Кинематика

Содержание

Слайд 1
Слайд 2
Слайд 3
Слайд 4

Что такое механическое движение?
Механическое движение — это изменение положения тел в пространстве относительно друг друга с течением времени.
Слайд 5

прямолинейным или криволинейным,
равномерным или неравномерным.
Слайд 6

При решении задач, связанных с механическим движением, необходимо определить:

траекторию движения;
скорость движения;
путь пройденный телом;
положение тела в пространстве в любой момент времени
Слайд 7

Что такое материальная точка?
Всегда ли можно применять понятие материальная точка?
Что такое система отсчёта?
Из чего состоит система отсчёта?
Какие виды систем отсчёта существуют?
Что такое перемещение
Слайд 8

Материальных точек нет в природе, но это понятие упрощает решение многих задач
Слайд 9

Материальной точкой называется тело, размерами которого в условиях решаемой задачи можно пренебречь.
Слайд 10

2. если оно движется поступательно.
Слайд 11

За материальную точку очень часто рассматривают Землю, если исследуют её движение вокруг Солнца.
Слайд 12

Но если мы решаем задачу связанную с суточным вращением планет, то нужно обязательно учесть форму и размер планеты. Например, если требуется определить время восхода Солнца в разных местах земного шара.
Слайд 13

В каких случаях автомобиль можно считать материальной точкой?
Автомобиль движется из Новосибирска в Томск
Производится заправка бензином автомобиля;
Автомобиль совершает обгон
Слайд 14

В каких случаях самолет можно считать материальной точкой:
самолет летит из Москвы в Новосибирск;
самолет выруливает на взлетную полосу;
происходит посадка пассажиров в самолет?
Слайд 15

Тело движется поступательно, если все его точки движутся одинаково.илиТело движется поступательно, если прямая, проведенная через две точки этого тела, при его перемещении смещается параллельно своему первоначальному положению.
Слайд 16

Поступательно движется кабина колеса обозрения
Слайд 17

Чтобы определить положение тела (материальной точки) в пространстве надо:

задать тело отсчета;
выбрать систему координат;
иметь прибор для отсчёта времени (часы)
Слайд 18

Тело отсчета, связанная с ним система координат и часы для отсчета времени движения образуют систему отсчета.
Слайд 19

Тело отсчёта — это тело, относительно которого определяется положение других (движущихся) тел.
Например, это может быть дерево, когда рассматриваем движение автобуса, или Земля, при расчёте движения ракеты
Слайд 20

Положение тела в пространстве можно определить с помощью 3 координат (трехмерная система координат)
Слайд 21

При прямолинейном движении тела достаточно одной координатной оси
Слайд 22

Современное понимание трехмерности окружающего пространства появилось в 17 веке, когда Декарт изобрел прямоугольную систему координат. В древности понятие размерности пространства не применялось, т.к. отсутствовало понятие координат.
Слайд 23

Что такое механическое движение?
Что такое материальная точка?
В каких случаях тело можно считать материальной точкой?
Какое движение называется поступательным?
Что такое система отсчета?
Слайд 24

§ 1, устно ответить на вопросы после параграфа, упр.1
Слайд 25

Литература

Перышкин А. В. Физика. 9 кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений/ А. В. Перышкин, Е. М. Гутник– М.: Дрофа, 2012
http://fizika-class.narod.ru/
Картинки со страниц свободного доступа сети интернет

Посмотреть все слайды

Содержание

Иногда — особенно в механике континуума и общей теории относительности. — систему отсчёта он относится не к одному телу, а к континууму реальных или воображаемых объектов, а не к одному телу. тел отсчёта, которые задают также систему Координаты. Универсальные линии тел отсчёта «…которые являются линиями пространства-времени…. в таком Совпадение случаев, в которых результаты измерений могут быть проверены.

Относительность механического движения — это зависимость траектории, пройденного расстояния, перемещения и скорости тела от выбора направления движения. системы отсчёта.

Движущиеся тела изменяют свое положение относительно других тел. Положение автомобиля, движущегося по автостраде, меняется по отношению к столбам светофора, положение корабля, движущегося по морю вблизи побережья, меняется по отношению к береговой линии, а о движении самолета, летящего над землей, можно судить по изменению его положения по отношению к земле. Механическое движение — это процесс изменения относительного положения тел в пространстве с течением времени. Можно показать, что одно и то же тело может двигаться по-разному относительно других тел.

Поэтому мы можем сказать, что тело движется только тогда, когда ясно, относительно какого тела изменилось его положение.

Сила Кориолиса

Действие этой силы хорошо известно на примере вращения Земли. Назвать её силой можно лишь условно, поскольку таковой она не является. Суть её действия состоит в том, что при вращении (например, Земли) каждая точка сферического тела движется по окружности, тогда как объекты, оторванные от Земли, в идеале перемещаются прямолинейно (как, например, свободно летящее в космосе тело). Поскольку линия широты является траекторией вращения точек земной поверхности, и имеет вид кольца, то любые тела, оторванные от нее и первоначально движущиеся вдоль этой линии, перемещаясь линейно, начинают всё больше отклоняться от неё в направлении более низких широт.

Другой вариант – когда тело запущено в меридиональном направлении, но из-за вращения Земли, с точки зрения земного наблюдателя, движение тела уже не будет строго меридиональным.

Сила Кориолиса оказывает большое влияние на развитие атмосферных процессов. Под её же влиянием вода сильнее ударяет в восточный берег текущих в меридиональном направлении рек, постепенно размывая его, что приводит к появлению обрывов. На западном же, напротив, откладываются осадки, поэтому он более пологий и часто заливается водой при паводках. Правда, это не единственная причина, приводящая к тому, что один берег реки выше другого, но во многих случаях она является доминирующей.

Сила Кориолиса имеет и экспериментальное подтверждение. Оно было получено немецким физиком Ф. Райхом. В эксперименте тела падали с высоты 158 м. Всего было проведено 106 таких опытов. При падении тела отклонялись от прямолинейной (с точки зрения земного наблюдателя) траектории приблизительно на 30 мм.

Абсолютная система отсчёта

В физике конкретная СЦ часто считается наиболее удобной (привилегированной) для решения конкретной задачи — определяется простотой вычислений или записи уравнений динамики тела и полей внутри него. Обычно такая Эта возможность связана с симметрией проблемы.

С другой стороны, раньше считалось, что существует «фундаментальная» система отсчёта, простота записи законов природы, которая отличала его от всех других. систем. Физики 19 века, например, считали, что система, Основанная на эфире электродинамика Максвелла была привилегированной и поэтому называлась абсолютной системой отсчета (ARS). В современном мышлении не существует системы отсчёта, выделенной именно таким такой системы отсчета не существует, так поскольку законы природы, выраженные в тензорной форме, имеют одинаковую форму во всех странах системах отсчёта — т.е. во всех точках пространства и во всех точках времени. Это условие — локальная инвариантность пространства-времени — является одной из проверяемых основ физики.

Инерциальные и неинерциальные системы отсчёта

Для описания движения тел инерциальные системы отсчёта подходят не всегда. В физике выделяют 2 вида систем отсчёта: инерциальные и неинерциальные системы отсчёта. Согласно механике Ньютона, любое тело может быть в состоянии покоя либо равномерного и прямолинейного движения, за исключением случаев, когда на тело оказывается внешнее воздействие. Такое равномерное движение называют движением по инерции.

Инерциальное движение (инерциальные системы отсчёта) составляет основу механики Ньютона и трудов Галилея. Если считать звёзды неподвижными объектами (что на самом деле не совсем так), то любые объекты, движущиеся относительно них равномерно и прямолинейно, будут образовывать инерциальные системы отсчёта.

В отличие от инерциальных систем отсчёта, неинерциальная система перемещается по отношению к указанной с определенным ускорением. При этом использование законов Ньютона требует дополнительных переменных, в противном случае они будут неадекватно описывать систему. Что бы ответить на вопрос, какие системы отсчёта называются неинерциальными, стоит рассмотреть пример неинерциального движения. Таким движением является вращение нашей и других планет.

Мир не идеален

К сожалению, а может быть и к счастью, мы не живем в мире, в котором все тела движутся прямолинейно и равномерно. Из-за этого инерция в реальной жизни невозможна, потому что всегда есть трение, сопротивление воздуха и прочие, препятствующие движению, факторы.

Пуля, вылетевшая из ружья, продолжала бы двигаться, сохраняя свою скорость, если бы на неё не действовало другое тело — воздух. Поэтому скорость пули уменьшается.

Велосипедист, перестав работать педалями, смог бы сохранить скорость своего движения, если бы на велосипед не действовало трение. Поэтому, если педали не крутить — скорость велосипедиста уменьшается, и он останавливается.

Система отсчёта

Мы знаем, что движение тела – это относительное движение. Таким образом, тело двигается по-разному по отношению к разным физическим объектам

Поэтому важно уточнять, относительно какого объекта рассматривается движение

Тело, относительно которого изучается движение материальной точки, называется телом отсчёта.

Логично, что помимо тела отсчёта нужно ввести понятие времени. Как правило, время измеряют с помощью часов. Современные часы позволяют измерять время до тринадцатого знака после запятой, в то время как механические часы могут рассказать нам только о секундах. Понятное дело, что такая точность необходима только в науке.

Совокупность тела отсчёта, системы координат и часов называют системой отсчёта.

Если человек будет кидать мяч относительно дома, то на рисунке ниже представлена система отсчёта такого движения. При этом оси координат выбраны таким образом, чтобы движение мяча происходило в плоскости ХОY.

Система отсчета

Координатные оси

Чтобы определить положение тела в пространстве в какой-то момент его движения, мы используем координаты (рисунок 8).

Рисунок 8. Использование координат

В каком случае положение движущегося тела можно задать с помощью одной координатной оси?

Если рассматриваемое тело движется прямолинейно, то нам достаточно одной координатной оси для определения его положения.

Так, если мы возьмем тележку с капельницей и заставим ее двигаться по столу прямолинейно и поступательно, то ее положение в любой момент времени мы смоем определить с помощью линейки (рисунок 9).

Рисунок 9. Пример использования одной координатной оси для определения положения тела

В данном случае линейка расположена вдоль траектории движения тележки, которую мы принимаем за материальную точку. Линейка здесь — тело отсчета, а ее шкала — координатная ось. Положение тележки с капельницей будет определяться относительно нулевого деления линейки.

Так, велосипедиста, едущего равномерно по прямой дороге, мы тоже можем принять за материальную точку, а, например, дерево — за тело отсчета (рисунок 10). Положение велосипедиста мы можем определить, используя систему координат из всего одной координатной оси, связанной с деревом.

Рисунок 10. Пример использования одной координатной оси для определения положения тела

Может ли потребоваться больше координатных осей?

Вспомните движение мела по школьной доске. Это будет движением по плоскости. Здесь нам и потребуется вторая координатная ось (рисунок 11).

Рисунок 11. Пример использования двух координатных осей

Три координатные оси нам понадобятся, если мы будет рассматривать движение тела в трехмерном пространстве. Например, движение вертолета (рисунок 12). Здесь мы будем использовать систему координат, связанную с телом отсчета и состоящую из трех взаимно перпендикулярных координатных осей.

Рисунок 12. Пример использования трех координатных осей

Прибор для определения времени

Во всех этих примерах, чтобы определить путь, который тело пройдет за определенное время, или его скорость, нам будет недостаточно координатной оси (или нескольких осей). Потребуется прибор для измерения времени — часы.

В случае с тележкой роль часов будет играть капельница. Из нее через равные промежутки времени падает капля. Поворачивая кран, мы можем настроить капельницу таким образом, чтобы капля падала раз в секунду. Потом мы можем посчитать количество промежутков между следами капель на столе и определить промежуток времени.

Выводы

Для определения положения движущегося тела в любой момент времени, вида движения, скорости тела и некоторых других характеристик движения необходимы тело отсчета, связанная с ним система координат (или одна координатная ось, если тело движется вдоль прямой) и прибор для измерения времени.

Так мы подошли к новому определению. Что такое система отсчета?

{"questions":,"answer":}}}]}

Понятие инерция в формулировках Галилея и Ньютона

Галилео Галилей и Исаак Ньютон внесли свой вклад в развитие такого раздела физики, как механика. Неудивительно, что каждый из них предложил свою формулировку.

	Галилео Галилей	Исаак Ньютон
Формулировка закона инерции	Когда тело движется по горизонтальной поверхности, не встречая никакого сопротивления движению, то его движение — равномерно, и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца.	Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не принуждается приложенными силами изменить это состояние.
Определение инерции	Инерция — это физическое явление, при котором тело сохраняет свою скорость постоянной или покоится, если на него не действуют другие тела.	Инерция – это физическое явление сохранения скорости тела постоянной, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.

Варианты формулировки не противоречат друг другу и говорят по сути об одном и том же, просто разными словами — выбирайте ту, что вам нравится больше.

Полезные подарки для родителей
В колесе фортуны — гарантированные призы, которые помогут наладить учебный процесс и выстроить отношения с ребёнком!
Получить подарок!

Использование навигации

ИСО предоставляет данные навигации для пользовательских систем. Она использует силу и кольцевой лазерный гироскоп вместо обычного определения угловой скорости относительно осей. Её датчики установлены непосредственно на планере. Основная функция каждого датчика состоит в жестком определении и расчёте линейных ускорений и угловых скоростей вращения относительно существующих осей движения летательного аппарата.

Эти данные используются для отображения навигации. Каждый датчик может рассматриваться и содержит три лазерных гироскопа и три акселерометра. Они воспринимают угловые скорости и линейные ускорения соответственно. Полученные данные преобразуются в локальные вертикальные координаты и объединяются с входной информацией эфира для расчёта важных параметров, применимость для:

положения;
ориентации;
истинного и магнитного курса;
скорости и направления ветра;
свободного ускорения;
высоты.

Относительность движения

Космонавт вышел в открытый космос. В состоянии покоя или движения он находится? Если рассматривать его относительно друга космонавта, находящегося рядом, он будет покоиться. А если относительно наблюдателя на Земле, космонавт движется с огромной скоростью. Аналогично с поездкой в поезде. Относительно людей в поезде вы неподвижно сидите и читаете книгу. Но относительно людей, которые остались дома, вы двигаетесь со скоростью поезда.

Примеры выбора тела отсчета, относительно которого на рисунке а) поезд движется (относительно деревьев), на рисунке б) поезд покоится относительно мальчика.

Сидя в вагоне, ожидаем отправления. В окне наблюдаем за электричкой на параллельном пути. Когда она начинает двигаться, трудно определить кто движется — наш вагон или электричка за окном. Для того, чтобы определиться, необходимо оценить движемся ли мы относительно других неподвижных предметов за окном. Мы оцениваем состояние нашего вагона относительно различных систем отсчета.

Изменение перемещения и скорости в разных системах отсчета

Перемещение и скорость изменяются при переходе из одной системы отсчета в другую.

Скорость человека относительно земли (неподвижной системы отсчета) различная в первом и втором случаях.

Правило сложения скоростей: Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета — это векторная сумма скорости тела относительно подвижной системы отсчета и скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной.

Аналогично вектора перемещения. Правило сложения перемещений: Перемещение тела относительно неподвижной системы отсчета — это векторная сумма перемещения тела относительно подвижной системы отсчета и перемещения подвижной системы отсчета относительно неподвижной.

Пусть человек идет по вагону по направлению (или против) движения поезда. Человек — тело. Земля — неподвижная система отсчета. Вагон — подвижная система отсчета.

Вектора подвижной со и тела относительно подвижной со совпадают по направлению

Вектора подвижной со и тела относительно подвижной со противоположные по направлению

Изменение траектории в разных системах отсчета

Траектория движения тела относительна. Например, рассмотрим пропеллер вертолета, спускающегося на Землю. Точка на пропеллере описывает окружность в системе отсчета, связанного с вертолетом. Траектория движения этой точки в системе отсчета, связанной с Землей, представляет собой винтовую линию.

Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью

Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью – простейший вид криволинейного движения.

Траектория движения – окружность. Вектор скорости направлен по касательной к окружности.
Модуль скорости тела с течением времени не изменяется, а ее направление при движении по окружности в каждой точке изменяется, поэтому движение по окружности – это движение с ускорением.
Ускорение, которое изменяет направление скорости, называется центростремительным.
Центростремительное ускорение направлено по радиусу окружности к ее центру.

Центростремительное ускорение – это ускорение, характеризующее быстроту изменения направления вектора линейной скорости.
Обозначение – \( a_{цс} \), единицы измерения – м/с2.

Движение тела по окружности с постоянной по модулю скоростью является периодическим движением, т. е. его координата повторяется через равные промежутки времени.Период – это время, за которое тело совершает один полный оборот.
Обозначение – \( T \), единицы измерения – с.

где \( N \) – количество оборотов, \( t \) – время, за которое эти обороты совершены.Частота вращения – это число оборотов за единицу времени.
Обозначение – \( \nu \), единицы измерения – с–1 (Гц).

Период и частота – взаимно обратные величины:

Линейная скорость – это скорость, с которой тело движется по окружности.
Обозначение – \( v \), единицы измерения – м/с.
Линейная скорость направлена по касательной к окружности:

Угловая скорость – это физическая величина, равная отношению угла поворота к времени, за которое поворот произошел.
Обозначение – \( \omega \), единицы измерения – рад/с .

Направление угловой скорости можно определить по правилу правого винта (буравчика).
Если вращательное движение винта совпадает с направлением движения тела по окружности, то поступательное движение винта совпадает с направлением угловой скорости.
Связь различных величин, характеризующих движение по окружности с постоянной по модулю скоростью:

Важно!
При равномерном движении тела по окружности точки, лежащие на радиусе, движутся с одинаковой угловой скоростью, т. к

радиус за одинаковое время поворачивается на одинаковый угол. А вот линейная скорость разных точек радиуса различна в зависимости от того, насколько близко или далеко от центра они располагаются:

Если рассматривать равномерное движение двух сцепленных тел, то в этом случае одинаковыми будут линейные скорости, а угловые скорости тел будут различны в зависимости от радиуса тела:

Когда колесо катится равномерно по дороге, двигаясь относительно нее с линейной скоростью \( v_1 \), и все точки обода колеса движутся относительно его центра с такой же линейной скоростью \( v_1 \), то относительно дороги мгновенная скорость разных точек колеса различна.

Мгновенная скорость нижней точки \( (m) \) равна нулю, мгновенная скорость в верхней точке \( (n) \) равна удвоенной скорости \( v_1 \), мгновенная скорость точки \( (p) \), лежащей на горизонтальном радиусе, рассчитывается по теореме Пифагора, а мгновенная скорость в любой другой точке \( (c) \) – по теореме косинусов.

Понятие — материальная точка

Понятие материальной точки — абстрактное, но его введение облегчает решение практических задач.

Понятием материальной точки пользуются в тех случаях, когда размеры тела малы по сравнению с расстоянием, пройденным им при движении, а также при изучении поступательного движения тела, при котором все его точки за одно и то же время проходят одинаковые пути. Например, Землю можно считать материальной точкой при изучении ее движения вокруг Солнца, но при изучении движения тел на поверхности Земли ее следует считать протяженной.

Понятием материальной точки, представляющим собой известное абстрагирование от реальных свойств движущихся тел, широко пользуются в механике, так как введение этого понятия вносит значительное упрощение в исследование движения тел.

К понятию материальной точки, безусловно, привели наблюдаемы тела; материальную точку можно себе представить подобной лишенному признаков протяженности, формы, пространственной ориентации, всех внутренних свойств, сохранившему лишь инерцию и трансляцию, движущемуся телу, к которому добавляется лишь понятие силы. Материальные тела, которые психологически вызвали образование понятия материальная точка, со своей стороны сами должны были теперь рассматриваться как система материальных точек. Необходимо отметить, что по своей сущности эта теоретическая система является атомистической и механистической. Ньютона простые движения материальных точек.

Можно воспользоваться понятием материальной точки для изучения поступательного движения абсолютно твердого тела, так как все точки движутся одинаково. Для определения положения материальной точки в пространстве и описания ее движения необходимы следующие понятия.

Естественно, что понятие материальной точки является абстракцией, что никаких материальных точек в природе нет. Однако постановка ряда задач механики такова, что позволяет с успехом пользоваться этой абстракцией.

В каких случаях пользуются понятием материальной точки.

Принципиальным для классической механики является понятие материальной точки. По сути вся она и строится на основании законов движения материальной точки, постепенно усложняясь и переходя к рассмотрению все более сложных объектов — и так вплоть до механики жидкости и газа.

Одним из основных понятий механики является понятие материальной точки.

Однако этими случаями не ограничивается применение понятия материальной точки. Оно оказывается полезным и при более сложных видах движения. Представим себе, что по какой-нибудь поверхности катится шарик. При этом движении центр шарика описывает какую-то линию ( прямую или кривую), траектории же остальных его точек представляют собой различ ные сложные кривые линии.

При формулировании основных законов динамики пользуются понятием материальной точки. Под материальной точкой понимают тело конечной массы, размерами и различием в движении отдельных точек которого по условиям задачи можно пренебречь. В дальнейшем будет показано, что поступательно движущееся тело можно рассматривать как материальную точку с массой, равной массе всего тела.

Для построения моделей механических систем важнейшей абстракцией является понятие материальной точки. За материальную точку принимают материальное тело, размеры которого пренебрежимо малы в сравнении с расстояниями между телами. В предельном случае это понятие превращается в понятие математической точки.

Для построения моделей механических систем важнейшей абстракцией является понятие материальной точки. Под материальной точкой понимается физический объект, в геометрическом смысле эквивалентный математической точке, но обладающий массой. Эквивалентность в геометрическом смысле означает отсутствие у материальной точки геометрической внутренней структуры, формы и размеров.

Так, например, в механике при анализе движения тел пользуются понятием материальной точки, но нельзя просто сказать, что данное тело можно считать материальной трчкой; нужно обязательно прибавить, в каком движении это тело можно считать точкой.

Инерция движения

В случае с движением мы берем ту часть первого закона Ньютона, в которой скорость постоянна, но не равна нулю. Здесь мы откроем способность тела к движению, которое было вызвано силой, прекратившей своё действие на тело.

Вернемся к самому началу:

Велосипедист наезжает на камень и падает с велосипеда. Благодаря инерции скорость велосипедиста сохраняется, несмотря на то, что сам велосипед не едет дальше.

Наездник слетает с лошади, если та остановилась. Это тоже происходит из-за инерции — скорость наездника остается постоянной, при этом сама лошадь останавливается.

Попробуйте курсы подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в онлайн-школе Skysmart!