Pierwsza zasada dynamiki Newtona. Każde ciało pozostaje w stanie spoczynku lub ruchu jednostajnego po linii prostej dopóty, dopóki nie zostanie zmuszone, za pomocą wywierania odpowiednich sił, do zmiany tego stanu. Jeżeli na ciało nie działa żadna wypadkowa siła, przyspieszenie tego ciała jest równe zeru. Pierwsza zasada dynamiki Newtona stwierdza, że jeżeli w pobliżu rozważanego ciała nie ma żadnych innych ciał , wówczas można znaleźć taki zespół układów odniesienia , w którym ciało nie będzie miało przyspieszenia. Fakt, że ciało pozostaje w spoczynku albo porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym, jeżeli nie przykładamy do niego żadnych innych sił, wiążemy z własnością materii naz. Bezwładnością (inercją). Pierwsza zasada dynamiki nazywa się również zasadą bezwładności, a układy odniesienia układami inercjalnymi.
II Zasada dynamiki Newtona. Siła F działająca na ciało o masie m udziela mu przyspieszenia a wartości proporcjonalnej do wartości siły, a współczynnikiem proporcjonalności jest masa m. Kierunek i zwrot siły są zgodne z kierunkiem i zwrotem przyspieszenia. F= m a [ kg * m/ s kwadrat = N]. W równaniu tym siła F jest sumą wszelkich sił działających na ciało, m- masą tego ciała, a a- przyspieszeniem ciała.
III Zasada dynamiki. Zasada akcji i reakcji głosi, że jeśli ciało pierwsze działa na ciało drugie daną siłą to ciało drugie działa na ciało pierwsze z tą samą siłą co do wartości, lecz przeciwnie skierowaną. FAB =- FAB. Każdej akcji towarzyszy zawsze równa co do wartości, lecz przeciwnie skierowana reakcja, czyli wzajemne oddziaływanie dwóch ciał jest zawsze równe co do wartości, lecz przeciwnie skierowane. Siły akcji i reakcji, które wyst. zawsze parami, działają na różne ciała. a = F/ mA + mB ; F - FAB = mBa ; FBA = mAa ; F= mAa + mBa.
Siły zachowawcze. Siła jest zachowawcza, jeżeli praca wykonana przez tę siłę nad punktem materialnym, który porusza się po dowolnej drodze zamkniętej, jest równa zeru. Siłę naz. zachowawczą, jeżeli praca wykonana przez nią nad punktem materialnym poruszającym się pomiędzy dwoma punktami zależy tylko od tych punktów, a nie od kształtu łączącej jej drogi. Siła jest niezachowawcza, jeżeli praca wykonana przez tę siłę nad punktem materialnym , który porusza się po dowolnej drodze zamkniętej, nie jest równa zeru. Siłę naz. niezachowawczą, jeżeli praca wykonana przez tę siłę nad punktem materialnym poruszającym się pomiędzy dwoma punktami, zależy od kształtu drogi łączącej te punkty.
Zasada zachowania energii. Energia może być przekształcana z jednej formy w inną, ale nie może być stwarzana, ani zniszczona ; energia całkowita jest wielkością stałą. Prawo to nazywamy zasadą zachowania energii, jest ono jednym z najbardziej ogólnych pojęć w fizyce.
Środek masy. W ruchu postępowym każdy punkt ciała doznaje tych samych przemieszczeń w miarę upływu czasu, tak więc ruch jednego punktu odzwierciedla ruch całego ciała. Nawet wówczas, gdy ciało wiruje lub drga, istnieje w tym ciele punkt, zwany środkiem masy , który porusza się w taki sam sposób, w jaki poruszałby się pojedynczy punkt materialny poddany tym samym siłom zewnętrznym. Jeżeli układ nie jest ciałem sztywnym, to daje się w nim wyznaczyć środek masy, którego ruch również może być opisany w stosunkowo prosty sposób.
X śr.m.= m1x1 + m2x2 / m1 + m2 . Równanie to definiuje położenie środka masy. Położenie środka masy jest zatem średnim ważonym przemieszczeniem, przy czym czynnik „wagowy” dla każdego punktu materialnego jest częścią całkowitej masy, odpowiadającą danemu punktowi materialnemu. Środek masy układu punktów materialnych zależy tylko od mas tych punktów i od ich wzajemnego rozmieszczenia. Zasada zachowania pędu. Jeżeli suma sił zew. działających na układ jest równa zeru, to wtedy : dP / dt =0 albo P= const. Jeżeli wypadkowa sił zew. działających na układ jest równa zeru, wtedy całkowity wektor pędu tego układu pozostaje stały. Jest to zasada zachowania pędu. Całkowity pęd układu może być zmieniony tylko przez siły zew. działające na ten układ. Siły wew., równe co do wartości i przeciwnie skierowane, wytwarzają równe co do wartości i przeciwnie skierowane zmiany pędu, które się wzajemnie redukują. Dla układu punktów materialnych p1+p2+....+pn= P i gdy całkowity pęd P jest stały, mamy p1 + p2 +....+pn= const = Po. Pędy poszczególnych punktów mogą ulegać zmianą , ale suma tych pędów, jeżeli na układ nie działa żadna wypadkowa siła zew. jest stała. Pęd jest wielkością wektorową, czyli powyższe równanie jest równoważne trzem równaniom skalarnym, po jednym dla każdej osi współrzędnych. A więc zasada zachowania pędu dostarcza nam trzech warunków ruchu układu, do którego tę zasadę stosujemy. Dynamika ciała sztywnego - ruch bryły sztywnej może składać się z ruchu postępowego i ruchu obrotowego . W ruchu postępowym bryła może być uważana za punkt materialny , gdyż wszystkie jej części poruszają się w taki sam sposób . Fakt ten pozwala stosować przy dynamicznym opisie ruchu postępowego bryły sztywnej zasady dynamiki dla punktu materialnego . Zasady dynamiki dla ruchu obrotowego należy jednak dopiero sformułować , gdyż inne wielkości decydują o przebiegu i charakterze tego ruchu. Wielkości dynamiczne ruchu obrotowego- wielkością wywołującą przyspieszenie kątowe bryły jest moment siły(moment obrotowy). Moment siły jest wielkością wektorową równą iloczynowi wektorowemu wektora położenia punktu przyłożenia siły i wektora siły działającej na bryłę M = r F . Moment bezwładności bryły jest to suma momentów bezwładności punktów materialnych tej bryły względem osi obrotu Tw. Steinera - moment bezwładności Io bryły względem osi obrotu nie przechodzącej przez środek masy tej bryły jest równy sumie momentów bezwładności Is bryły względem osi przechodzącej przez jej środek masy oraz momentu bezwładności m(0S)2 środka masy tej bryły względem osi obrotu Io = Is + m(0S)2 , gdzie m jest masą bryły , natomiast 0S jest odległością środka masy bryły od osi obrotu .Moment pędu- moment pędu bryły względem danego punktu odniesienia określamy jako sumę momentów pędu jej punktów materialnych względem tego samego punktu odniesienia . środek masy bryły- jest to punkt materialny , który porusza się w taki sposób , jakby w nim była skupiona cała masa bryły i jakby do niego była przyłożona wypadkowa wszystkich sił działających na bryłę Pierwsza zasada dynamiki dla ruchu obrotowego- w inercjalnym układzie odniesienia bryła nie obraca się lub obraca się ruchem jednostajnym , gdy nie działają na nią żadne momenty sił lub gdy działające momenty sił równoważą się wzajemnie Druga zasada - gdy na bryłę działa niezrównoważony moment siły M , wtedy nadaje on tej bryle przyspieszenie kątowe e , którego wartość jest proporcjonalna do wartości momentu siły , a zwrot i kierunek są identyczne jak zwrot i kierunek tego momentu siły e ~ M Zasada niezależności momentów sił - jeżeli na bryłę działa jednocześnie kilka momentów sił , to każdy z tych momentów nadaje jej przyspieszenie kątowe określone przez drugą zasadę dynamiki dla ruchu obrotowego , tak jakby inne momenty sił na bryłę nie działały Ruch drgający tłumiony - dotychczas zakładaliśmy że na rozpatrywany oscylator nie działają żadne siły tarcia. Gdyby tak było wtedy wahadło lub ciężarek na sprężynie drgałyby nieskończenie długo. W rzeczywistości w wyniku działania tarcia amplituda drgań zmniejsza się stopniowo , aż do zera. Mówimy że taki ruch jest tłumiony przez tarcie , nazywamy go ruchem harmonicznym tłumionym . Tarcie często występuje na skutek występowania oporu powietrza lub sił zewnętrznych. Wartość siły tarcia zależy od prędkości. W większości przypadków siła tarcia jest proporcjonalna do prędkości ciała i jest względem niej przeciwnie skierowana. Równanie ruch dla prostego harmonicznego oscylatora tłumionego może być zapisane za pomocą drugiej zasady dynamiki F = ma W tym równaniu F jest sumą siły -kx sprowadzającej drgające ciało do położenia równowagi oraz siły tłumiącej - b dx/dt , Stała b jest dodatnia . Otrzymujemy więc w rezultacie F = ma ,czyli -kx-b dx/dt = m d2x/dt2 , lub m d2x/dt2 + b dx/dt + kx = 0 Prawa Keplera- Kepler znalazł wałne regularności w ruchu planet . Są one znane jako trzy prawa ruchu planetarnego Keplera 1.Wszystkie planety poruszają się po orbitach eliptycznych , w których w jednym z ognisk znajduje się Słońce (prawo orbit) 2.Odcinek łączący jakąkolwiek planetę ze Słońcem zakreśla w równych odstępach czasu równe pola (prawo pól ) 3.Kwadrat okresu obiegu każdej planety jest proporcjonalny do sześcianu średniej odległości planety od Słońca (prawo okresów). Fala poprzeczna- fale możemy rozróżniać obserwując , jaki kąt tworzy kierunek ruchu cząstek materii z kierunkiem rozchodzenia się samych fal. Gdy ruchy cząsteczek materii przenoszącej falę są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się tej fali , wówczas mamy do czynienia z falą poprzeczną . Na przykład jeden koniec pionowej , napiętej liny wprawiamy w drgania , poruszając nim w prawo i w lewo , wtedy wzdłuż liny przebiega fala poprzeczna , zaburzenie porusza się wzdłuż liny , natomiast cząstki liny drgają prostopadle do kierunku rozchodzenia się tego zaburzenia. Fala podłużna - jeżeli cząstki przenoszące falę mechaniczną poruszają się do przodu i do tyłu wzdłuż kierunku rozchodzenia się fali , wówczas mamy do czynienia z falą podłużną . Na przykład , gdy pionową napiętą sprężynę na przemian rozciągamy i ściskamy na jednym końcu , wówczas wzdłuż sprężyny rozchodzi się fala podłużna , poszczególne zwoje sprężyny oscylują do góry i na dół - wzdłuż kierunku ruchu zaburzenia Falami podłużnymi są np. fale dźwiękowe w ośrodku gazowym. Zasada superpozycji- doświadczalnie ustalono niezbicie że dwie(albo więcej) fale mogą przebiegać ten sam obszar przestrzeni niezależnie od siebie. Oznacza to , że przemieszczenie dowolnej cząstki w ustalonej chwili czasu jest po prostu sumą przemieszczeń , które wywołałyby poszczególne fale . Ten proces wektorowego dodawania przemieszczeń nazywamy superpozycją. Np. słuchając orkiestry możemy słyszeć dźwięki grane przez poszczególne instrumenty , pomimo że fala docierająca do naszych uszu jest bardzo złożona. Prawo powszechnego ciążenia - siła działająca między każdymi dwoma punktami materialnymi o masach m1 i m2 znajdującymi się w odległości r jest siłą przyciągającą , skierowaną wzdłuż prostej łączącej te punkty , i ma wartość F = G m1m2/r2 , gdzie G jest stałą uniwersalną , mającą tę samą wartość dla wszystkich par punktów materialnych . Jest to prawo powszechnego ciążenia Newtona . Zasada Huygensa- każdy punkt ośrodka , do którego dotarła jakaś fala , staje się źródłem nowej fali , która w środowisku jednorodnym jest falą kulistą . Nowa powierzchnia falowa jest obwiednią wszystkich cząstkowych fal kulistych, wytworzonych w sąsiadujących ze sobą punktach ośrodka