Фізика – наука майбутнього! Кінематика


НазваФізика – наука майбутнього! Кінематика
Дата конвертації16.02.2013
Розмір445 b.
ТипЗакон


Фізика – наука майбутнього!

Кінематика



  • Механіка – розділ фізики, що вивчає закономірності механічного руху та причини його виникнення і змін.



Кінематика

  • Кінематика – це розділ механіки , в якому вивчається механічний рух без розглядання його причин. Кінематика дає відповідь на питання, де буде тіло у просторі з плином часу, якщо відомі його початкові характеристики.



Кінематика поступального руху

  • У природі, техніці, побуті існує багато видів механічного руху тіл. Найпростішим з них є поступальний.

  • Рух автомобіля на прямолінійній ділянці дороги, рух поршня у циліндрі двигуна автомобіля, рух шухляди, яку ми витягуємо зі стола, є прикладами поступального руху. Під час поступального руху будь який виділений напрям у тілі, що рухається, наприклад, планка у висувній шухляді, зали­шається паралельним своєму вихідному положенню.

  • Тобто, поступальний рух – це рух тіла від точки до точки, не пропускаючи жодної.





  • На малюнку 1 показано траєкторії трьох точок олівця під час поступаль­ного руху — бачимо, що всі вони мають однакові форму і довжину. Тому щоб вивчити поступальний рух тіла, достатньо вивчити рух однієї з його точок.

  • Часто траєкторію тіла можна спостерігати наочно — олівець під час малювання залишає слід на папері — траєкторію руху кінчика грифеля (мал. 2). 



  • Траєкторію польоту літака ми визначаємо по сліду, який він залишає в небі

  • Форма траєкторії залежить від вибору тіла відліку. Наприклад, відносно Землі траєкторія руху Місяця є колом, а відносно Сонця — лінією складної форми.



Кінематика прямолінійного рівномірного руху

 
  • Якщо тіло за першу секунду пройшло шлях 5 м, за другу — знову 5 м, за третю — 5 м і т. д., тобто за кожну будь-яку секунду тіло проходить однако­вий шлях, то такий рух є рівномірним.

  • Тобто, рівномірним рухом називають такий рух, під час якого тіло за будь-які однакові інтервали часу проходить однаковий шлях.

 



  • Прикладом рівномірного руху є рух точки земної поверхні під час обертання Землі навколо своєї осі. За рівномірний рух можна прийняти рух точок годинникових стрілок, рівномірно може рухатися автомобіль по прямій і рівній дорозі.



Швидкість руху тіла при рівномірному русі залишається постійною на всьому шляху. Траєкрорія такого руху – пряма лінія.

Нерівномірний рух. Швидкість при нерівномірному русі

  • Жодне тіло не рухається весь час із постійною швидкістю. Починаючи рух, автомобіль рухається швидше і швидше. Деякий час він може рухатися рівномірно, але потім він гальмує і зупиняється. При цьому автомобіль проходить різні відстані за один і той же час.

  • Рух, при якому тіло за рівні проміжки часу проходить неоднакові відрізки шляху, називається нерівномірним. При такому русі величина швидкості не залишається незмінною. У такому випадку можна говорити лише про середню швидкість.



  • Середня швидкість показує, чому дорівнює переміщення, яке тіло проходить за одиницю часу. Вона дорівнює відношенню переміщення тіла до часу руху. Середня швидкість, як і швидкість тіла при рівномірному русі, вимірюється в метрах, поділених на секунду

  •  



  • Миттєва швидкість — це швидкість матеріальної точки в даний момент. Її одержують, розглядаючи малі проміжки часу і відповідні їм малі відрізки шляху чи переміщення.



Прямолінійний рівноприскорений рух

  • Під час руху швидкість може змінюватися по-різному – дуже стрімко (рух кулі в рушниці, старт ракети, розбіг літака) і порівняно повільно (початок руху потяга, гальмування автомобіля). Очевидно, для характеристики стрімкості зміни швидкості має існувати певна фізична величина. У фізиці цю величину називають прискоренням



  • Рівноприскорений прямолінійний рух може бути власне прискореним, якщо швидкість тіла з часом зростає і сповільненим, якщо швидкість спадає



Формули знаходження прискорення



При рівноприскореному нерівномірному русі має місце кінематичне рівняння руху у вигляді:



Криволінійний рух. Рівномірний рух по колу

  • У природі та техніці дуже часто зустрічається криволінійний рух. Його по будь-якій криволінійній траєкторії можна приблизно уявити як рух по дугах кола.

  • Рівномірний рух по колу — це рух, під час якого модуль швидкості руху не змінюється, змінюється тільки її напрямок. Прискорення такого руху завжди спрямоване до центру кола і називається доцентровим.



Крім прискорення, рух тіла по колу характеризують такі величини:

  • Період обертання тіла — це час, за який тіло робить один повний оберт. Період обертання позначається літерою Т та вимірюється в секундах.

  • Частота обертання тіла — це число обертів за одиницю часу. Частота обертання позначається літерою ν та вимірюється в герцах.



  • Лінійна швидкість — відношення переміщення тіла до часу.

  • Кутова швидкість — фізична величина, яка дорівнює відношенню кута повороту радіуса кола, по якому рухається тіло, до часу руху. Кутова швидкість позначається літерою ω та вимірюється в радіанах, поділених на секунду



Між величинами, що характеризують рівномірний рух тіла по колу, існують зв’язки::

Модуль доцентрового прискорення пов’язаний з величинами υ, ω, Т і n співвідношеннями:



Застосування

  • Сучасна фізика знайшла застосування в багатьох галузях нашого життя-медицині,

  • промисловості, зв'язку, енергетики.



Кінематика активно використовується в робототехниці, тривимірній комп'ютерній анімациії в розробці комп'ютерних ігор.



Динаміка



Динаміка (від грец. Dynamis - сила) – розділ механіки, у якому вивчається рух тіл у зв’язку їх взаємодії з іншими тілами.

  • Динаміка пояснює, за яких умов тіло рухається саме так, а не інакше, коли тіло рухається рівномірно, а коли – рівноприскорено, коли тіло рухається прямолінійно, а коли – криволінійно. Основою динаміки є закони руху, сформульовані англійським вченим Ісааком Ньютоном. Він увів основні поняття механіки: маса, сила, імпульс, тощо.







Взаємодія тіл. Сила. Маса.

  • Взаємодія і рух є невід’ємною властивістю матерії.

  • Будь-які зміни у природі відбуваються внаслідок взаємодії між тілами.

  • Під взаємодіями у механіці розуміють ті дії тіл одне на одне, результатом яких є зміна руху цих тіл або деформація



  • У фізиці часто не зазначають, яке тіло і як діє на певне тіло, а говорять, що до тіла прикладена сила. Інтенсивність взаємодії між тілами може бути різною, тому і сила, яка характеризує цю взаємодію, може мати різні значення.

  • Сила – фізична величина, яка кількісно характеризує взаємодію.

  • Позначається . Одиницею сили є ньютон,

  • Сила дає змогу оцінити лише гравітаційні и електромагнітні взаємодії, яким притаманна далекодія: їх дія визначається на дуже великих відстанях.



  • У механіці розглядають гравітаційні сили, а також два різновиди електромагнітних сил – сили пружності і сили тертя.

  • Діючи на тіло вони змінюють його швидкість (надають прискорення) і (або) деформують його.

  • Якщо на тіло одночасно діє кілька сил, то можливе їх зрівноваження і тіло може не набувати прискорення.



  • Одночасна дія на тіло кількох сил може бути замінена дією однієї сили (рівнодійної). Це можливе тому, що існує принцип суперпозиції: якщо на тіло одночасно діють кілька сил, дію кожної з них можна розглядати незалежно від дії інших. Рівнодійна дорівнює геометричній сумі всіх сил, що діють на тіло.



Приклад дії сил на тіло



Інертність тіл. Маса.

  • Інертність – властивість тіл зберігати швидкість за відсутності зовнішніх дій з боку інших тіл.

  • Чим інертніше тіло, тим менше змінюється його швидкість за певний час. Кількісну міру інертності називають масою. Чим більшу інертність має тіло, тим більша його маса. Чим більша маса тіла, тим сильніше воно притягує до себе інші тіла.

  • Маса – скалярна фізична величина, що характеризує інертні та гравітаційні властивості тіл.



Перший закон Ньютона. Інерціальні системи відліку.

  • Природним станом тіла є спокій, оскільки всі тіла від природи «ліниві», або інертні. Виникнення рухів тіл можливе в результаті дії активної сили, а припинення дії цієї сили призводить до зупинки тіла. Тоді, коли бачили рух, але не розуміли його причин(рух Сонця, Місяця, зірок та інших небесних тіл), давали таке пояснення: предмети рухають боги.





  • Це пояснення спростував Галілео Галілей, досліджуючи рух кульки по похилому жолобу. Він помітив, що коли кулька котиться вниз, її швидкість – збільшується, а коли вгору – швидкість зменшується. Галілей припустив, що коли куля котитиметься по горизонтальній площині за повної відсутності тертя або опору, швидкість тіла залишатиметься постійною, і для підтримання руху не потрібно прикладати жодної сили.





Закон інерції

  • Закон інерції. Фундаментальний висновок Г. Галілея використав І. Ньютон і сформулював його у вигляді першого закону динаміки (закону інерції):

  • Будь-яке тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, якщо воно не змушене змінити його під впливом діючих сил.



Інерціальна система відліку(ІСВ).

  • Інерціальними називаються такі системи, в яких ізольоване тіло рухається за інерцією. В ІСВ зміна швидкості руху тіла може бути спричинена лише при взаємодії з іншими тілами.

  • Системи відліку, які рухаються відносно ІСВ з прискоренням, називаються неенерціальними.

  • ІСВ – поняття абстрактне, якби вона існувала, то мала б нескінченно велику масу. Для опису механічних явищ у земних умовах ІСВ пов’язують із Землею, при цьому нехтують обертальними рухами Землі.



  • Визначивши роль систем відліку, сформулюємо перший закон Ньютона так:

  • В ІСВ тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, якщо на нього не діють інші тіла або дія зовнішніх сил скомпенсована.

  • Суттєвим є те, що в ІСВ для збереження стану спокою не потрібно докладати зусиль.



Принцип відносності Галілея.

  • Жодними механічними дослідами, що проводяться в ІСВ, неможливо встановити, перебуває система у спокої чи рухається рівномірно і прямолінійно.



Другий закон Ньютона

  • Дослід, що допомагає зрозуміти закон. На рухомий візок встановлюють динамометр (для вимірювання сили) та акселерометр (для вимірювання прискорення). Підвішений тягарець діє з силою і змушує візок рухатися з прискоренням Повернемо візок у початкове становище, до нитки підвісимо два тягарці. Отже прикладена сила зростає удвічі:

  • Прискорення також зросло удвічі:







  • Дослід показує, у скільки разів більша сила, у стільки ж разів більше прискорення.

при m = const.

Змінимо умови досліду. Силу залишимо незмінною, а масу будемо збільшувати. Якщо масу збільшити у 2 рази, то прискорення зменшиться у 2 рази. Дослід показує, у скільки разів збільшується маса візка, у стільки ж разів зменшується прискорення. Прискорення обернено пропорційне масі візка , при = const.

Об’єднуючи результати дослідів отримуємо

Другий закон Ньютона.

  • Оскільки маса – величина скалярна, то напрям прискорення визначається напрямом діючої сили.

  • В ІСВ прискорення, якого набуває тіло під дією сили, прямо пропорційне силі, обернено пропорційне масі тіла і має той самий напрям, що і прикладена сила:

  • Якщо на тіло одночасно діє кілька сил, то результуюче прискорення визначається рівнодійною сил:



  • Другий закон Ньютона узагальнює важливий факт:

  • Дія сил не спричиняє самого руху, а лише змінює його, адже сила викликає зміну швидкості, тобто прискорення, а не саму швидкість



  • Третій закон Ньютона. Межі застосування законів Ньютона.

  • Третій закон пояснює, що відбувається з другим тілом під час взаємодії.

  • Дослід, що допомагає пояснити третій закон Ньютона.

  • Два однакових за масою візки поставимо на горизонтальній стіл і до одного з них прикріпимо плоску пружину, що стиснена ниткою. Другий візок поставимо так, щоб він також торкався стисненої пружини.

  • Якщо нитку перерізати, пружина випрямиться, обидва візка почнуть рухатися. Це означає, що вони набули прискорень. Оскільки маса візків однакова, то однакове й прискорення, і відстані, що вони проходять.





Третій закон Ньютона.

  • Отримана рівність і є математичним виразом третього закону Ньютона, який можна сформулювати так:

  • В ІСВ сили, з якими тіла, що взаємодіють, діють одне на одне, направлені вздовж однієї прямої, рівні за модулем та протилежні за напрямом.



Його формулюють ще й так:

  • У дії завжди є протидія.



Межі застосування класичної механіки:

  • В повному обсязі застосовна лише на Землі;

  • В деяких випадках застосовна в мікросвіті



  • В деяких випадках застосовна в макросвіті поза межами Землі;



  • Найкраще працює при розгляданні поступального руху при невеликих швидкостях;



  • В класичній механіці незмінні час, маса, прискорення, сила, але в неенерціальних системах відліку постійно змінююються швидкість, переміщення, траекторія;

  • Закони механіки незмінні тільки в ІСВ;

  • За законами класичної механіки сила визначає прискорення, а не швидкість, отже сила не є причиною руху.

Криволінійний рух зі зміною швидкості без дії сили неможливий.



Гравітаційне поле



Гравітація

  • Всі планети обертаються навколо Сонця в одному напрямку. Це рух іменується прямим . Великі космічні об'єкти - планети, зірки і галактики мають величезну масу і, отже, створюють значні гравітаційні поля. Гравітація - слабіша взаємодія.



  • Однак, оскільки воно діє на будь-яких відстанях і всі маси позитивні, це тим не менше дуже важлива сила у Всесвіті. Для порівняння: повний електричний заряд цих тіл нуль, так як речовина в цілому електрично нейтрально. Також гравітація, на відміну від інших взаємодій, універсальна в дії на всю матерію й енергію. Не виявлені об'єкти, у яких взагалі було відсутнє б гравітаційна взаємодія. Через глобальне характеру гравітація відповідальна і за такі великомасштабні ефекти, як структура галактик, чорні дірки і розширення Всесвіту, і за елементарні астрономічні явища - орбіти планет, і за просте тяжіння до поверхні Землі і падіння тіл.



Сонячна система

  • Гравітація - сама таємнича сила у Всесвіті. Вчені досі не знають її природи. Але саме гравітація утримує на орбітах планети Сонячної системи. Не будь сили тяжіння, планети розлетілися б від Сонця, як більярдні кулі від удару києм. Якщо ж дивитися глибше, то стане ясно, що не було б гравітації, не було б і самих планет. Сила тяжіння - тяжіння матерії до матерії - це та сила, яка зібрала речовина в планети і надала їм круглу форму.



  • Сили тяжіння Сонця цілком вистачає на те, що б утримувати дев'ять планет, десятки їхніх супутників і тисячі астероїдів і комет. Вся ця компанія роєм обертається навколо Сонця, як метелики навколо освітленого балкона. Якби не було сили тяжіння, ці планети, супутники і комети полетіли б кожен своїм шляхом по прямій лінії. Замість цього вони обертаються навколо Сонця по своїх орбітах, тому що Сонце силою свого тяжіння постійно викривляє їх прямолінійну траєкторію, притягаючи до себе планети, місяця і комети з астероїдами.





Якби гравітації не було, то планети Сонячної системи розлетілися б від Сонця як дев'ять більярдних куль.

  • Планети кружляють навколо світила, подібно до того, як поні, що катають дітей, ходять по колу, прив'язані до стовпа в центрі цього кола. Різниця тільки в способі прив'язки.



  • Космічні тіла прив'язані до Сонця невидимими нитками гравітації. Правда, чим більше відстань між об'єктами, тим менше сила тяжіння між ними. Сонце набагато слабше притягує планету Плутон, найдальшу в Сонячній системі, ніж, скажімо, Меркурій або Венеру.



Сила гравітації зменшується (або збільшується) в залежності від рас стояння експоненціально.

  • Що це значить? Якби, наприклад, Земля була віддалена від Сонця в два рази більше, ніж зараз, то сила тяжіння зменшилася б у чотири рази. Якщо збільшити відстань між Сонцем і Землею у три рази, то сила тяжіння зменшилася б у дев'ять разів. І так далі. Якщо «відсунути» Землю досить далеко і звести практично до нуля силу тяжіння, то Земля може розірвати пута сонячного тяжіння і вирушити в самостійне міжзоряний плавання.



  • На силу гравітації впливає також маса тіл, тобто кількість речовини в них. Земля і Сонце взаємно притягують один одного, але оскільки маса Сонця набагато більше, то воно притягує Землю сильніше.



  • Вчені вважають, що гравітація формує простір, який викривляється навколо згустків матерії. Чим масивніше згусток, тим більше викривляється простір. Яким чином це відбувається? Разом із приятелем туго розтягніть на вазі простирадло. Покладіть на простирадло важкий металевий кулю. Простирадло прогнеться під вагою кулі і прийме його форму.



Вчені переконані, що сила гравітації викривляє простір, надаючи йому форму.

  • Якщо покласти на простирадло менші кулі, то вони скотяться до великого. На думку вчених, щось подібне відбувається і з зірками. Вони викривляють простір, як кулі простирадло у вашому досвіді, і змушують інші об'єкти «скочуватися» у напрямку до них.











Фізика - Наука майбутнього!



  • У Космосі почалися глобальні перебудови. Що все відбувається зараз в Сонячній системі однозначно на це вказує. Назви наук майбутнього починатимуться з «Астро-» і «Психо-»: Астрологія, Астрофізика, Астрохімія, Астробіологія, Астрофізіологія, Астропсихіка,

  • Психохімія, Психобіология і так далі Це означатиме, що, не відкидаючи колишніх досягнень, наука виривається на космічні простори і заглиблюється у внутрішні тонкі світи.



  • У Національному дослідницькому Томському політехнічному університеті ввели в експлуатацію унікальне обладнання. 12 жовтня відбувся запуск першого в Росії верстата-робота з паралельною кінематикою фірми Metrom. Це єдиний для країни верстат для пятікоордінатной обробки з числовим програмним управлінням, в 2011 році це обладнання було визнано в Німеччині самим інноваційним продуктом року.



  • Кому, як не вченим-фізикам, міркувати про те, що буде являти собою світ в 2100 році? Як одним зусиллям волі будуть управлятися комп'ютери, як силою думки людина зможе рухати предмети, як ми будемо підключатися до світового інформаційного полю? Чи можливо це? Виявляється, можливо і не таке. Штучні органи; ширяють у повітрі автомобілі; неймовірна тривалість життя і молодості - всі ці чудеса не фантастика, а обгрунтовані прогнози наукового світу.



Схожі:

Фізика – наука майбутнього! Кінематика iconФізика – наука майбутнього! Кінематика
Швидкість руху тіла при рівномірному русі залишається постійною на всьому шляху. Траєкрорія такого руху – пряма лінія
Фізика – наука майбутнього! Кінематика iconФізика наука про природу. Фізичні тіла й фізичні явища. У всі віки жила таємна надія – пізнати усі таємниці природи. В. Я. Брюсов
Фізика ((physis) «природа») наука про загальні закономірності перебігу явищ природи
Фізика – наука майбутнього! Кінематика iconСтудентське наукове товариство "Наука майбутнього" Студентське наукове товариство "Наука майбутнього"
Студентські наукові гуртки: «Особливості сучасного управління», «Соціологічні дослідження», «Психологічні особливості ефективного...
Фізика – наука майбутнього! Кінематика iconФізика як наука Фізика – одна з наук про природу
Як ви думаєте, могли існувати обсерваторії до появи телескопів? Виявляється, могли, і деякі з них збереглися до цих пір, наприклад,...
Фізика – наука майбутнього! Кінематика iconФізика – наука про природу
Фізика одна з найдавніших наук. Історія її розвитку налічує багато віків І насичена драматичним протистоянням різних наукових поглядів...
Фізика – наука майбутнього! Кінематика iconЗастосування фізики в будівництві Застосування фізики в будівництві
Фізика вплинула на розвиток цивілізації та хід світової історії більше, ніж будь-яка інша наука, оскільки фізика є основою науково-технічного...
Фізика – наука майбутнього! Кінематика iconФізика наука про природу

Фізика – наука майбутнього! Кінематика iconФізика і людина Фізика наука про природу, а людина найкращий витвір природи. Пізнання світу неможливе без пізнання людини
Фізика наука про природу, а людина найкращий витвір природи. Пізнання світу неможливе без пізнання людини
Фізика – наука майбутнього! Кінематика iconКінематика
Російський академик Л.Єйлер (1736) заснував основи кінематики і динаміки обертаючого руху твердих тіл. Кінематика розділ механіки...
Фізика – наука майбутнього! Кінематика iconКінематика кінематика точки


Додайте кнопку на своєму сайті:
dok.znaimo.com.ua


База даних захищена авторським правом ©dok.znaimo.com.ua 2013
звернутися до адміністрації
dok.znaimo.com.ua
Головна сторінка