Die Dynamik ist ein Zweig der Mechanik, der die Ursachen von Änderungen in der mechanischen Bewegung untersucht. Diese Wissenschaft untersucht die Beziehung zwischen den Kräften, die auf Objekte einwirken, und den Auswirkungen, die auf die Bewegung ausgeübt werden.
Der Begriff Dynamik kommt aus dem Griechischen und bedeutet Stärke oder Kraft.
In der klassischen Mechanik sind diese Ursachen Kräfte. Darüber hinaus sind in der Dynamik auch Begriffe wie Masse, Impuls, Drehimpuls, Energie beteiligt.
Die auf den Newtonschen Gesetzen basierende Dynamik wird als klassische Dynamik bezeichnet. Die klassische Dynamik beschreibt die Bewegung von Körpern mit Geschwindigkeiten von Bruchteilen von Millimetern pro Sekunde bis zu Kilometern pro Sekunde.
Diese Methoden gelten jedoch nicht mehr für die Bewegung von Objekten winziger Größe (Quantenmechanik) und Bewegungen mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit (relativistische Mechanik). Auch hier liegt es daran, dass solche Bewegungen anderen Gesetzen unterliegen.
Dieser Zweig der Physik untersucht auch die Bewegung eines kontinuierlichen Mediums, dh verformbarer Körper, Flüssigkeiten und Gase.
Warum sind die Newtonschen Gesetze in der Dynamik so wichtig?
Die klassische Dynamik basiert auf den drei Grundgesetzen von Isaac Newton, die die Wirkungen erklären, die auf einen Körper einwirken, und die Ergebnisse der auf ihn einwirkenden Kräfte:
Newtons erstes Bewegungsgesetz oder Trägheitsgesetz
Ein Körper bleibt in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit, wenn kein anderer Körper auf ihn einwirkt oder seine Wirkung kompensiert wird.
Manchmal beobachten wir ein Objekt, das sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit ohne Wechselwirkungskraft bewegt. Es ist die Wirkung der Reibungskraft. Tatsächlich treten im Alltag überall Reibungskräfte auf. Daher muss Reibung eliminiert werden, um ideale Freikörperdiagramme zu untersuchen.
Newtons zweites Bewegungsgesetz
In physikalischen Trägheitsbezugssystemen ist die von einem materiellen Punkt erfasste Beschleunigung direkt proportional zu der Nettokraft, die sie verursacht, fällt mit ihr in Richtung zusammen und ist umgekehrt proportional zur Masse des materiellen Punkts.
Nach dem zweiten Hauptsatz stellte Newton diesen Zusammenhang von Kräften und Bewegung mit folgender Formel her:
F = m·a
wo
F ist die Kraft gemessen in Newton (N)
m ist die Masse des konstanten Objekts (kg)
a ist die Beschleunigung des Objekts (m/s).
Newtons drittes Gesetz
Die Kräfte, mit denen Körper aufeinander einwirken, sind auf derselben Geraden, haben entgegengesetzte Richtungen und gleiche Module.
Wenn beispielsweise ein Objekt auf einer Oberfläche gestützt wird, erzeugt das Gewicht eine Kraft auf die Oberfläche, und eine Ebene übt eine Reaktionskraft aus, die als Normal bezeichnet wird, mit derselben Intensität und entgegengesetztem Sinn. Diese Reaktion ist wichtig, weil sie eine Reibungskraft erzeugt, die vom Reibungskoeffizienten der Oberfläche abhängt. Daher muss diese Normalkraft in einer schiefen Ebene in vertikale und horizontale Komponenten zerlegt werden.
Was umfasst das Studium der Dynamik in der Physik?
Die Dynamik eines Punktes untersucht die Interaktion von materiellen Punkten, Körpern, deren Dimensionen im Vergleich zu den charakteristischen Dimensionen des untersuchten Phänomens vernachlässigt werden können. Es ist die Untersuchung von sich bewegenden Objekten, die durch äußere Kräfte wie kinetische Reibung oder Zentripetalkräfte in einer kreisförmigen Bewegung beeinflusst werden.
Die Starrkörperdynamik untersucht die Wechselwirkung absolut starrer Körper. Sie ist in vielen Fällen eine hervorragende Annäherung an die reale physikalische Situation.
Die Untersuchung der Gleichgewichtsverhältnisse mechanischer Systeme befasst sich mit der Statik.
Dynamik deformierbarer Körper:
Die Hydrodynamik untersucht die Bewegung idealer und realer Fluidbewegungen und ihre Wechselwirkungskraft mit Festkörpern.
Die Gasdynamik untersucht die Bewegungsgesetze eines gasförmigen Mediums; Insbesondere untersucht die Aerodynamik die Gesetze, die die Bewegung von Luftströmungen und ihre Wechselwirkung mit Hindernissen und sich bewegenden Körpern regeln.
