Движение

редактировать
Для использования в других целях, см Движение (значения). Движение предполагает изменение положения

В физике, движение представляет собой явление, при котором объект изменяет свое положение. Движение математически описывается в терминах смещения, расстояния, скорости, ускорения, скорости и времени. За движением тела наблюдают, прикрепляя систему отсчета к наблюдателю и измеряя изменение положения тела относительно этой системы координат с изменением во времени. Раздел физики, описывающий движение объектов без ссылки на его причину, - кинематика ; раздел, изучающий силы и их влияние на движение, - динамика.

Если объект не изменяется относительно данной системы отсчета, говорят, что объект находится в состоянии покоя, неподвижен, неподвижен, неподвижен или имеет постоянное или неизменное во времени положение относительно своего окружения. Поскольку не существует абсолютной системы отсчета, абсолютное движение не может быть определено. Таким образом, можно считать, что все во Вселенной находится в движении.

Движение применяется к различным физическим системам: к объектам, телам, частицам материи, полям материи, излучению, полям излучения, частицам излучения, кривизне и пространству-времени. Можно также говорить о движении образов, форм и границ. Итак, термин движение, в общем, означает непрерывное изменение положения или конфигурации физической системы в пространстве. Например, можно говорить о движении волны или движении квантовой частицы, где конфигурация состоит из вероятностей того, что волна или частица займут определенные позиции.

Основная величина, измеряющая движение тела, - это импульс. Импульс объекта увеличивается с массой объекта и его скоростью. Суммарный импульс всех объектов в изолированной системе (на которую не действуют внешние силы) не меняется со временем, как описано законом сохранения количества движения. Движение объекта и, следовательно, его импульс не может измениться, если на тело не действует сила.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Законы движения
    • 1.1 Классическая механика
    • 1.2 Уравнения движения
    • 1.3 Релятивистская механика
    • 1.4 Квантовая механика
  • 2 Список «неуловимых» движений человека
    • 2.1 Вселенная
    • 2.2 Галактика
    • 2.3 Солнце и солнечная система
    • 2.4 Земля
    • 2.5 Континенты
    • 2.6 Внутренний корпус
    • 2.7 Ячейки
    • 2.8 Частицы
    • 2.9 Субатомные частицы
  • 3 Свет
  • 4 типа движения
  • 5 Основные движения
  • 6 См. Также
  • 7 ссылки
  • 8 Внешние ссылки

Законы движения

Основная статья: Механика

В физике движение массивных тел описывается двумя взаимосвязанными наборами законов механики. Классическая механика для сверхатомных (больше атомных) объектов (таких как автомобили, снаряды, планеты, клетки и люди ) и квантовая механика для атомных и субатомных объектов (таких как гелий, протоны и электроны ). Исторически Ньютон и Эйлер сформулировали три закона классической механики:

Первый закон: В инерциальной системе отсчета объект либо остается в покое, либо продолжает двигаться с постоянной скоростью, если на него не действует чистая сила.
Второй закон: В инерциальной системе отсчета векторная сумма сил F, действующих на объект, равна массе m этого объекта, умноженной на ускорение a объекта: F = m a.

Если результирующая сила F, действующая на тело или объект, не равна нулю, тело будет иметь ускорение a, которое будет в том же направлении, что и результирующая.

Третий закон: Когда одно тело оказывает силу на второе тело, второе тело одновременно оказывает на первое тело силу, равную по величине и противоположную по направлению.

Классическая механика

Классическая механика используется для описания движения макроскопических объектов, от снарядов до частей механизмов, а также астрономических объектов, таких как космические корабли, планеты, звезды и галактики. Он дает очень точные результаты в этих областях и является одним из старейших и крупнейших научных описаний в науке, технике и технологиях.

Классическая механика основана на законах движения Ньютона. Эти законы описывают взаимосвязь между силами, действующими на тело, и движением этого тела. Впервые они были составлены сэром Исааком Ньютоном в его работе Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, впервые опубликованной 5 июля 1687 г. Три закона Ньютона:

  1. Покоящееся тело будет оставаться в покое, а движущееся тело останется в движении, если на него не действует внешняя сила. (Это известно как закон инерции. )
  2. Сила равна изменению количества движения ( мВ) за изменение во времени. Для постоянной массы сила равна массе, умноженной на ускорение ( F = ma).
  3. На каждое действие есть равная и противоположная реакция. то есть всякий раз, когда одно тело прикладывает силу F ко второму телу (в некоторых случаях, которое стоит на месте), второе тело прикладывает силу - F обратно к первому телу. F и - F равны по величине и противоположны по направлению. Таким образом, тело, которое проявляет F, будет отодвинуто назад.

Три закона движения Ньютона были первыми, кто точно предоставил математическую модель для понимания орбитальных тел в космическом пространстве. Это объяснение объединило движение небесных тел и движение объектов на Земле.

Уравнения движения

Поступательное движение

При поступательном движении движущая сила F уравновешивается силой сопротивления F r, создаваемой ведомой машиной, и силой инерции Ma, возникающей в результате изменения скорости, или

F - F р знак равно M а знак равно M d v d т {\ displaystyle {\ vec {F}} - {\ vec {Fr}} = M {\ vec {a}} = M {\ operatorname {d} \! {\ vec {v}} \ over \ operatorname {d } \! {\ vec {t}}}} (1)

где масса M выражена в кг. скорость v в м / сек, ускорение a в м / сек2 и сила F в ньютонах (Н).

Колебательное движение

Повторяющееся движение называется периодическим или колебательным движением. Объект в таком движении колеблется около положения равновесия из-за возвращающей силы или крутящего момента. Такая сила или крутящий момент имеет тенденцию восстанавливать (возвращать) систему в ее положение равновесия независимо от того, в каком направлении система смещается.

Вращательное движение

При вращательном движении крутящий момент T M (обычно развиваемый электродвигателем) уравновешивается крутящим моментом T L сопротивления (обычно создаваемым нагрузкой и называемым валом двигателя) и инерционным или динамическим крутящим моментом J d ω / dt,

Т M - Т L знак равно J d ω / d т {\ displaystyle T_ {M} -T_ {L} = J \ operatorname {d} \! \ omega / \ operatorname {d} \! t} (2)

где инерция J выражена в кг * м 2. Иногда его называют крутящим моментом или моментом маховика, а T - крутящий момент в Н * м. Знаки, которые должны быть связаны с T M и T L в уравнении. (2) зависят от режима работы приводного двигателя и характера момента нагрузки.

Равномерное движение:

Когда объект движется с постоянной скоростью в определенном направлении через равные промежутки времени, это называется равномерным движением. Например: велосипед движется по прямой с постоянной скоростью.

Уравнения равномерного движения:

Если = конечная и начальная скорость, = время и = смещение, то: v {\ displaystyle \ mathbf {v}} т {\ displaystyle t} s {\ displaystyle \ mathbf {s}}

s знак равно v т {\ Displaystyle \ mathbf {s} = \ mathbf {v} t} (3)

Релятивистская механика

Современная кинематика, разработанная с учетом электромагнетизма, связывает все скорости v с их отношением к скорости света c. Скорость тогда интерпретируется как скорость, гиперболический угол φ, для которого функция гиперболического тангенса tanh φ = v / c. Ускорение, изменение скорости, затем меняет скорость в соответствии с преобразованиями Лоренца. Эта часть механики - специальная теория относительности. Попытки включить гравитацию в релятивистскую механику были предприняты У. К. Клиффордом и Альбертом Эйнштейном. В разработке использовалась дифференциальная геометрия для описания искривленной Вселенной с гравитацией; исследование называется общей теорией относительности.

Квантовая механика

Квантовая механика - это набор принципов, описывающих физическую реальность на атомном уровне материи ( молекулы и атомы ) и субатомных частиц ( электроны, протоны, нейтроны и даже более мелкие элементарные частицы, такие как кварки ). Эти описания включают одновременное волнообразное и частичное поведение как материи, так и энергии излучения, как описано в дуальности волна-частица.

В классической механике можно вычислить точные измерения и прогнозы состояния объектов, например местоположения и скорости. В квантовой механике из-за принципа неопределенности Гейзенберга полное состояние субатомной частицы, такое как ее местоположение и скорость, не может быть определено одновременно.

Помимо описания движения явлений на атомном уровне, квантовая механика полезна для понимания некоторых крупномасштабных явлений, таких как сверхтекучесть, сверхпроводимость и биологические системы, включая функцию рецепторов запаха и структуры белка.

Список «неуловимых» движений человека

Люди, как и все известные объекты во Вселенной, находятся в постоянном движении; однако, помимо очевидных движений различных внешних частей тела и передвижения, люди движутся разными способами, которые труднее воспринимать. Многие из этих «незаметных движений» можно ощутить только с помощью специальных инструментов и внимательного наблюдения. Людям трудно воспринимать более крупные масштабы неощутимых движений по двум причинам: законы движения Ньютона (особенно третья), которые предотвращают ощущение движения массы, с которой связан наблюдатель, и отсутствие очевидной системы отсчета. что позволит людям легко видеть, что они движутся. Меньшие масштабы этих движений слишком малы, чтобы их можно было обычным образом обнаружить человеческими чувствами.

Вселенная

Пространство-время (ткань Вселенной) расширяется, что означает, что все во Вселенной растягивается, как резинка. Это движение наиболее неясно, поскольку это не физическое движение как таковое, а скорее изменение самой природы Вселенной. Первичный источник подтверждения этого расширения был предоставлен Эдвином Хабблом, который продемонстрировал, что все галактики и далекие астрономические объекты удаляются от Земли, известный как закон Хаббла, предсказанный универсальным расширением.

Галактика

Галактика Млечный Путь движется через пространство и многие астрономы считают, что скорость этого движения, составляет приблизительно 600 километров в секунду (1340000 миль в час) относительно наблюдаемых местоположений других соседних галактик. Другая система отсчета обеспечивается космическим микроволновым фоном. Эта система отсчета показывает, что Млечный Путь движется со скоростью около 582 километров в секунду (1 300 000 миль в час).

Солнце и солнечная система

Млечный Путь вращающийся вокруг своей плотной галактический центр, таким образом, солнце движется по кругу в пределах галактики «s силы тяжести. Вдали от центральной выпуклости или внешнего края типичная скорость звезды составляет от 210 до 240 километров в секунду (от 470 000 до 540 000 миль в час). Все планеты и их луны движутся вместе с солнцем. Таким образом, Солнечная система движется.

Земля

Земля вращается или вращается вокруг своей оси. Это подтверждается днем и ночью : на экваторе Земля движется на восток со скоростью 0,4651 километра в секунду (1040 миль в час). Земля также вращается вокруг Солнца в орбитальном обороте. Полный оборот вокруг Солнца занимает один год или около 365 дней; в среднем он развивает скорость около 30 километров в секунду (67 000 миль в час).

Континенты

Теория тектоники плит говорит нам, что континенты дрейфуют под действием конвекционных потоков внутри мантии, заставляя их перемещаться по поверхности планеты с медленной скоростью примерно 2,54 сантиметра (1 дюйм) в год. Однако скорости движения пластин широко варьируются. Самыми быстро движущимися плитами являются океанические плиты, при этом Кокосовая плита продвигается со скоростью 75 миллиметров (3,0 дюйма) в год, а Тихоокеанская плита движется на 52–69 миллиметров (2,0–2,7 дюйма) в год. С другой стороны, самая медленно движущаяся плита - Евразийская плита, прогрессирующая со средней скоростью около 21 миллиметра (0,83 дюйма) в год.

Внутреннее тело

Человеческое сердце постоянно сокращается, чтобы кровь перемещалась по телу. Было обнаружено, что через более крупные вены и артерии в теле кровь движется со скоростью примерно 0,33 м / с. Хотя существуют значительные различия, и пиковые потоки в полых венах были обнаружены между 0,1 и 0,45 метра в секунду (0,33 и 1,48 фута / с). дополнительно движутся гладкие мышцы полых внутренних органов. Самым известным из них является перистальтика, при которой переваренная пища продвигается по пищеварительному тракту. Хотя разные продукты проходят через тело с разной скоростью, средняя скорость в тонком кишечнике человека составляет 3,48 километра в час (2,16 миль в час). Человек лимфатическая система также постоянно вызывает движение избыточных жидкостей, липидов и иммунная система, связанные с ними продукты по всему телу. Было обнаружено, что лимфатическая жидкость движется через лимфатический капилляр кожи со скоростью примерно 0,0000097 м / с.

Клетки

В клетках этого человеческого тела есть много структур, которые перемещаются по всем их. Цитоплазматические потоковое это способ, в котором клетки перемещаются молекулярными вещества по всей цитоплазме, различные моторные белки работают как молекулярные моторы в пределах сот и двигаться вдоль поверхности различных клеточных субстратов, таких как микротрубочки, и моторные белки, как правило, питания от гидролиза из аденозинтрифосфат (АТФ) и превращают химическую энергию в механическую работу. Было обнаружено, что везикулы, движущиеся моторными белками, имеют скорость примерно 0,00000152 м / с.

Частицы

В соответствии с законами термодинамики, все частицы из вещества находятся в постоянном хаотическом движении, пока температура выше абсолютного нуля. Таким образом, молекулы и атомы, составляющие человеческое тело, колеблются, сталкиваются и движутся. Это движение можно определить по температуре; более высокие температуры, которые представляют большую кинетическую энергию в частицах, кажутся теплыми для людей, которые ощущают тепловую энергию, передаваемую от объекта, к которому прикасаются, к их нервам. Точно так же, когда прикасаются к предметам с более низкой температурой, чувства воспринимают передачу тепла от тела как ощущение холода.

Субатомные частицы

Внутри каждого атома электроны существуют в области вокруг ядра. Эта область называется электронным облаком. Согласно модели атома Бора, электроны обладают высокой скоростью, и чем больше ядро, по которому они вращаются, тем быстрее им нужно двигаться. Если электроны «движутся» вокруг электронного облака по строгим траекториям, как планеты вращаются вокруг Солнца, то электроны должны будут делать это со скоростями, которые намного превышают скорость света. Однако нет причин, по которым человек должен ограничиваться этой строгой концептуализацией (что электроны движутся по траекториям так же, как и макроскопические объекты), скорее можно концептуализировать электроны как `` частицы '', которые прихотливо существуют в пределах электронного облака. Внутри атомного ядра, что протоны и нейтроны, которые, вероятно, также передвигаться из - за электрическое отталкивание протонов и наличие углового момента оба частиц.

Свет

Основная статья: Скорость света

Свет движется со скоростью 299 792 458 м / с, или 299 792,458 километров в секунду (186 282,397 миль / с), в вакууме. Скорость света в вакууме (или c) также является скоростью всех безмассовых частиц и связанных полей в вакууме, и это верхний предел скорости, с которой могут перемещаться энергия, материя, информация или причинно-следственная связь. Таким образом, скорость света в вакууме - это верхний предел скорости для всех физических систем.

Кроме того, скорость света является неизменной величиной: она имеет одно и то же значение независимо от положения или скорости наблюдателя. Это свойство делает скорость света c естественной единицей измерения скорости и фундаментальной постоянной природы.

Типы движения

Фундаментальные движения

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

  • СМИ, связанные с движением на Викискладе?
Последняя правка сделана 2023-04-05 05:23:41
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте