towarzyszy reakcja równa co do wartości i kierunku, lecz przeciwnie zwrócona.

Lecz należy pamiętać, że te siły się nie równoważą (gdyż działają na różne ciała).

WAŻNE!!! Przeważnie w mechanice klasycznej III zasada dynamiki Newtona i zasada zachowania pędu są równoważne. Obie nie obowiązują gdy układ fizyczny nie jest odosobniony czy podczas kreacji par cząstek wirtualnych.