Презентация, доклад по теме Механика 10 класс

В настоящее время физика глубокими корнями вросла в астрономию, геологию, химию, биологию и другие естественные науки. Она многое объясняет в этих науках, предоставляет им современные методы исследования: радиотелескопы, электронные микроскопы, лазеры, рентгеновские установки и т. д.

Стимулом естествознания XVII в. стал призыв к экспериментальному изучению природы со стороны английского философа Фрэнсиса Бэкона (1568—1626). Ф. Бэкон понял важное обстоятельство: законы природы могут дать неизмеримо больше, чем заключено в том опытном материале, на основе которого они получены. Именно благодаря этому возможна наука.

При­мер­но в Сред­ние века на­чи­на­ет раз­ви­вать­ся вто­рой спо­соб ис­сле­до­ва­ния фи­зи­ки – экс­пе­ри­мент. Одним из самых из­вест­ных экс­пе­ри­мен­та­то­ров того вре­ме­ни яв­ля­ет­ся Га­ли­лео Га­ли­лей, ита­льян­ский физик, аст­ро­ном и фи­ло­соф.

Фи­зи­че­ский экс­пе­ри­мент – вос­про­из­ве­де­ние при­род­ных или со­зда­ние новых фи­зи­че­ских яв­ле­ний и про­цес­сов в опре­де­лён­ных усло­ви­ях с целью ис­сле­до­ва­ния, ис­пы­та­ния.

Ука­зан­ные раз­ли­чия тел и яв­ле­ний опи­сы­ва­ют такие фи­зи­че­ские ве­ли­чи­ны, как вы­со­та, вес, объем, время.

Все основные законы физики формулируются на математическом языке.

Любые изменения в природе подчиняются определённым законам. Движение тел описывается законами механики.

Механика — наука об общих законах движения тел.

Здесь покоится Сэр Исаак Ньютон,
Который почти божественной силой своего ума Впервые объяснил
С помощью своего математического метода
Движения и формы планет,
Пути комет, приливы и отливы океана.
Он первый исследовал разнообразие световых лучей
И проистекающие отсюда особенности цветов,
Которых до того времени никто даже не подозревал.
Прилежный, проницательный и верный истолкователь
Природы, древностей и священного писания.
Он прославил в своём учении всемогущего Творца.
Требуемую Евангелием простоту он доказал своей жизнью.
Пусть смертные радуются, что в их среде
Жило такое украшение человеческого рода.
Родился 25 декабря 1642 г. Умер 20 марта 1727 г.

Вывод:

Кинематика – это раздел механики, изучающий способы описания движений и связь между величинами, характеризующими эти движения.

Изучение движения начинаем с его описания. Простейшее движение — это движение точки по прямой.

Положение тела можно охарактеризовать одной координатой — числом, принимающим как положительные, так и отрицательные значения.

то при выбранном положительном направлении оси Х координата автомобиля будет положительной, а координата дерева — отрицательной.

Найти эту зависимость — значит ответить на вопрос, каковы координаты точки в любые моменты времени.

Для описания прямолинейного движения нужно выбрать систему отсчёта: тело отсчёта, координатную ось и часы.

Таким способом можно описать движение сколь угодно детально, выбрав очень малые интервалы времени.

График показывает, как меняется координата автомобиля с течением времени. Получается, как видите, довольно сложная кривая. Но это не означает, что само тело движется вдоль этой кривой. Движение-то является прямолинейным!
Линия, вдоль которой происходит движение точки, называется траекторией. В рассмотренном случае траектория движения точки — прямая линия.

Зависимость координаты от времени даёт полное кинематическое описание движения точки вдоль оси X. В дальнейшем мы увидим, как законы механики позволяют найти вид этой функции, и познакомимся с тем, что нужно для этого знать.

ах = ± |А1В1|.

Отрицательная проекция

Положительная проекция

Следовательно, если найти зависимости координат от времени, то есть законы X(t),Y(t),Z(t) , то можно решить главную задачу механики – определить положение тела (координату) в любой момент времени.

Зная координаты и путь, не всегда можно определить местоположение тела через некоторое время. Для этого необходимо знать длину и направление отрезка, соединяющего начальное положение тела с последующим. Такой направленный отрезок называют перемещением

Движение называется равномерным прямолинейным, если траектория есть прямая линия и точка за любые равные промежутки времени проходит равные расстояния.

Чем больше скорость, тем большее расстояние проходит тело за данный интервал времени.

Скорость показывает, как быстро движется тело, т. е. как быстро с течением времени меняется его положение в пространстве по отношению к другим телам.

и

В координатной форме

и

Пройденный путь

Скорость равномерного прямолинейного движения постоянна:

vx = const.

При равномерном прямолинейном движении точки её координата является линейной функцией времени.

На (рис.2) приведены примеры графиков зависимости координаты от времени для трёх различных случаев равномерного прямолинейного движения. Прямая 1 соответствует случаю х0 = 0, υx1 > 0; прямая 2 — случаю х0 < 0, υx2 > 0, а прямая 3 — случаю х0 > 0, υx3< 0. Угол наклона α2 прямой 2 больше, чем угол наклона α1 прямой 1. За один и тот же промежуток времени t1 точка, движущаяся со скоростью υx2, проходит большее расстояние, чем при движении её со скоростью υx1. Следовательно, скорость υx2 больше, чем скорость υx1. Проекция скорости определяет угол наклона прямой к оси t. Очевидно, проекция скорости υx численно равна тангенсу угла α. В случае 3 α3 < 0, движение происходит в сторону, противоположную оси ОХ.
На (рис 3) представлены зависимости проекций скоростей от времени для случаев 1, 2 и 3.

Все графики равномерного прямолинейного движения представляют собой прямые линии. Для их построения достаточно указать значения х(t) или s(t) для двух моментов времени.

Ха­рак­те­ри­сти­ка­ми нерав­но­мер­но­го дви­же­ния яв­ля­ют­ся сред­няя и мгно­вен­ная ско­ро­сти

Средняя путевая скорость – это отношение полного пути, пройденного телом, ко времени, за которое путь пройден.

Скорость, с которой должна равномерно и прямолинейно двигаться точка, чтобы попасть из начального положения в конечное за определённый промежуток времени, называется средней скоростью перемещения.

Когда мы говорим, что путь от Москвы до Санкт-Петербурга поезд прошёл со скоростью 80 км/ч, мы имеем в виду именно среднюю путевую скорость движения поезда между этими городами. Модуль средней скорости перемещения при этом будет меньше средней путевой скорости, так как .

Мгновенная скорость – это скорость движения тела в данный момент времени, скорость тела в данной точке траектории.

Мгновенная скорость – это векторная величина. Поэтому, кроме её нахождения (нахождения её модуля), необходимо знать, как она направлена.
 
 

Направление мгновенной скорости совпадает с направлением перемещения тела.

Если тело движется криволинейно, то мгновенная скорость направлена по касательной к точке траектории

перемещение человека относительно парохода

перемещение парохода относительно берега

перемещение человека относительно берега

 Если тело одновременно участвует в нескольких движениях, то результирующее перемещение точки равно векторной сумме перемещений, совершаемых ею в каждом из движений. В этом состоит установленный экспериментально принцип независимости движений.

Разделив это уравнение на промежуток времени, за который произошли перемещения человека и парохода, получим закон сложения скоростей:

Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета  равна геометрической сумме скорости тела относительно подвижной системы отсчета и скорости самой подвижной системы отсчета относительно неподвижной

перемещение человека относительно Земли,

перемещение человека относительно платформы,

перемещение платформы относительно Земли

– это ско­рость из­ме­не­ния ско­ро­сти.

Проекция ускорения

Рав­но­уско­рен­ным на­зы­ва­ет­ся дви­же­ние, при ко­то­ром за любые рав­ные про­ме­жут­ки вре­ме­ни ско­рость тела уве­ли­чи­ва­ет­ся на оди­на­ко­вую ве­ли­чи­ну. При рав­но­уско­рен­ном дви­же­нии уско­ре­ние тела по­сто­ян­но.

Рав­но­за­мед­лен­ным на­зы­ва­ют дви­же­ние, при ко­то­ром ско­рость тела про­ти­во­по­лож­но на­прав­ле­на его уско­ре­нию.

гра­фи­ки за­ви­си­мо­сти уско­ре­ния тела от вре­ме­ни при рав­но­уско­рен­ном дви­же­нии

про­ек­ция уско­ре­ния по­ло­жи­тель­на

про­ек­ция уско­ре­ния равна нулю(прямолинейное равномерное движение)

отрицательная про­ек­ция уско­ре­ния.

Связь угла на­кло­на гра­фи­ка за­ви­си­мо­сти ско­ро­сти тела от вре­ме­ни с уско­ре­ни­ем тела при рав­но­уско­рен­ном дви­же­нии.

По­ко­я­ще­е­ся тело

Пе­ре­ме­ще­ние тела при дви­же­нии с по­сто­ян­ной ско­ро­стью

Дви­же­ние тела с по­сто­ян­ным уско­ре­ни­ем

На­прав­ле­ние уско­ре­ния

При движении с постоянным ускорением проекция скорости не остаётся постоянной, а изменяется в зависимости от времени по линейному закону.

Определение координаты тела

Про­ек­ция пе­ре­ме­ще­ния

Урав­не­ние дви­же­ния с по­сто­ян­ным уско­ре­ни­ем

Оно поз­во­ля­ет узнать ко­ор­ди­на­ту дви­жу­щей­ся ма­те­ри­аль­ной точки в любой мо­мент вре­ме­ни. Но мо­мент вре­ме­ни мы вы­би­ра­ем в пре­де­лах про­ме­жут­ка, когда ра­бо­та­ет мо­дель: уско­ре­ние по­сто­ян­ное, дви­же­ние пря­мо­ли­ней­ное.

Связь между проекциями начальной и конечной скоростей, ускорения и перемещения

Ускорение не зависит от массы шаров

Галилей впервые доказал, что земной шар сообщает всем телам вблизи поверхности Земли одно и то же ускорение.

Ускорение свободного падения несколько изменяется в зависимости от географической широты места на поверхности Земли.

g = 9,82 м/с2.

v = gt

В момент падения тела на землю у = 0 и поэтому высота падения связана со временем падения формулой:

Зависимость скорости тела от высоты падения.

Д/З письменно ответьте на вопросы.

υ0x = υ0cosα, υ0y= υ0sinα, ax = 0 и ay = -g.

Проекции вектора на оси координат:

L = (υ0cosα)tпол.

Движение тела, брошенного под углом к горизонту, можно рассматривать как сумму двух независимых движений — равномерного движения вдоль оси ОХ и равноускоренного движения вдоль оси OY.

Линейная скорость тела, которое движется по окружности, не изменяется по модулю, а все время изменяется по направлению, и в любой точке траектории направлена по касательной к дуге этой окружности

Тело, расстояние между любыми двумя точками которого остаётся постоянным при его движении, называется абсолютно твёрдым.

Абсолютно твёрдое тело — это одна из механических моделей, используемых при описании движения и взаимодействия тел.

Поступательным называется такое движение абсолютно твёрдого тела, при котором любой отрезок, соединяющий любые две точки тела, остаётся параллельным самому себе.

При поступательном движении остаются постоянными модуль и направление вектора АВ

Лишь при поступательном движении можно говорить о скорости и ускорении тела.

Вращательное движение вокруг неподвижной оси — ещё один частный случай движения твёрдого тела.

Вращательным движением абсолютно твёрдого тела вокруг неподвижной оси называется такое его движение, при котором все точки тела описывают окружности, центры которых находятся на одной прямой, называемой осью вращения, при этом плоскости, которым принадлежат эти окружности, перпендикулярны оси вращения

Частота вращения (ν ) – число оборотов, которое тело совершает в единицу времени. 

Угловой скоростью (Ѡ) называют, отношение изменения угла, на который повернулось тело, ко времени за которое этот поворот произошел

- изменение угла;

-время за которое произошел поворот на

Путь тела будет равен длине окружности:

Угловое перемещение будет равно :

Время полного оборота равно периоду:

ν 

ν

ν

ν

В процессе движения точки по окружности ускорение всё время направлено по радиусу к центру, т. е. непрерывно изменяется по направлению. Следовательно, равномерное движение точки по окружности является движением с переменным ускорением и переменной скоростью. Отметим, что модули скорости и ускорения при этом остаются постоянными.

Модуль тангенциального и полного ускорений

При произвольном движении вектор ускорения направлен внутрь траектории. Тангенциальная составляющая этого вектора характеризует изменение скорости по модулю, а нормальная составляющая — по направлению.

Вывод:

В кинематике, т. е. при описании движения без рассмотрения причин, его вызывающих, все системы отсчёта равноправны.

В разделе механики — динамике — рассматриваются взаимодействия тел, являющиеся причиной изменения движения этих тел, т. е. изменения их скоростей.

Изменение скорости тела (а значит, ускорение) всегда вызывается воздействием на него каких-либо других тел.

Явление, при котором тело сохраняет скорость, когда на него не действуют другие тела, называется явлением инерции.( Галилей, Ньютон)

Если действий со стороны других тел на данное тело нет, то согласно основному утверждению механики ускорение тела равно нулю, т. е. тело будет покоиться или двигаться с постоянной скоростью.

Свободным телом называется тело, которое не взаимодействует с другими телами.

Только действие со стороны другого тела способно изменить его скорость.

Закон инерции:
Тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела.(Галилей)

Состояние покоя и состояние равномерного прямолинейного движения а=0 с точки зрения динамики не различаются.

Силой в механике называют количественную меру действия тел друг на друга, в результате которого тела получают ускорения или испытывают деформацию. Сила — мера взаимодействия тел, векторная величина.

1) ускорения тел вызываются силами;

2) силы, действующие на тело, обусловлены действиями на него других тел.

Две силы независимо от их природы считаются равными и противоположно направленными, если их одновременное действие на тело не меняет его скорости (т. е. не сообщает телу ускорение).

1 Н = 1 кг*1 м/с²

Сила, Н (Ньютон)

Динамометр состоит из пружины 1, растяжение которой и показывает нам силу, стрелки 2, скользящей по шкале 3, планки ограничителя 4, которая не дает растянуться пружине слишком сильно, и крючка 5, к которому подвешивается груз.

Масса - количественная мера инертности, т. е. способность тела приобретать определенное ускорение под действием силы

Системы отсчёта, в которых не выполняется первый закон Ньютона, называются неинерциальными.

Величину F/a, равную отношению модуля силы к модулю ускорения, называют массой тела.

Ньютон ввёл понятие массы как количества вещества в данном теле.

Равнодействующая (результирующая) – это сила, результат действия которой эквивалентен суммарному действию всех сил, приложенных к телу

Принцип суперпозиции сил

Если на тело одновременно действуют несколько сил, то, ускорение тела будет пропорционально геометрической сумме всех этих сил:

Fp = √2F

F1 = F2 = F

– сила инерции

– абсолютное ускорение инерциальной системы отсчета 

Если разделить тело на части, то сумма масс этих частей будет равна массе тела до разделения.

Измерение массы в данном случае основано на том, что на тела действует сила притяжения к Земле. Такая масса является гравитационной массой.

Определяемая таким способом масса является инертной массой.

Массы тела, измеренные указанными двумя способами равны, т. е. гравитационная масса тела равна его инертной массе.

Сила действия и сила противодействия – это всегда силы одной природы

Сила, с которой мяч ударяется о землю, не зависит от того, кто наблюдал этот удар: человек, стоящий рядом, или пассажир равномерно движущегося автобуса, масса космонавта одинакова на Земле и на Луне

Инвариантными при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой являются ускорение, масса и сила. Также инвариантными будут законы Ньютона, о чём говорит принцип относительности Галилея.

Величины, изменяющиеся при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой, являются относительными (неинвариантными). Кинематические величины, такие, как скорость, перемещение, траектория движения — примеры относительных величин.

Электромагнитные силы действуют между частицами, имеющими электрические заряды.

Ядерные(сильные) силы действуют между частицами в атомных ядрах и определяют свойства ядер.

Слабые силы взаимодействия вызывают взаимные превращения элементарных частиц, определяют радиоактивный распад ядер, реакции термоядерного синтеза.

Ускорение зависит от силы, действующей на тело, и его массы.

Ускорение свободного падения не зависит от массы, то ясно, что сила тяжести должна быть пропорциональна массе.

Отношение масс двух тел равно отношению сил тяжести, действующих на тела.

Массы тел одинаковы, если одинаковы действующие на них силы тяжести.

ДВИЖЕНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ силы тяжести

Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной.

Н • м2/кг2 = м3/(кг • с2)

G = 6,67 • 10-11 Н • м2/кг2.

Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения между двумя материальными точками массой 1 кг каждая, если расстояние между ними равно 1 м.

при массах m1 = m2 = 1 кг и расстоянии r = 1 м получаем G = F (численно)

Масса Венеры МB = 0,82М3, радиус RB = 0,95 R3.

Радиус Марса равен 0,53 радиуса Земли, а масса — 0,11

Ускорение свободного падения на Марсе приблизительно равно 3,8 м/с2.

Cкорость не зависит от массы спутника, спутником Земли может стать любое тело, если ему сообщить определённую скорость.

h = 2000 км = 2 • 106 м υ ≈ 6900 м/с.

υ1=7,9км/с ≈ 8 км/с

Первая космическая скорость

Любое тело может стать искусственным спутником другого тела (планеты), если сообщить ему необходимую скорость.

Д/З

  – приложена через верёвку к блоку, а сила 

 – к человеку, следовательно, человек сможет поднять себя по этой верёвке. Такая система не замкнутая. Система «человек – верёвка» включает в себя блок.

Весом тела называют силу, с которой это тело действует на горизонтальную опору или растягивает подвес. Частный случай проявления силы упругости.

Очень часто, смешивают понятия «сила тяжести» и «вес тела», а в быту вес отождествляют с массой. Что же это за величина — вес?

N – сила реакции опоры или сила нормального давления (направлена перпендикулярно поверхности)

P = - N

Если ускорение а = 0, то вес тела равен силе тяжести. Однако, сила тяжести приложена к телу, а вес приложен к опоре или подвесу.

ВЕС ТЕЛА, ДВИЖУЩЕГОСЯ С УСКОРЕНИЕМ

Вес тела в лифте, движущемся с ускорением, направленным вертикально вверх, больше веса покоящегося тела. Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры (или подвеса), называется перегрузкой.

Вес тела зависит от ускорения опоры, на которой оно стоит, или ускорения подвеса, на котором оно висит. При свободном падении наступает невесомость.

При сжатии тела расстояние между молекулами уменьшается, вследствие чего между ними начинают преобладать силы отталкивания, препятствующие сжатию тела.

Сила упругости в отличие от силы тяготения зависит не от расстояния между различными телами, а от изменения расстояния между частями одного и того же тела.

Закон Гука.

ОСОБЕННОСТИ СИЛ УПРУГОСТИ

СРАВНЕНИЕ СИЛ

Различают три вида сухого трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Силу трения, действующую между двумя телами, неподвижными относительно друг друга, называют силой трения покоя.

Сила трения покоя равна по модулю и направлена противоположно силе, приложенной к телу параллельно поверхности соприкосновения его с другим телом. Если параллельно этой поверхности не действуют никакие силы, то сила трения покоя равна нулю.

Если действующая на покоящееся тело сила хотя бы немного превышает максимальную силу трения покоя, то тело начинает скользить.

коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения покоя.

Максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения тел.

При не слишком больших относительных скоростях движения сила трения скольжения мало отличается от максимальной силы трения покоя

Fтр ≈ Fтр. mах = μN

Силу трения скольжения можно уменьшить во много раз с помощью смазки

Трение между слоями жидкости, прилегающими к твёрдым поверхностям, значительно меньше, чем между сухими поверхностями.

Сила трения скольжения всегда направлена противоположно относительной скорости соприкасающихся тел

Сила трения зависит от относительной скорости движения тел. В этом её главное отличие от сил тяготения и упругости, зависящих только от расстояний.

Сила сопротивления направлена параллельно поверхности соприкосновения твёрдого тела с жидкостью (газом) в сторону, противоположную скорости тела относительно среды, и тормозит движение.

Сила сопротивления (жидкого трения) обычно значительно меньше силы сухого трения (для уменьшения сил трения между движущимися деталями машин применяют смазку).

При малых скоростях движения в жидкости (газе) силу сопротивления можно считать приближённо прямо пропорциональной скорости движения тела относительно среды:

Коэффициент сопротивления, зависящий от формы, размеров, состояния поверхности тела и свойств среды — её вязкости. Коэффициент k1 в СИ выражается в Н•с/м = кг/с.

При падении тел в воздухе сила сопротивления становится пропорциональной квадрату скорости практически с самого начала падения.

Какую именно формулу следует применять в данном конкретном случае, устанавливают опытным путём.

Модуль этой постоянной скорости зависит от модуля постоянной силы, действующей на тело, и от того, как быстро сила сопротивления растёт с ростом скорости (т. е. от коэффициента сопротивления).

F — модуль постоянной силы, равной векторной сумме силы тяжести и архимедовой силы.

ускорение тела обращается в нуль, и начиная с этого момента тело будет двигаться с постоянной скоростью:

Чем тяжелее тело при прочих равных условиях, тем больше установившаяся скорость.

При падении тел в воздухе сила сопротивления становится заметной при достаточно больших скоростях. При скорости, близкой к установившейся, сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости.