ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ НЬЮТОНА

 

Смысл динамических уравнений

 

Попытаемся теперь понять, что же означает уравнение

Пусть в данный момент времени t тело находится в точке z и движется со скоростью vz. Каковы будут его поло­жение и скорость спустя небольшой промежуток времени, т.е. в момент t? Если мы сможем ответить на этот вопрос, то проблема решена, так как, исходя из начальных условий, т.е. положения и скорости в некоторый начальный момент времени, можно сказать, как они изменяются в первый мо­мент, а зная положение и скорость в первый момент, можно найти их и в следующий и т.д. Таким образом, шаг за шагом выстраивается вся картина движения. Для большей опреде­ленности предположим, что в момент t=0 положение гру­зика z=1, а его скорость vz=0. Почему вообще движется грузик? Да потому, что на него в любом положении, за ис­ключением положения равновесия z=0, действует сила. Если z>0, то эта сила направлена вверх. Следовательно, скорость, которая вначале была нулем, благодаря уравнениям движе­ния начинает изменяться. Но как только скорость начинает возрастать, грузик приходит в движение. Для любого мо­мента времени t при очень малом ε можно с достаточно хо­рошей точностью найти положение в момент tчерез ско­рость и положение в момент t:

z(t + ε)=z(t)+vz(t

Конечно, это выражение тем точаее, чем меньше ε, но оно может быть достаточно точным, даже когда интервал ε не исчезающе мал. Что теперь можно сказать о скорости? Чтобы определить скорость в момент t+ε, очевидно, нужно знать, как она изменяется со временем, т.е. нужно знать ускорение. А как узнать его? Вот здесь-то нам на помощь приходят уравнения динамики. Именно они позволяют определить, чему равно ускорение. В нашей задаче уравнение динамики гово­рит Fz=maz=−kz => az=−z ускорение равно –z. Поэтому

vz(t+ε)= vz(t)+azε= vz(t)−z(t)ε

Предыдущее уравнение еще кинематическое; оно просто говорит о том, что из-за наличия ускорения скорость изменяется. Од­нако последнее уравнение уже динамическое, потому что оно связывает ускорение с силой. Оно говорит, что в данной част­ной задаче для данного момента времени ускорение можно заменить на −z(t). Следовательно, если в какой-то момент времени нам известны положение z и скорость vz, то мы знаем и ускорение, которое дает возможность найти скорость в сле­дующий момент, а скорость в свою очередь определяет новое положение и т.д. Вот каким образом действует весь этот ди­намический механизм! Действующая сила немного изменяет скорость, а скорость приводит к небольшому изменению по­ложения.