 |
Тема: Механическое движение и его виды. Физическое тело и материальная точка. Система отсчёта. Траектория движения. Путь и перемещение. Основная задача механики и способы её решения в кинематике.
|
|
|
|
Механическим движением называется изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.
Примеры механического движения: движение звезд и планет, самолетов и автомобилей, артиллерийских снарядов и ракет.
Механическое движение часто является составной частью более сложных немеханических процессов, например тепловых. Изучением механического движения занимается раздел физики, называемый механикой.
Учитель предлагает учащимся просмотреть эксперименты: движение пузырька воздуха в трубке с подкрашенной водой, бусинки на нити.
Основная задача механики. Изучить движение тела – значит определить, как изменяется его положение с течением времени. Если это известно, то можно узнать положение тела в любой момент времени.
Основная задача механики состоит в том, чтобы определить положение тела в любой момент времени.
Частным случаем движения является покой, поэтому механика рассматривает также условия, при которых тела находятся в покое (эти условия называются условиями равновесия).
Одна из основных частей механики, которая называется кинематикой, рассматривает движение тел без выяснения причин этого движения. Кинематика отвечает на вопрос: как движется тело? Другой важной частью механики является динамика, которая рассматривает действие одних тел на другие как причину движения. Динамика отвечает на вопрос: «Почему тело движется именно так, а не иначе?»
Механика – одна из самых древних наук. Определенные познания в этой области были известны задолго до новой эры, со времен Аристотеля (IV век до н.э.), Архимеда (III в. до н.э.). Однако, качественная формулировка законов механики началась только в XVII веке н. э., когда Г. Галилей открыл кинематический закон сложения скоростей и установил законы свободного падения тел. Через несколько десятилетий после Галилея великий И. Ньютон (1643–1727) сформулировал основные законы динамики. В механике Ньютона движение тел рассматривается при скоростях на много меньших скорости света в вакууме. Ее называют классической или ньютоновской механикой в отличие от релятивистской механики, созданной в начале XX века главным образом благодаря работам А. Эйнштейна (1879–1956).В релятивистской механике движение тел рассматривается при скоростях, близких к скорости света. Классическая механика Ньютона является предельным случаем релятивистской при υ << c.
|
|
|
Что изучает кинематика. Чтобы сформулировать законы механики и научиться их применять, нужно сначала научиться описывать положение тела и его движение. Описание движения составляет содержание раздела механики, которое называется кинематикой.
При решении задач в кинематике чаще всего не рассматривается, что именно движется, где движется, почему именно так движется. Главное одно: как движется.
4Материальная точка. При определении положения тела в пространстве возникают затруднения, связанные с тем, что тело имеет размеры. Тем не менее, при решении многих задач размерами тела можно пренебречь, рассматривая его как одну точку. При этом описание движения тела намного упрощается.
Тело, размерами которого в данной задаче можно пренебречь, называется материальной точкой.
Можно или нельзя считать тело материальной точкой, зависит не от размера тела (большое оно или маленькое), а от поставленной задачи.
Система отсчета. Далее следует перейти к выяснению вопроса, как определить положение тела в пространстве. Положение тела в пространстве всегда определяют относительно какого-то тела, которое называется телом отсчета. Тело отсчета присутствует в любой задаче о движении тел – даже тогда, когда оно явно не упоминается. Часто в качестве тела отсчета подразумевается Земля.
|
|
|
С телом отсчета связывают систему координат. Положение тела в пространстве задается тремя числами, которые называются координатами точки и обозначаются буквами x, y, z. Часто удается выбрать систему координат так, чтобы одна или координаты тела оставались неизменными во время всего движения. Тогда описать движение тела можно с помощью только одной или двух координат.
Связанная с телом отсчета система координат и выбранный способ измерения времени образуют систему отсчета.
Таким образом, система отсчета состоит из:
- тела отсчета;
- связанной с ним системой координат;
- часов.
Положение материальной точки в пространстве в любой момент времени (закон движения) можно определять либо с помощью зависимости координат от времени x = x (t), y = y (t), z = z (t) (координатный способ), либо при помощи зависимости от времени радиус-вектора 
(векторный способ), проведенного из начала координат до данной точки (рис. 1).
|
| Рисунок 1. |
Траектория. В процессе движения материальная точка занимает различные положения в пространстве относительно выбранной системы отсчёта. При этом движущая точка «описывает» в пространстве какую-то линию. Иногда эта линия видна, например, высоко летящий самолёт может оставлять за собой след в небе. Более знакомый пример – след куска мела на доске.
Траекторией движения тела (материальной точки) называется линия в пространстве, по которой движется тело.
Обычно траектория – невидимая линия. Траектория движущейся точки может быть прямой или кривой линией. Соответственно форме траектории движение бывает прямолинейным или криволинейным.
Учитель предлагает учащимся зарисовать траектории движения тел после просмотра демонстраций.
Путь и перемещение. Путь – это длина траектории. Обычно путь обозначается буквой l. Путь увеличивается, если тело движется, и остаётся неизменным, если тело покоится. Таким образом, путь не может уменьшаться со временем.
Предположим, нас интересует, где окажется тело через одну секунду после начала движения. Для решения поставленной задачи нужно знать расстояние, пройденное телом, начальную и конечную точки траектории.
|
|
|
S – путь
- перемещение
S
В
А Рисунок 2.
Как видно из рисунка перемещение можно задать с помощью направленного отрезка, начало которого совпадает с начальным положением тела, а конец - с конечным положением.
Напомним, что направленный отрезок, который характеризуется длиной (модулем) и направлением, называется вектором.
Перемещением тела (материальной точки) называется вектор, проведенный из начального положения тела в его положение в данный момент времени.
Единицы измерения пути метр, километр, сантиметр.
Поступательное движение. Очень часто движение тела можно описать полностью, следя только за одной его точкой, даже если размеры тела сравнимы с длиной траектории. Так происходит в том случае, когда перемещение всех точек одинаково. Такое движение тела называется поступательным.
Домашнее задание
1. Ответить на вопросы:
- По каким признакам можно определить, находится ли тело в состоянии покоя или движется?
- Приведите примеры тел, которые в данный момент совершают механическое движение.
2. Автомобиль дважды проехал вокруг города по кольцевой дороге, длина которой 109 км. Чему равны пройденный путь автомобилем ι и модуль его перемещения S?
А) ι = 0 км. S = 218 км. В) ι = S = 218 км.
Г) ι = S = 0 км Б) ι = 218 км. S = 0 км.
3. Спортсмен пробежал дистанцию 400 м и возвратился к месту старта. Чему равны пройденный путь автомобилем ι и модуль его перемещения S?
А) ι = 400 км. S = 0 км.
Б) ι = 0 км. S = 400км.
В) ι = S = 400 км.
Г) ι = S = 0 км
|
|
|
