Тема: введение в физику. Кинематика точки твердого тела

Термины, понятия и определения: механическое движение, механика, кинематика, способы описания движения, виды движения, путь, перемещение, траектория, скорость, ускорение, время, точка отсчета. Способы описания движения.

(?) Вопросы, требующие письменного ответа для допуска к выполнению лабораторных работ:

Л1в1. Чему равно Ваше перемещение с 02.00 предыдущих суток по 02.00 текущих?

 

 

 

Рис.1. Траектория движения [7].

Л1в2. Дать письменное пояснение по предложенному рисунку 1

Л1в3. Выполнить математические действия над векторами:

- задать вектора а,в,е,d,f в системе координат XOY, выполнив условия:

а)вектор а сонаправлен вектору в, определить знак скаляра,

б)векторы е и в противоположны,

в)в=3а, d=-2a, f=-a

г)найти сумму векторов а и в, разность векторов в и а, используя правило треугольника и параллелограмма.

Л1в4. Прочтите текст «Движение». Укажите, в каком предложении допущена ошибка. Поясните свой выбор. Продолжите предложение 7, добавив свой пример.

Движение

1.Для того чтобы описать положение данного тела в пространстве, необходимо:

а)выбрать тело отсчёта и начало отсчёта на нём;

в)связать с ним координатную ось, проходящую через начало отсчёта в нужном направлении, и указать единицу длины.

2.При этом расстояние от начала отсчёта до данного тела, выраженное в выбранных единицах длины и взятое с соответствующим знаком, называюткоординатой этого тела.

3.Поступив так, мы будем говорить, что описали положение данного тела относительно выбранного тела отсчёта. Если мы выберем в качестве тела отсчёта другое тело или другую ось координат, то и координата данного тела может стать другой.

4.Совокупность тела отсчёта, с которым связана ось координат, и часов называют системой отсчёта.

5.Если координата тела не изменяется с течением времени в выбранной системе отсчёта, то говорят, что это тело в данной системе отсчёта неподвижно, или покоится.

6.Если координата тела выбранной системы отсчёта увеличивается со временем, то говорят, что тело движется в отрицательном направлении координатной оси, напротив, если координата тела в выбранной системе отсчёта со временем уменьшается, то говорят, что тело движется в положительном направлении координатной оси.

7.Нельзя сказать, как движется тело, если не сказать, в какой системе отсчёта рассматривается это тело. Иначе говоря, одно и то же тело в разных системах отсчёта может двигаться по-разному (в том числе и покоиться), например ….

Л1в5. Задача: при равномерном прямолинейном движении параллельно оси координат материальная точка за время 5 с координата изменяется от х_{0 =}10 м до  х_{1 =}-10. Найти модуль скорости, проекцию, описать движение.

Л1в6. Задача: собака бежит за велосипедистом по прямолинейному участку шоссе. Движение велосипедиста описывается уравнением х_{1 вел.}= 25 +10t. Движение собаки

х_{2 соб.}= -35 +12t. Описать оба движения. Догонит ли собака велосипедиста? Если догонит, то когда и где это произойдет?

Л1в7. Задача: первые 3с тело передвигалось со скоростью 4 м/с, каждые три секунды меняя скорость: 2 м/с, 0 м/с, -2 м/с, -4 м/с. Построить графики v(t), S(t), L(t).

Теоретическая часть (для самоподготовки к зачету)

1.Термины и определения

Физика — наука о простейших и, вместе с тем, наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении. Законы физики лежат в основе всего естествознания.

Движение - неотъемлемое свойство материи. Любое физическое явление или процесс в окружающем нас материальном мире представляет собой закономерный ряд изменений, происходящих во времени и пространстве (рис. 1,2)

           

Рис.2 Относительность движения

Термины и определения

Определение 1

Механическое движение - это изменение положения тела или его частей относительно других тел с течением времени.

Определение 2

Механическое движение тел изучается в разделе физики, который называется механикой.

Определение 3

Кинематика - раздел механики. Изучает движение тел без учета причин, его вызывающих.

Кинематика оперирует величинами: перемещение, пройденный путь, время, скорость движения и ускорение.

Основная задача механики - определить положение тела в любой момент времени

Определение 4

Необходимо тело (точка отсчета), относительно которого определяется положение тела в пространстве (систему координат)  и прибор для измерения времени, образующие систему отсчета.

Системы координат:

Рис. 3.Системы координат                                    Рис.4. Декартова система  координат[6]

Определение 5

М атериальная точка − тело, геометрическими размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.

Понятие материальной точки играет важную роль в механике. Оно вводится для упрощения решения задач.

Как правило, тело можно считать материальной точкой, если его размеры гораздо меньше совершаемого им перемещения.

 

Рис.5 Радиус- вектор материальной точки [7].

Определение 6

Скалярные величины- величины, имеющие только численное значение m- масса (мг, г, кг), p -плотность  (г/см³), V-объем (см³/мл, дм³/л, м³), L- путь(мм, см, м, км), N- количество частиц (атомов,молекул), T- температура(град.С, К), С-концентрация (г/моль),n- количество вещества (моль).

Определение 7

Векторные величины- величины, имеющие направление- F – сила, S- перемещение, F- сила, v- скорость, a-ускорение. Обозначаются стрелочкой над знаком величины.

Определение 8

Траектория движения — это линия, вдоль которой движется тело.

Виды траекторий. Если тело движется вдоль прямой,  движение называют прямолинейным. Траектория в этом случае — отрезок прямой. Если же траектория — кривая линия, движение называют криволинейным.

 

 

Рис.7 Относительность движения.

Определение 2

Путь (L) – скалярная величина (СИ: 1м (метр), ВНЕ: 1 мм =0,001м, 1см=0,01м, 1дм=0,м, 1км=1000 м) - это длина траектории, пройденной телом.

Путь — всё расстояние, пройденное точечным телом за рассматриваемый промежуток времени.

Если тело в процессе движения не меняло направления движения, то пройденный этим телом путь равен модулю его перемещения. Если тело в течение рассматриваемого промежутка времени меняло направление своего движения, путь больше и модуля перемещения тела, и модуля изменения координаты тела.

Путь всегда величина неотрицательная L ≥0. Он равен нулю L ═0 только в том случае, если в течение всего рассматриваемого промежутка времени тело покоилось (стояло на месте).

Путь L − длина траектории.

В СИ единица измерения пути − метр: [L]=м.

Путь всегда больше или равен модулю перемещения. Путь не может быть отрицательным.

Двигаясь по окружности радиусом R, материальная точка совершила половину полного оборота. Чему равен путь и модуль перемещения материальной точки за это время?

Путь L равен половине длины окружности: L=πR. Модуль перемещения равен диаметру окружности: S=2R.

Определение 10

Перемещением точки за промежуток времени называют направленный отрезок прямой, начало которого совпадает с начальным положением точки, а конец — с конечным положением точки. Перемещение точечного тела определяется только конечной и начальной координатами тела и не зависит от того, как двигалось тело в течение рассматриваемого промежутка времени.

 

Рис.8.Траектория, перемещение

Определение 11