Лекции.ИНФО


Механическое движение, его характеристики. Относительность скорости, перемещения, траектории механического движения



Механическое движение, его характеристики. Относительность скорости, перемещения, траектории механического движения

 

Механическим движением тела называется изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. При рассмотрении вопросов, связанных с движением тел, можно не принимать во внимание размеры тела. Тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь, называютматериальной точкой.Положение тела (точки) в пространстве можно определить относительно какого-либо другого тела, выбранного за тело отсчета A. Тело отсчета, связанная с ним система координат и часы составляют систему отсчета. Характеристики механического движения тела: траектория (линия, вдоль которой движется тело), перемещение (направленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение тела M1с его последующим положением M2), скорость (отношение перемещения ко времени движения - для равномерного движения). Характеристики механического движения относительны, т. е. они могут быть различными в раз­ных системах отсчета. Скорость тела относительно неподвижной системы координат равна геометрической сумме скорости тела относи­тельно подвижной системы и скорости этой системы относительно неподвижной.

Виды механического движения - прямолинейное равномерное, прямолинейное равноускоренное, равномерное движение по окружности

 

В зависимости от формы траектории движение может быть прямолинейным и криволинейным. Движение называетсяпрямолинейным и рав­номерным, если за любые сколь угодно малые равные промежутки времени тело совершает одинаковые перемещения. Запишем математическое выражение этого определения. Движение тела, при котором его скорость за любые равные промежутки времени изменяется одинаково, называетсяравноускоренным движением.Для характеристики этого движения нужно знать скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории, т. е. мгновенную скорость ,а также ускорение. Мгновенная скорость - это отношение достаточно малого перемещения на участке траектории, примыкающей к этой точке, к малому промежутку времени, в течение которого это перемещение совер­шается. Ускорение - величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло. Иначе, ускорение - это быстрота изменения скорости. При равномерном движении по окружности углы поворота радиуса за любые равные промежутки времени будут одинаковы. Поэтому угловая скорость измеряется в рад/с. При этом движении модуль скорости постоянный, он направ­лен по касательной к траектории и постоянно меняет направление, поэтому возникает центростре­мительное ускорение

 

Законы Ньютона. Примеры проявления законов Ньютона в природе и использование этих законов в технике.

Первый закон Ньютона.Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действия других тел компенсиру­ются). Этот закон часто называетсязаконом инерции, поскольку движение с постоянной скоростью при компенсации внешних воздействий на тело называетсяинерцией.

Второй закон Ньютона. Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сооб­щаемое этой силой ускорение . - ускорение прямо пропорционально действующей (или равнодействующей) силе и обратно пропорцио­нально массе тела.

Третий закон Ньютона. Силы взаимодействия между телами: направлены по одной прямой, равны по величине, противоположны по направлению, приложены к разным телам (по­этому не могут уравновешивать друг друга), всегда действуют парами и имеют одну и ту же природу.

Законы Ньютона выполняются одновременно, они позволяют объяснить закономерности движения планет, их естественных и искусственных спутников. Иначе, позволяют предвидеть траектории движения планет, рассчитывать траектории космических ко­раблей и их координаты в любые заданные моменты времени. В земных условиях они позволяют объяс­нить течение воды, движение многочисленных и раз­нообразных транспортных средств (движение автомо­билей, кораблей, самолетов, ракет). Для всех этих движений, тел и сил справедливы законы Ньютона.

 

Взаимодействие тел: силы тяжести, упругости, трения. Примеры проявления этих сил в природе и технике.

 
 

Опыты с различными телами показывают, что при взаимодействии двух тел оба тела получают ускорения, направленные в противоположные стороны. При этом отношение абсолютных значений уско­рений взаимодействующих тел равно обратному отношению их масс. Обычно вычисляют ускорение одного тела (того, движение которого изучается). Влияние же другого тела, вызывающего ускорение, коротко называетсясилой. В механике рассматриваются сила тяжести, сила упругости и сила трения. Сила тяжести - это сила, с которой Земля притягивает к себе все тела, находящиеся вблизи ее поверхности. Сила тяжести приложена к самому телу и направлена вертикально вниз (рис. 1а). Сила упругости возникает при деформации тела (рис. 1б), она направлена перпендикулярно по­верхности соприкосновения взаимодействующих тел. Сила упругости пропорциональна удлинению. Сила упругости на­правлена в сторону, противоположную удлинению. Жесткость(пружины) зависит от ее геометриче­ских размеров и материала. Сила, возникающая в месте соприкосновения тел и препятствующая их относительному перемеще­нию, называетсясилой трения.Если тело скользит по какой-либо поверхности, то его движению препят­ствует сила трения скольжения, где N - сила реакции опоры, m - коэффициент тре­ния скольжения. Сила трения скольжения всегда направлена против движения тела. Сила тяжести и сила упругости - это силы, зависящие от координат взаимодействующих тел от­носительно друг друга. Сила трения зависит от скорости тела, но не зависит от координат. Как в природе, так и в технике эти силы про­являются одновременно или парами. Например, сила трения увеличивается при увеличении силы тяжести. В быту часто полезное трение усиливают, а вредное - ослабляют (применяют смазку, заменяют трение скольжения трением качения)

На тело, погруженное в жидкость, действует выталки­вающая сила, равная разности показаний динамо­метра и направленная вертикально вверх. Значение этой силы установил Архимед. Закон Архимеда. На тело, погруженное в жид­кость (газ), действует направленная вертикально вверх выталкивающая сила, равная по величине весу жидкости (газа), взятой в объеме погруженного в нее тела (или погруженной части тела. Возникновение архимедовой силы объясняется тем, что с увеличением глубины растет давление жидкости (газа). Поэтому силы давления, действующие на нижние элементы поверхности тела, превосходят аналогичные силы, действующие на верхние элементы поверхности. На плавающие тела действуют силы: FA и FТЯЖ 1. Если FA < FТЯЖ (так как , , то ) значит, тело тонет. 2. Если FA = FТЯЖ (=,), то тело находится в равновесии на любой глубине. 3. Если FA > FТЯЖ (>,).то тело всплывает до тех пор, пока силы не уравно­весятся. Приведенные выше соотношения применимы для плавающих судов и воздухоплавания.

 

Импульс тела. Закон сохранения импульса.Примеры проявления закона сохранения импульса в природе и использования этого закона в технике.

 

Импульс тела - это произведение массы тела на его скорость. Импульс тела - величина векторная. Предположим, что взаимодействуют друг с другом два тела (тележки) с массами m1и m2, движущиеся относительно выбранной системы отсчета с соответственными скоростями. На тела при их вза­имодействии действовали соответственно силы, и после взаимодействия скорости их изменились. Если сравнить сумму импульсов обоих тел (тележек) до взаимодействия и сумму им­пульсов тех же тел после взаимодействия, то можно заметить, что импульс каждой тележки изменился, а сумма осталась не­изменной. Это справедливо для замкнутых систем, к которым относят группы тел, которые не взаимодей­ствуют с другими телами, не входящими в эту груп­пу. Отсюда вывод, т. е. закон сохранения импульса: Геометрическая сумма импульсов тел, со­ставляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой си­стемы между собой. Примером проявления закона сохранения им­пульса является реактивное движение. Оно наблю­дается в природе (движение осьминога) и очень ши­роко в технике (водометный катер, огнестрельное оружие, движение ракет и маневрирование космиче­ских кораблей).

 

Потенциальная и кинетическая энергия. Примеры перехода энергии из одного вида в другой. Закон сохранения энергии.

Энергия - характеристика состояния тела. Кинетическая энергия- энергия движуще­гося тела. Если на тело массой m действует постоян­ная сила P, совпадающая с направлением движения, то работа. Работа - мера изменения энергии. Кинетическая энергия. Работа дей­ствующих сил, приложенных к телу, равна изменению кинетической энергии . При , - кинетическая энергия равна работе, которую должна совершить сила, действующая на тело, чтобы сообщить данную скорость. Потенциальная энергия - энергия взаимодействия. Работа - потенциальная энергия тела, поднятого на высоту h над нулевым уровнем (например, над уровнем Земли). Знак «-» означает, что, когда работа силы тяжести положи­тельна, потенциальная энергия тела уменьшается. Потенциальная энергия не зависит от скорости, а за­висит от координаты тела (от высоты). Потенциаль­ная энергия деформированной пружины. Сумму кинетической и потенциальной энергий тела называют егополной механической энергией.Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или упругости, остается неизменной при любых движениях тел системы. Это утверждение являетсязаконом сохранения энергии в механических процессах.На примере свободно падающего тела можно пока­зать, что при его движении потенциальная энергия переходит в кинетическую. При этом потенциальная энергия уменьшается ровно на столько, на сколько увеличивается кинетическая энергия, т. е. пол­ная механическая энергия во все время падения остается неизменной.

Представления о дискретном состоянии вещества. Газообразное, жидкое и твердое состояния вещества. Опытное обоснование характера движения и взаимодействия частиц, из которых состоят вещества в различных агрегатных состояниях.

Все вещества, независимо от их агрегатного состояния, состоят из огромного числа частиц (молекул и атомов), эти частицы непрерывно и хаотически движутся, а также взаимодействуют между собой. Эти положения имеют опытное подтверждение. Опытным обоснованием дискретности строения вещества является растворение краски в воде, приготовление чая и многие технологические процессы. Непрерывность, хаотичность движения частиц вещества подтверждается существованием ряда явлений: диффузии - самопроизвольного перемешивания разных веществ, вследствие проникновения частиц одного вещества между частицами другого; броуновского движения - беспорядочного движения взвешенных в жидкостях мелких частиц под действием ударов молекул жидкости. О том, что частицы вещества взаимодействуют между собой, говорят опытные факты: притяжение (слипание, смачивание, усилие при растяжении), отталкивание (упругость, несжимаемость твердых и жидких тел). Силы взаимодействия частиц вещества проявляются только на расстояниях, сравнимых с размерами самих частиц. Агрегатное состояние вещества зависит от характера движения и взаимодействия. Газообразное состояние (газы легко сжимаются, занимают весь объем, имеют малую плотность) характеризуются большими расстояниями и слабым взаимодействием частиц вещества; жидкое состояние (жидкости практически не сжимаются, принимают форму сосуда) характеризуется плотной упаковкой и ближним порядком в упаковке частиц; твердое состояние (несжимаемы, кристаллическое строение) характеризуется плотной упаковкой и дальним порядком в упаковке частиц.

 

Твердые тела передают производимое на них давление в сторону действия силы. Для определения давления (p) необходимо силу (F), действующую пер­пендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности - Давление измеряют в паскалях: 1 Па = 1Н/м2. Давление, производимое на жидкость и газ, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку жидкости или газа. Это объясняется подвижностью частиц газа и жидкости. Закон Паскаля. Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каж­дую точку жидкости или газа. Подтверждением за­кона являются опыты с шаром Паскаля и работа гидравлических машин. Остановимся на работе этой машины (см. рис.). F1 и F2 - силы, действующие на поршни, S1 и S2 - площади поршней. Давление под малым порш­нем . Под большим поршнем . По закону Паскаля p1=p2, т. е. давление во всех точках покоящейся жидкости одинаково, или ,откуда . Машина дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько раз пло­щадь большого поршня больше площади малого. Это наблюдается в работе гидравлического пресса,используемого для изготовления стальных валов машин, железнодорожных колес или выжима­ния масла на маслобойных заводах, а также в гид­равлических домкратах.

 

Атмосфера - воздушная оболочка вокруг Земли, простирающаяся на высоту нескольких тысяч километров. Вследствие действия силы тяжести воз­душ­ный слой, прилегающий к Земле, сжат больше всего и передает производимое на него давление по всем направлениям. В результате этого земная по­верхность и тела, находящиеся на ней, испытывают атмосферное давление. Впервые измерил атмосферное давление итальянский физик Торричелли с помощью стеклянной трубки, запаянной с одного конца и заполненной ртутью (см. рис.). Давление в трубке на уровне а создается си­лой тя­жес­ти столба ртути высотой h = 760 мм, в тоже время на поверхность ртути в чашке действует атмосферное давление. Эти давления уравновеши­вают друг друга. Так как в верхней части трубки после опускания ртутного столба осталось безвоз­душное пространство, то, измерив высоту столба мож­но определить численное значение атмосферного дав­ления по формуле: р = = 9,8 Н/кг × 13 600 кг/м3 × 0,76 м =101 300 Па = 1013 ГПа. Приборами для измерения атмосферного давления являются ртутный барометр и барометр-анероид. Принцип действия последнего основан на сжатии пустотелой гофрированной металлической коробочки и передачи ее деформации через систему рычагов на стрелку- указатель. Барометр-анероид имеет две шкалы: внутренняя проградуирована в мм рт. ст. (1 мм рт. ст. = 133,3 Па), внешняя - в килопаскалях. Знание атмосферного давления весьма важно для предсказания погоды на ближайшие дни. Тропосфера(нижний слой атмосферы) представляет собой благодаря диффузии однородную смесь азота, кислорода, углекислого газа и паров воды. Эта смесь газов и поддерживает нормальную жизнедеятельность всего живого на Земле. Вредные выбросы в атмосферу загрязняют окружающую сре­ду. Например, авария на Чернобыльской АЭС, ава­рии на атомных подводных лодках, выбросы в атмо­сферу промышленных предприятий и т. п.

 

Принцип действия тепловой машины. Коэффициент полезного действия тепловых машин. Примеры тепловых двигателей. Влияние тепловых машин на окружающую среду и способы уменьшения их вредного воздействия.

 

Большая часть двигателей на Земле - это тепловые двигатели. Устройства, превращающие энергию топлива в механическую энергию, назы­ваютсятепловыми двигателями. Любой тепловой двигатель (паровые и газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания) состоит из трех основных эле­ментов: рабочего тела (это газ), которое совершает работу в двигателе; нагревателя, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой затем идет на совершение работы; холодильника, которым является атмосфера или специальные устройства (см. рис.).Ни один тепловой двигатель не может работать при одинаковой температуре его рабочего тела и окружающей среды. Обязательно температура нагре­вателя больше температуры холодильника. При со­вершении работы тепловыми двигателями происхо­дит передача теплоты от более горячих тел к более холодным. Рабочее тело двигателя получает количе­ство теплоты QН от нагревателя, совершает работу A' и передает холодильнику количество теплоты QХ. В соответствии с законом сохранения энергии А' < QН - QХ. В случае равенства речь идет об иде­альном двигателе, в котором нет потерь энергии. Отношение работы к энергии, которое получи­ло рабочее тело от нагревателя, называюткоэффици­ентом полезного действия(КПД). Паровая или газовая турбина, двигатель внут­реннего сгорания, реактивный двигатель работают на базе ископаемого топлива. В процессе работы много­численных тепловых машин возникают тепловые по­тери, которые в конечном счете приводят к повыше­нию внутренней энергии атмосферы, т. е. к повыше­нию ее температуры. Это может привести к таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, а вместе с тем к глобальному из­менению природных условий. При работе тепловых установок и двигателей в атмосферу выбрасываются вредные для человека, животных и растений оксиды азота, углерода и серы. С вредными последствиями работы тепловых машин можно бороться путем по­вышения КПД, их регулировки и создания новых двигателей, не выбрасывающих вредные вещества с отработанными газами.

 

Явление электромагнитной индукции. Примеры проявления электромагнитной индукции и ее использование в технических устройствах.

 
 

Если электрический ток создает магнитное по­ле, то нельзя ли с помощью магнитного поля полу­чить электрический ток? - такую задачу поставил английский физик Фарадей, узнав об открытии Эрстеда. Многочисленные опыты и раздумья привели Фарадея к успеху. Если к катушке с большим чис­лом витков подключить гальванометр, то, перемещая вдоль катушки постоянный магнит (рис. 1), можно наблюдать отклонение стрелки прибора, т.е. возник­новение индукционного электрического тока. При остановке магнита ток прекращается, при движении магнита в обратную сторону меняется направление тока. Многочисленные опыты подтверждают, что при любом изменении магнитного поля, пронизывающего катушки, в ней возникает индукционный ток. Это явление назвалиэлектромагнитной индукцией.Она возникает при перемещении магнита (электромагни­та) относительно катушки или катушки относитель­но магнита; при замыкании - размыкании цепи или изменении тока во второй катушке, если она нахо­дится на одном железном сердечнике с первой ка­тушкой. Явление электромагнитной индукции лежит в основе действия индукционных генераторов(постоянного и переменного тока), трансформаторов, микро­фонов и громкоговорителей. Электродинамический микрофон (рис. 2) состоит из ГП - образного постоянного магнита 3, в промежутке между полюсами магнита находится ка­тушка 1,каркас которой соединен с мебраной 2. Под действием звуков мембрана будет колебаться и в катушке возникает индукционный ток, который усили­вается с помощью усилителя низкой частоты и воспроизводится громкоговорителем. Таким образом, микрофон преобразует механическую энергию звуко­вых колебаний в электрическую энергию индукци­онного тока.

 

Закон Ома для участка цепи. Последовательное и параллельное соединение проводников.

 
 

Напряжение, сила тока и сопротивление - физические величины, характеризующие явления, происходящие в электрических цепях. Эти величины связаны между собой. Эту связь впервые изучил немецкий физик 0м.Закон Ома звучит так: Сила тока на участке цепи прямо пропорци­о­наль­­­на напряжению на этом участке (при заданном сопротивлении) и обратно про­пор­ци­ональ­на сопротивлению участка (при заданном напряжении): I = U / R, из формулы следует, что U = I×R и R = U / I. Так как сопротивление данного проводника не зависит ни от напряжения, ни от си­лы тока, то последнюю формулу надо читать так: со­противление данного проводника равно отношению напряжения на его концах к силе протекающего по нему тока. В электрических цепях ча­ще всего проводники (потребители электрической энергии) соединяются последовательно (на­при­мер, лампочки в елочных гирляндах) и параллельно (например, домашние электроприборы). При последовательном соединении (рис. 1) сила тока в обоих проводниках (лампочках)оди­накова: I = I1 = I2, напряжение на концах рассмат­риваемого участка цепи складывается из напряже­ния на пер­вой и второй лампочках: U = U1 + U2. Общее сопротивление участка равно сумме сопротив­лений лампочек R = R1 + R2. При параллельном соединении (рис. 2) резис­торов напряжение на участке цепи и на концах ре­зисторов одинаково: U = U1 = U2.сила тока в нераз­ветвленной части цепи равна сумме сил токов в от­дельных резисторах: I = I1 + I2. Общее сопротивле­ние участка меньше сопротивления каждого резистора. Если сопротивления резисторов одинаковы (R1 = R2) то общее сопротивле­ние участка. Если в цепь включено параллельно три и более резисторов, то общее сопротивление может быть найдено по формуле: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/RN. Параллельно соединяются сетевые потребите­ли, которые рассчитаны на напряжение, равное на­пряжению сети.

 

Электрическое и магнитное поля. Источники этих полей и индикаторы для их обнаружения. Примеры проявления этих полей

Пространство, окружающее наэлектризованное тело, отличается от пространства, находящегося во­круг не наэлектризованных тел. Иначе говоря, с каж­дым зарядом обязательно связано электрическое по­ле, которое непосредственно действует с некоторой силой на все остальные заряды. Электрическое поле материально. Оно может быть обнаружено по его воздействию на заряженные тела. Это подтверждает­ся следующим (одним из многочисленных) опытом. Если заряженной палочкой прикоснуться к подве­шенной на нити гильзе (из металлической фольги),то она оттолкнется. Чем ближе гильза к палочке, тем с большей силой действует на нее электрическое поле палочки. Следовательно, вблизи заряженных тел действие поля сильнее, а при удалении от них поле ослабевает. Электрическое поле исследуют с по­мощью пробного заряда, находящегося на шарике малых размеров. Магнитное поле проявляется около постоян­ных магнитов и проводников, по которым идет элек­трический ток. Широко распространенным индика­тором магнитного поля является магнитная стрелка (компас). С помощью этого индикатора можно обна­ружить, что разноименные магнитные полюса притя­гиваются, а одноименные - отталкиваются. Это вза­имодействие описывается по схеме: магнит - по­ле - магнит. Иначе говоря, вокруг магнита су­ществует магнитное поле, которое действует на дру­гие магниты, в частности на магнитные стрелки или намагничивающиеся частицы железа. Как и элек­трическое поле, магнитное поле материально. Электрические и магнитные поля играют ис­ключительно важную роль в природе и технике. Электрические поля проявляют себя в атмосферном электричестве (интенсивно во время грозы), магнит­ные - во многих космических явлениях. В технике электрические поля используются при покраске из­делий и в фильтрах, магнитные - в электромагни­тах, электрических генераторах и двигателях.

Механическое движение, его характеристики. Относительность скорости, перемещения, траектории механического движения

 

Механическим движением тела называется изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. При рассмотрении вопросов, связанных с движением тел, можно не принимать во внимание размеры тела. Тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь, называютматериальной точкой.Положение тела (точки) в пространстве можно определить относительно какого-либо другого тела, выбранного за тело отсчета A. Тело отсчета, связанная с ним система координат и часы составляют систему отсчета. Характеристики механического движения тела: траектория (линия, вдоль которой движется тело), перемещение (направленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение тела M1с его последующим положением M2), скорость (отношение перемещения ко времени движения - для равномерного движения). Характеристики механического движения относительны, т. е. они могут быть различными в раз­ных системах отсчета. Скорость тела относительно неподвижной системы координат равна геометрической сумме скорости тела относи­тельно подвижной системы и скорости этой системы относительно неподвижной.









Читайте также:

  1. Cоветско-германский протокол о порядке отвода германских войск и продвижения советских войск на демаркационную линию в Польше
  2. D. Правоспособность иностранцев. - Ограничения в отношении землевладения. - Двоякий смысл своего и чужого в немецкой терминологии. - Приобретение прав гражданства русскими подданными в Финляндии
  3. I. Наименование создаваемого общества с ограниченной ответственностью и его последующая защита
  4. I. Ультразвук. Его виды. Источники ультразвука.
  5. I. Характер отбора, лежавшего в основе дивергенции
  6. II. Вычленение первого и последнего звука из слова
  7. II. Однородные члены предложения могут отделяться от обобщающего слова знаком тире (вместо обычного в таком случае двоеточия), если они выполняют функцию приложения со значением уточнения.
  8. II. ПОЛИТИЧЕСКАЯ МЫСЛЬ ДРЕВНЕГО ЕГИПТА (по источнику «ПОУЧЕНИЕ ГЕРАКЛЕОПОЛЬСКОГО ЦАРЯ СВОЕМУ СЫНУ МЕРИКАРА»
  9. II.1. Общая характеристика отклоняющегося поведения несовершеннолетних.
  10. III. Проверка полномочий лица, подписывающего договор
  11. III. Регламент переговоров и действий машиниста и помощника машиниста в пути следования
  12. III. Соблазн и его непосредственные последствия


Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 306;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная