Kaj so enačbe gibanja?

Enačbe gibanja se uporabljajo za določanje hitrosti, premika ali pospeška predmeta v stalnem gibanju. Večina aplikacij enačb gibanja se uporablja za izražanje, kako se predmet premika pod vplivom konstantne, linearne sile. Različice osnovne enačbe se uporabljajo za upoštevanje predmetov, ki se premikajo po krožni poti ali v konfiguraciji nihala.

Enačba gibanja, imenovana tudi diferencialna enačba gibanja, matematično in fizično povezuje Newtonov drugi zakon gibanja. Drugi zakon gibanja po Newtonu pravi, da se bo masa pod vplivom sile pospešila v isti smeri kot sila. Sila in velikost sta premo sorazmerni, sila in masa pa obratno sorazmerni.

Standardne enačbe gibanja vključujejo pet spremenljivk. Ena spremenljivka je za začetni in končni položaj predmeta, znan tudi kot premik. Dve spremenljivki predstavljata začetno in končno meritev hitrosti, znani kot sprememba hitrosti. Četrta spremenljivka opisuje pospešek. Peta spremenljivka pomeni časovni interval.

Klasična enačba za reševanje linearnega pospeška predmeta je zapisana kot sprememba hitrosti, deljena s spremembo časa. Zakon enačbe gibanja je običajno nastavljen s pomočjo treh kinetičnih spremenljivk: hitrosti, premika in pospeška. Pospešek je mogoče rešiti z uporabo hitrosti in premika, dokler za problem velja drugi zakon gibanja.

Ko je predmet v stalnem pospešku vzdolž rotacijske poti, so enačbe gibanja drugačne. V tem primeru je klasična enačba za krožni pospešek predmeta zapisana z uporabo začetne in kotne hitrosti, kotnega pomika in kotnega pospeška.

Bolj zapletena uporaba enačb gibanja je enačba gibanja nihala. Osnovna enačba je znana kot Mathieujeva enačba. Izraža se z gravitacijsko konstanto za pospešek, dolžino nihala in kotnim premikom.
Za uporabo takšne enačbe za problem, ki vključuje konfiguracijo nihala, je treba izpolniti več predpostavk. Prva predpostavka je, da je palica, ki povezuje maso s točko osi, breztežna in ostane napeta. Druga predpostavka je, da je gibanje omejeno na dve smeri, naprej in nazaj. Tretja predpostavka je, da je energija, izgubljena zaradi zračnega upora ali trenja, zanemarljiva. Različice osnovne enačbe se uporabljajo za upoštevanje neskončno majhnih nihanj, sestavljenih nihal in drugih konfiguracij.