Механическое движение и его виды

Кинематика

Механическое движение и его виды

Механическое движение - изменение положения тела (или его частей) относительно других тел.

Поступательное движение — это механическое движение системы точек (тела), при котором любой отрезок прямой, связанный с движущимся телом, форма и размеры которого во время движения не меняются, остается параллельным своему положению в любой предыдущий момент времени

При вращательном движении абсолютно твёрдого тела его точки описывают окружности, расположенные в параллельных плоскостях.

Перемещение - направленный отрезок прямой (вектор), соединяющий начальное положение тела с его последующим положением.

Относительность механического движения

Относительность — зависимость механического движения тела от системы отсчёта. Не указав систему отсчёта, не имеет смысла говорить о движении.

1. Механическое движение можно наблюдать только относительно других тел. Обнаружить изменение положения тела, если не с чем сравнивать невозможно.

2. В различных системах отсчета физические величины (скорость, ускорение, перемещение и т.д.), характеризующие движение одного и того же тела, могут быть различными.

3. Характер движения, траектория движения и т.п. могут быть различны в разных системах отсчета для одного и того же тела могут быть различны.

Скорость

Скорость - векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения и направления движения материальной точки в пространстве относительно выбранной системы отсчёта

Скорость бывает линейной и угловой

Средняя скорость — это отношение длины пути, пройденного телом, ко времени, за которое этот путь был пройден:

Мгновенная скорость:

 

4) Ускорение

Ускорение - производная скорости по времени, векторная величина, показывающая, насколько изменяется вектор скорости точки (тела) при её движении за единицу времени (т.е. ускорение учитывает не только изменение величины скорости, но и её направления).

 

Равномерное движение

Прямолинейным равномерным движением называется механическое движение, при котором тело за любые равные промежутки времени t₁ = t₂ = t₃ =... совершает одинаковые перемещения

скорость прямолинейного равномерного движения

Прямолинейное равноускоренное движение

Равноускоренное движение — движение, при котором ненулевой вектор ускорения остаётся неизменным по модулю и направлению.

При равноускоренном движении по прямой скорость тела определяется формулой:

Зная, что , найдём формулу для определения координаты x:

 

 

Динамика

Исо. Первый закон Ньютона

Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, относительно которых тело(при отсутствии внешних взаимодействий) покоится или сохраняет состояние равномерного прямолинейного движения

Инертность — свойство тела в большей или меньшей степени препятствовать изменению своей скорости относительно инерциальной системы отсчёта при воздействии на него внешних сил. Мерой инертности в физике выступает инертная масса.

2) Принцип относительности Галилея

Принцип относительности Галилея: во всех инерциальных системах отсчёта все механические процессы протекают одинаково (если начальные условия для всех тел одинаковы). В системе отсчёта, приведенной в состояние покоя или равномерного прямолинейного движения относительно инерциальной системы отсчёта (условно — «покоящейся»), все процессы протекают точно так же, как и в покоящейся системе.

 

Масса тела

Масса (инертная) характеризует свойства инертности тел

,  ,

[m]=1 кг, эталон – сплав иридия с платиной.

1 кг=1 дм³(H₂O) t^o=4^oC

Свойства массы:

1. Масса всегда неотрицательна (положительна, кроме фотонов)

2. В классической физике масса тела не зависит от его состояния и от скорости его веществ

3. Масса – величина аддитивная, т.е. масса тела равна сумме масс веществ, его составляющих.

4. Масса замкнутой системы остается неизменной при любых процессах, происходящих в этой системе(закон сохранения массы)

4) Плотность вещества

Пло́тность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму

Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) находится по формуле:

где m — масса тела, V — его объём

• При вычисления плотности газов эта формула может быть записана и в виде:

 

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность ведёт себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого числа.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно

Сила

Сила – количественная мера взаимодействия

Си́ла — векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности воздействия на данное тело других тел, а также полей. Приложенная к массивному телу сила является причиной изменения его скорости или возникновения в нём деформаций.

Характеристики:

1. Направление

2. Модуль

3. Точка приложения

Прямую, вдоль которой направлен вектор силы, называют линией действия силы

Принцип суперпозиции сил

Действие каждой силы не зависит от действия других, то есть каждая сила сообщает телу такое ускорение, какое она сообщила бы в отсутствие действия других сил. Это утверждение носит название принципа независимости действия сил (принцип суперпозиции).

Второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона – основной закон динамики поступательного движения.

произведение массы тела на его ускорение равно действующей на тело силе (равнодействующей)

В инерциальных системах ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), прямо пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела).

Замечания:

1. Справедлив только для и.с.о.

2. Сила – равнодействующая

3. Скорость много меньше скорости света

[F]= =1Н

Третий закон Ньютона

Третий закон Ньютона: силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны.

Отношение модулей ускорений взаимодействующих тел определяется обратным отношением масс и не зависит от природы действующих сил.

Замечания:

1. Силы, о которых идет речь, одной природы

2. Они приложены к разным телам, поэтому не могут уравновесить друг друга

3. За счет внутренних сил система в целом не может приобрести ускорение

Сила тяжести

Сила тяжести - это сила притяжения тел к Земле (к планете).
- из закона Всемирного тяготения. (где M - масса планеты, m - масса тела, R - расстояние до центра планеты). - сила тяжести из второго закона Ньютона (где m - масса тела, g - ускорение силы тяжести).
- ускорение силы тяжести не зависит от массы тела (опыты Галилея).	g0=9,81 м/с^2 - на поверхности Земли
Если обозначить R0 радиус планеты, а h - расстояние до тела от поверхности планеты, то:
Ускорение силы тяжести зависит: 1. Массы планеты. 2. Радиуса планеты. 3. От высоты над поверхностью планеты. 4. От географической широты (на полюсах - 9,83 м/с^2. на экваторе - 9,79 м/с^2. 5. От залежей полезных ископаемых.

 

Вес и невесомость

Сила, с которой все тела действуют на горизонтальную опору или вертикальный подвес вследствие притяжения Земли, наз. весом тела.

P=m(g-a) - вес тела в случае, когда вектор ускорения совпадает по направлению с вектором ускорения свободного падения. В этом случае сила веса по модулю меньше силы тяжести. При a=g P=0 - состояние невесомости. Т.е., если тело свободно падает, то оно не имеет веса.

 

Сила упругости. Закон Гука

Си́ла упру́гости — сила, возникающая при деформации тела и противодействующая этой деформации.

Fx = F упр = – kx.

Сила упругости, возникающая в теле при его деформации, прямо пропорциональна величине этой деформации, взятой с противоположным знаком. Коэффициент k называется жесткостью тела. В системе СИ жесткость измеряется в ньютонах на метр (Н/м).

Сила трения

Сила трения – сила, возникающая при движении тела в упругой среде. Тре́ние — процесс взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде.

Сила трения – сила электромагнитной природы. При движении тела происходит разрыв молекулярных связей.

 

 

 

Давление

Давле́ние — физическая величина, равная силе F, действующей на единицу площади поверхности S перпендикулярно этой поверхности. В данной точке давление определяется как отношение нормальной составляющей силы , действующей на малый элемент поверхности, к его площади: [p]=Па 1Па=1 Н/м²

Статика

Момент силы

Момент силы — векторная физическая величина, равная произведению радиус-вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело.

Давление жидкости

Физическая величина, определяемая нормальной силой, действующей со стороны жидкости (или газа) на единицу площади, называется давлением p/ жидкости (или газа)

· давление жидкости не зависит от ориентации поверхности

· Сила давления всегда перпендикулярна поверхности

· Полное давление в любой точке жидкости складывается из давления на ее открытой поверхности и гидростатического давления столба жидкости

Закон Паскаля

Давление на поверхности жидкости, произведенное внешними силами, передается одинаково по всем направлениям.

Закон Архимеда

На всякое тело, погруженное в жидкость или газ, действует со стороны этой жидкости (газа) выталкивающая сила, равная весу вытесняемой этим телом жидкости

Закон не применим к телам, ускорение которых относительно жидкости отлично от 0

Условие плавания тел

Импульс тела

Векторная физическая величина, равная произведению массы тела на скорость его движения, называется импульсом тела

Импульс системы тел

В классической механике полным импульсом системы материальных точек называется векторная величина, равная сумме произведений масс материальных точек на их скорости:

Закон сохранения импульса

Зако́н сохране́ния и́мпульса утверждает, что векторная сумма импульсов всех тел (или частиц)замкнутой системы есть величина постоянная.

Работа силы

Работой A, совершаемой постоянной силой называется скалярная физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус углаα между векторами силы и перемещения

Мощность

Мо́щность — физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Различают среднюю мощность за промежуток времени :

и мгновенную мощность в данный момент времени:

В Международной системе (СИ) единица мощности называется ватт (Вт). Ватт равен мощности силы, совершающей работу в 1 Дж за время 1 с.

 

6) Работа как мера изменения энергии

Работа приложенной к телу равнодействующей силы равна изменению его кинетической энергии.

Это утверждение называют теоремой о кинетической энергии.

Кинетическая энергия

Кинети́ческая эне́ргия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения.

Единица измерения в системе СИ — Джоуль.

Более строго, кинетическая энергия есть разность между полной энергией системы и её энергией покоя; таким образом, кинетическая энергия — часть полной энергии, обусловленнаядвижением.

для тела, совершающего только поступательное движение

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия — скалярная физическая величина, характеризующая способность некоего тела (или материальной точки) совершать работу за счет его нахождения в поле действия сил.

Потенциальная энергия в поле тяготения Земли вблизи поверхности приближённо выражается формулой:

Гармонические колебания

Гармоническое колебание — явление периодического изменения какой-либо величины, при котором зависимость от аргумента имеет характер функции синуса или косинуса. Например, гармонически колеблется величина, изменяющаяся во времени следующим образом:

или

,

Амплитуда и фаза

Амплитуда — максимальное отклонение колеблющейся величины от некоторого усреднённого её значения для системы, (м)

ФАЗА КОЛЕБАНИЙ - аргумент периодически изменяющейся ф-ции, описывающей колебат. или волновой процесс.

Период

Период — промежуток времени, через который повторяются какие-либо показатели состояния системы (система совершает одно полное колебание), (сек)

Частота

Частота — число колебаний в единицу времени,

Резонанс

Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты изменения внешней силы, действующей на систему, с частотой свободных колебаний

Длина волны

Длина́ волны́ — расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, обычно длина волны обозначается греческой буквой .

Звук

Звук, в широком смысле — упругие волны, распространяющиеся в какой-либо упругой среде и создающие в ней механические колебания; в узком смысле — субъективное восприятиеэтих колебаний специальными органами чувств животных или человека.

Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот. Обычно человек слышит звуки, передаваемые по воздуху, в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, — ультразвуком, от 1 ГГц — гиперзвуком.

 

Кинематика

Механическое движение и его виды

Механическое движение - изменение положения тела (или его частей) относительно других тел.

Поступательное движение — это механическое движение системы точек (тела), при котором любой отрезок прямой, связанный с движущимся телом, форма и размеры которого во время движения не меняются, остается параллельным своему положению в любой предыдущий момент времени

При вращательном движении абсолютно твёрдого тела его точки описывают окружности, расположенные в параллельных плоскостях.

Перемещение - направленный отрезок прямой (вектор), соединяющий начальное положение тела с его последующим положением.