Физика. Взаимосвязь кинематики с динамикой.

Question

Хотелось бы разобраться вот с таким на вид (а может быть и на самом деле) довольно безобидным вопросом:
Всегда ли если тело движется (именно движется и не покоиться) , то движение происходит по направлению равнодействующей силы (если это не равномерное движение и равнодействующая не равна 0) ? Например, подбрасываем мячик. Он летит вверх, а значит равнодействующая сил направлена вверх? Или равнодействующая не направлена вверх, но это не мешает двигаться мячику с определённой скоростью? И, конечно, мне интересно понять как начальная скорость вот этого сама мячика рождается из законов динамики. Буду вам очень благодарен за объяснение. )

Answer 1

В сторону равнодействующей силы направлен вектор ускорения.
Строго по второму закону Ньютона F = ma.

А направление движения показывает вектор скорости, быстрота изменения которого во времени есть вектор ускорения.

Поэтому вовсе необязательно, что равнодействующая сила направлена туда, куда движется тело (кстати, так думали в древние времена) .

Возьмём простой случай прямолинейного движения. Тогда векторы скорости и ускорения могут быть направлены в одну сторону. Т. е. в этом случае тело движется и набирает скорость в том направлении, в котором оно движется. В эту же сторону направлена и равнодействующая. Векторы скорости и ускорения могут быть направлены и в разные стороны. В этом случае тело, двигаясь в одну сторону, замедляется, теря свою скорость. В конце-концов оно может остановиться и начать двигаться в другую сторону, причём ускоренно. И в этом случае вектор равнодействующей силы направлен в сторону вектора ускорения. Наглядный пример - подбрасывание мяча.

Подбрасывая мяч, мы собщаем ему некоторую начальную скорость, вектор которой направлен вверх. Ускорение свободного падения и сила тяжести направлены вниз. Поэтому мяч летит какое-то время вверх замедленно, а потом вниз - ускоренно. Собщение мячу начальной скорости обусловлено работой наших мышц. Это, безусловно, связано с законами динамики, но это сложный вопрос, поскольку кроме динамики тут есть ещё и биология. Динамика же (особенно, школьная) вопрос функционирования человеческих мышц не рассматривает, и потому полагает просто по условию, что телу собщается некоторая начальная скорость.

Векторы скорости и ускорения могут быть направлены и под углом друг к другу - в случае криволинейного движения. Тогда равнодействующая изменяет направление вектора скорости, т. е. направление движения тела, и также направлена в сторону вектора ускорения.