Краткое содержание школьного курса физики
Основные понятия и законы механики Содержание Формулы кинематики Кинематика. Механическое движение Относительность движения. Система отсчета Материальная точка Траектория, путь, перемещение Метр и секунда Мгновенная скорость Ускорение Равномерное, равноускоренное прямолинейное движение Сложение скоростей Свободное падение тел. Ускорение свободного падения Равномерное движение по окружности Основы динамики. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея Момент силы. Условие равновесия рычага Виды равновесия Центр тяжести Третий закон Ньютона Сила упругости. Закон Гука Сила трения. Коэффициент трения скольжения Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести Вес тела. Невесомость Вес тела. Невесомость Законы сохранения в механике Реактивное движение Механическая работа Кинетическая энергия Потенциальная энергия Закон сохранения полной механической энергии Жидкости и газы Закон Паскаля для жидкостей и газов Сообщающиеся сосуды Принцип устройства гидравлического пресса Атмосферное давление. Изменение атмосферного давления с высотой Формулы кинематики
/> Кинематика. Механическое движение Механическим движением называется изменение положения тела (в пространстве) относительно других тел (с течением времени). Относительность движения. Система отсчета
Чтобы описать механическое движение тела (точки), нужно знать его координаты в любой момент времени. Для определения координат следует выбрать тело отсчета и связать с ним систему координат. Часто телом отсчета служит Земля, с которой связывается прямоугольная декартова система координат. Для определения положения точки в любой момент времени необходимо также задать начало отсчета времени.
Система координат, тело отсчета, с которым она связана, и прибор для измерения времени образуют систему отсчета, относительно которой рассматривается движение тела. Материальная точка
Тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь, называют материальной точкой. Тело можно рассматривать как материальную точку, если его размеры малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит, или по сравнению с расстояниями от него до других тел. Траектория, путь, перемещение Траекторией движения называется линия, вдоль которой движется тело. Длина траектории называется пройденным путем. Путь — скалярная физическая величина, может быть только положительным. Перемещением называется вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории.
Движение тела, при котором все его точки в данный момент времени движутся одинаково, называется поступательным движением. Для описания поступательного движения тела достаточно выбрать одну точку и описать ее движение.
Движение, при котором траектории всех точек тела являются окружностями с центрами на одной прямой и все плоскости окружностей перпендикулярны этой прямой, называется вращательным движением. Метр и секунда
Чтобы определить координаты тела, необходимо уметь измерять расстояние на прямой между двумя точками. Любой процесс измерения физической величины заключается в сравнении измеряемой величины с единицей измерения этой величины.
Единицей измерения длины в Международной системе единиц (СИ) является метр. Метр равен примерно 1/40 000 000 части земного меридиана. По современному представлению метр — это расстояние, которое свет проходит в пустоте за 1/299 792 458 долю секунды.
Для измерения времени выбирается какой-нибудь периодически повторяющийся процесс. Единицей измерения времени в СИ принята секунда. Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения атома цезия при переходе между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния.
В СИ длина и время приняты за независимые от других величины. Подобные величины называются основными. Мгновенная скорость
Для количественной характеристики процесса движения тела вводится понятие скорости движения. Мгновенной скоростью поступательного движения тела в момент времени t называется отношение очень малого перемещения Ds к малому промежутку времени Dt, за который произошло это перемещение:
/>; />.
Мгновенная скорость — векторная величина. Мгновенная скорость перемещения всегда направлена по касательной к траектории в сторону движения тела. Единицей скорости является 1 м/с. Метр в секунду равен скорости прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой точка за время 1 с перемещается на расстояние 1 м. Ускорение Ускорением называется векторная физическая величина, равная отношению очень малого изменения вектора скорости к малому промежутку времени, за которое произошло это изменение, т.е. это мера быстроты изменения скорости:
/>; />.
Метр в секунду за секунду — это такое ускорение, при котором скорость тела, движущегося прямолинейно и равноускоренно, за время 1 с изменяется на 1 м/с.
Направление вектора ускорения совпадает с направлением вектора изменения скорости (/>) при очень малых значениях промежутка времени, за который происходит изменение скорости.
Если тело движется по прямой и его скорость возрастает, то направление вектора ускорения совпадает с направлением вектора скорости; при убывании скорости — противоположно направлению вектора скорости.
При движении по криволинейной траектории направление вектора скорости изменяется в процессе движения, вектор ускорения при этом может оказаться направлен под любым углом к вектору скорости. Равномерное, равноускоренное прямолинейное движение
Движение с постоянной скоростью называется равномерным прямолинейным движением. При равномерном прямолинейном движении тело движется по прямой и за любые равные промежутки времени проходит одинаковые пути.
Движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает неодинаковые перемещения, называют неравномерным движением. При таком движении скорость тела изменяется с течением времени. Равнопеременным называется такое движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется на одинаковую величину, т.е. движение с постоянным ускорением. Равноускоренным называется равнопеременное движение, при котором величина скорости возрастает. Равнозамедленным — равнопеременное движение, при котором величина скорости уменьшается. Сложение скоростей
Рассмотрим перемещение тела в подвижной системе координат. Пусть /> — перемещение тела в подвижной системе координат, /> — перемещение подвижной системы координат относительно неподвижной, тогда /> — перемещение тела в неподвижной системе координат равно:
/>.
Если перемещения /> и /> совершаются одновременно, то:
/>.
Таким образом
/>.
Мы получили, что скорость тела относительно неподвижной системы отсчета равна сумме скорости тела в подвижной системе отсчета и скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной. Это утверждение называется классическим законом сложения скоростей.
Графики зависимости кинематических величин от времени в равномерном и равноускоренном движении
При равномерном движении:
График скорости — прямая y = b;
График ускорения — прямая y = 0;
График перемещения — прямая y = kx+b.
При равноускоренном движении:
График скорости — прямая y = kx+b;
График ускорения — прямая y = b;
График перемещения — парабола:
если a>0, ветви вверх;
чем больше ускорение, тем уже ветви;
вершина совпадает по времени с моментом, когда скорость тела равна нулю;
как правило, проходит через начало отсчета. Свободное падение тел. Ускорение свободного падения
Свободным падением называется такое движение тела, когда на него действует только сила тяжести.
При свободном падении ускорение тела направлено вертикально вниз и примерно равно 9,8 м/с2. Это ускорение называется ускорением свободного падения и одинаково для всех тел. Равномерное движение по окружности
При равномерном движении по окружности значение скорости постоянно, а ее направление изменяется в процессе движения. Мгновенная скорость тела всегда направлена по касательной к траектории движения.
Т. к. направление скорости при равномерном движении по окружности постоянно изменяется, то это движение всегда равноускоренное.
Промежуток времени, за который тело совершает полный оборот при движении по окружности, называется периодом:
/>.
Т. к. длина окружности s равна 2pR, период обращения при равномерном движении тела со скоростью v по окружности радиусом R равен:
/>.
Величина, обратная периоду обращения, называется частотой обращения и показывает, сколько оборотов по окружности совершает тело в единицу времени:
/>.
Угловой скоростью называется отношение угла, на который повернулось тело, к времени поворота:
–PAGE_BREAK–/>.
Угловая скорость численно равна числу оборотов за 2p секунд. Ускорение при равномерном движении тел по окружности (центростремительное ускорение). При равномерном движении по окружности тело движется с центростремительным ускорением. Определим это ускорение.
/>, />
Ускорение направлено туда же, куда и изменение скорости, следовательно, ускорение направлено к центру окружности. Важное допущение: угол j настолько мал, что длина хорды AB совпадает с длиной дуги:
/>.
/> по двум пропорциональным сторонам и углу между ними. Следовательно:
/>
— модуль центростремительного ускорения. Основы динамики. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея
Любое тело остается неподвижным, пока на него не действуют другие тела. Тело, двигавшееся с некоторой скоростью, продолжает двигаться равномерно и прямолинейно до тех пор, пока не него не подействуют другие тела. К таким выводам о законах движения тел впервые пришел итальянский ученый Галилео Галилей.
Явление сохранения скорости движения тела при отсутствии внешних воздействий называется инерцией.
Всякий покой и движение тел относительны. Одно и то же тело может находиться в состоянии покоя в одной системе отсчета и двигаться с ускорением в другой. Но существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела. Это утверждение называется первым законом Ньютона (законом инерции).
Системы отсчета, относительно которых тело при отсутствии внешних воздействий движется прямолинейно и равномерно, называют инерциальными системами отсчета.
Инерциальных систем отсчета может быть сколь угодно много, т.е. любая система отсчета, которая движется равномерно и прямолинейно по отношению к инерциальной, также является инерциальной. Истинных (абсолютных) инерциальных систем отсчета нет.
Масса.
Причиной изменения скорости движения тел всегда является его взаимодействие с другими телами.
При взаимодействии двух тел всегда изменяются скорости и первого, и второго тела, т.е. оба тела приобретают ускорения. Ускорения двух взаимодействующих тел могут быть различными, они зависят от инертности тел. Инертность — способность тела сохранять свое состояние движения (покоя). Чем больше инертность тела, тем меньшее ускорение оно приобретет при взаимодействии с другими телами, и тем будет ближе его движение к равномерному прямолинейному движению по инерции. Масса — физическая величина, характеризующая инертность тела. Чем большей массой обладает тело, тем меньшее ускорение оно получает при взаимодействии.
За единицу массы в СИ принят килограмм: [m] =1 кг.
Сила.
В инерциальных системах отсчета любое изменение скорости тела происходит под действием других тел. Сила — это количественное выражение действия одного тела на другое. Сила — векторная физическая величина, за ее направление принимают направление ускорения тела, которое вызывается этой силой. У силы всегда есть точка приложения.
В СИ за единицу силы принимаются сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с2. Эта единица называется Ньютоном:
/>.
Второй закон Ньютона Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение:
/>.
Таким образом, ускорение тела прямо пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально его массе:
/>.
Сложение сил.
При одновременном действии на одно тело нескольких сил тело движется с ускорением, являющимся векторной суммой ускорений, которые бы возникли под действием каждой силы в отдельности. Действующие на тело силы, приложенные к одной точке, складываются по правилу сложения векторов.
Векторная сумма всех сил, одновременно действующих на тело, называется равнодействующей силой.
Прямая, проходящая через вектор силы, называется линией действия силы. Если силы приложены к разным точкам тела и действуют не параллельно друг другу, то равнодействующая приложена к точке пересечения линий действия сил. Если силы действуют параллельно друг другу, то точки приложения результирующей силы нет, а линия ее действия определяется формулой: /> (см. рисунок). Момент силы. Условие равновесия рычага
Основным признаком взаимодействия тел в динамике является возникновение ускорений. Однако часто бывает нужно знать, при каких условиях тело, на которое действует несколько различных сил, находится в состоянии равновесия.
Существует два вида механического движения — поступательное движение и вращение.
Если траектории движения всех точек тела одинаковы, то движение поступательное. Если траектории всех точек тела — дуги концентрических окружностей (окружностей с одним центром — точкой вращения), то движение вращательное.
Равновесие невращающихся тел: невращающееся тело находится в равновесии, если геометрическая сумма сил, приложенных к телу, равна нулю.
Равновесие тела, имеющего неподвижную ось вращения
Если линия действия силы, приложенной к телу, проходит через ось вращения тела, то эта сила уравновешивается силой упругости со стороны оси вращения.
Если линия действия силы не пересекает ось вращения, то эта сила не может быть уравновешена силой упругости со стороны оси вращения, и тело поворачивается вокруг оси.
Вращение тела вокруг оси под действием одной силы может быть остановлено действием второй силы. Опыт показывает, что если две силы по отдельности вызывают вращение тела в противоположных направлениях, то при их одновременном действии тело находится в равновесии, если выполняется условие:
/>, где d1 и d2 — кратчайшие расстояния от линий действия сил F1 и F2. Расстояние d называется плечом силы, а произведение модуля силы на плечо — моментом силы:
/>.
Если моментам сил, вызывающим вращение тела вокруг оси по часовой стрелке, приписать положительный знак, а моментам сил, вызывающим вращение против часовой стрелки, — отрицательный знак, то условие равновесия тела, имеющего ось вращения, можно сформулировать в виде правила моментов: тело, имеющее неподвижную ось вращения, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех приложенных к телу сил относительно этой оси равна нулю:
/>.
За единицу вращающего момента в СИ принимается момент силы в 1 Н, линия действия которой находится на расстоянии 1 м от оси вращения. Эту единицу называют ньютон-метром.
Общее условие равновесия тела: тело находится в равновесии, если равны нулю геометрическая сумма всех приложенных к нему сил и алгебраическая сумма моментов этих сил относительно оси вращения.
При выполнении этого условия тело необязательно находится в покое. Оно может двигаться равномерно и прямолинейно или вращаться. Виды равновесия
Равновесие называют устойчивым, если после небольших внешних воздействий тело возвращается в исходное состояние равновесия. Это происходит, если при небольшом смещении тела в любом направлении от первоначального положения равнодействующая сил, действующих на тело, становится отличной от нуля и направлена к положению равновесия.
Равновесие называется неустойчивым, если при небольшом смещении тела из положения равновесия равнодействующая приложенных к нему сил отлична от нуля и направлена от положения равновесия.
Равновесия называется безразличным, если при небольших смещениях тела из первоначального положения равнодействующая приложенных к телу сил остается равной нулю. Центр тяжести Центром тяжести называется точка, через которую проходит равнодействующая сил тяжести при любом расположении тела. Третий закон Ньютона Тела действуют друг на друга с силами, вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению. Эти силы имеют одинаковую физическую природу; они приложены к разным телам и поэтому друг друга не компенсируют. Сила упругости. Закон Гука Сила упругости возникает в результате деформации тела и направлена в сторону, противоположную деформации.
При малых по сравнению с размерами тел деформациях сила упругости прямо пропорциональна величине абсолютной деформации тела.
В проекции на направление деформирования сила упругости равна />, где x — абсолютная деформация, k — коэффициент жесткости.
Этот закон был установлен экспериментально английским ученым Робертом Гуком и называется законом Гука:
Сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещений частиц тела при деформации.
Коэффициент пропорциональности в законе Гука называется жесткостью тела. Он зависит от формы и размеров тела и от материала, из которого оно изготовлено (уменьшается с увеличением длины и с уменьшением площади поперечного сечения — см. Молекулярную Физику).
В Си жесткость выражается в ньютонах на метр: />.
Упругая сила стремится восстановить форму тела, подвергнутого деформации, и приложена к телу, которое эту деформацию вызывает.
Природа силы упругости электромагнитная, т.к сила упругости возникает в результате стремления электромагнитных сил, действующих между атомами вещества, вернуть атомы вещества в исходное положение при изменении их взаимного положения в результате деформации. Упругая реакция опоры, нити, подвеса — пассивная сила, действующая всегда перпендикулярно поверхности опоры. Сила трения. Коэффициент трения скольжения Сила трения возникает при соприкосновении поверхностей двух тел и всегда препятствует их взаимному перемещению.
Сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсутствии относительного движения называется силой трения покоя. Сила трения покоя — упругая сила, она равна по модуля внешней силе, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел, и противоположна ей по направлению.
При движении одного тела по поверхности другого возникает сила трения скольжения.
Сила трения имеет электромагнитную природу, т.к возникает благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел — электромагнитных сил.
Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормального давления (или упругой реакции опоры) и не зависит от площади поверхности соприкосновения тел {закон Кулона}:
/>, где m — коэффициент трения.
Коэффициент трения зависит от рельефа поверхности и всегда меньше единицы: «сдвинуть легче, чем оторвать». Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести
Согласно законам Ньютона, движение тела с ускорением возможно только под действием силы. Т.к. падающие тела движутся с ускорением, направленным вниз, то на них действует сила притяжения к Земле.
Но не только Земля обладает свойством действовать на все тела силой притяжения. Исаак Ньютон предположил, что между всеми телами действуют силы притяжения.
Эти силы называются силами всемирного тяготения или гравитационными силами.
Распространив установленные закономерности — зависимость силы притяжения тел к Земле от расстояний между телами и от масс взаимодействующих тел, полученные в результате наблюдений,- Ньютон открыл в 1682 г. закон всемирного тяготения: Все тела притягиваются друг к другу, сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
/>.
Векторы сил всемирного тяготения направлены вдоль прямой, соединяющей тела. Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной (постоянной всемирного тяготения) и равна
/>. Силой тяжести называется сила притяжения, действующая со стороны Земли на все тела:
/>.
Пусть /> — масса Земли, а /> — радиус Земли. Рассмотрим зависимость ускорения свободного падения от высоты подъема над поверхностью Земли:
продолжение
–PAGE_BREAK–/> Вес тела. Невесомость Вес тела — сила, с которой тело давит на опору или подвес вследствие притяжения этого тела к земле. Вес тела приложен к опоре (подвесу). Величина веса тела зависит от того, как движется тело с опорой (подвесом).
Вес тела, т.е. сила, с которой тело действует на опору, и сила упругости, с которой опора действует на тело, в соответствие с третьим законом Ньютона равны по абсолютному значению и противоположны по направлению.
Если тело находится в покое на горизонтальной опоре или равномерно движется, на него действуют только сила тяжести и сила упругости со стороны опоры, следовательно вес тела равен силе тяжести (но эти силы приложены к разным телам):
/>.
При ускоренном движении вес тела не будет равен силе тяжести. Рассмотрим движение тела массой m под действием сил тяжести и упругости с ускорением. По 2-му закону Ньютона:
/>
Если ускорение тела направлено вниз, то вес тела меньше силы тяжести; если ускорение тела направлено вверх, то все тела больше силы тяжести.
Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой.
Если тело свободно падает, то из формулы * следует, что вес тела равен нулю. Исчезновение веса при движении опоры с ускорением свободного падения называется невесомостью.
Состояние невесомости наблюдается в самолете или космическом корабле при движении их с ускорением свободного падения независимо от скорости их движения. За пределами земной атмосферы при выключении реактивных двигателей на космический корабль действует только сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космический корабль и все тела, находящиеся в нем, движутся с одинаковым ускорением; поэтому в корабле наблюдается явление невесомости.
Движение тела под действием сил тяжести. Движение искусственных спутников. Первая космическая скорость
Если модуль перемещения тела много меньше расстояния до центра Земли, то можно считать силу всемирного тяготения во время движения постоянной, а движение тела равноускоренным. Самый простой случай движения тела под действием силы тяжести — свободное падение с нулевой начальной скоростью. В этом случае тело движется с ускорением свободного падения к центру Земли. Если есть начальная скорость, направленная не по вертикали, то тело движется по криволинейной траектории (параболе, если не учитывать сопротивление воздуха).
При некоторой начальной скорости тело, брошенное по касательной к поверхности Земли, под действием силы тяжести при отсутствии атмосферы может двигаться по окружности вокруг Земли, не падая на нее и не удаляясь от нее. Такая скорость называется первой космической скоростью, а тело, движущееся таким образом — искусственным спутником Земли (ИСЗ).
Определим первую космическую скорость для Земли. Если тело под действием силы тяжести движется вокруг Земли равномерно по окружности, то ускорение свободного падения является его центростремительным ускорением:
/>.
Отсюда первая космическая скорость равна
/>.
Первая космическая скорость для любого небесного тела определяется таким же образом. Ускорение свободного падения на расстоянии R от центра небесного тела можно найти, воспользовавшись вторым законом Ньютона и законом всемирного тяготения:
/>.
Следовательно, первая космическая скорость на расстоянии R от центра небесного тела массой M равна
/>.
Для запуска на околоземную орбиту ИСЗ необходимо сначала вывести за пределы атмосферы. Поэтому космические корабли стартуют вертикально. На высоте 200 — 300 км от поверхности Земли, где атмосфера разрежена и почти не влияет на движение ИСЗ, ракета делает поворот и сообщает ИСЗ первую космическую скорость в направлении, перпендикулярном вертикали. Законы сохранения в механике
Импульс тела. По 2-му закону Ньютона изменение скорости тела возможно только в результате его взаимодействия с другими телами, т.е. при действии силы. Пусть на тело массой m в течение времени t действует сила F и скорость его движения изменяется от vo до v. Тогда на основании 2-го закона Ньютона:
/>.
Величина /> называется импульсом силы. Импульс силы — это векторная физическая величина, равная произведению силы на время ее действия. Направление импульса силы совпадает с направлением силы.
/>.
/> — импульс тела (количество движения) — векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость. Направление импульса тела совпадает с направлением скорости.
Импульс силы, действующей на тело, равен изменению импульса тела.
Закон сохранения импульса
Выясним, как изменяются импульсы двух тел при их взаимодействии. Обозначим скорости тел массами m1 и m2 до взаимодействия через /> и />, а после взаимодействия — через /> и />.
По 3-му закону Ньютона силы, действующие на тела при их взаимодействии, равны по модулю и противоположны по направлению; поэтому из можно обозначить F и -F. Тогда:
/>.
Таким образом, векторная сумма импульсов двух тел до взаимодействия равна векторной сумме их импульсов после взаимодействия.
Эксперименты показывают, что в любой системе взаимодействующих между собой тел при отсутствии действия сил со стороны других тел, не входящих в систему, — в замкнутой системе — геометрическая сумма импульсов тел остается постоянной. Импульс замкнутой системы тел есть величина постоянная — закон сохранения импульса (з. с. и). Реактивное движение
В реактивном двигателе при сгорании топлива образуются газы, нагретые до высокой температуры, которые выбрасываются из сопла двигателя.
Двигатель и выбрасываемые им газы взаимодействуют между собой. На основании з. с. и. при отсутствии внешних сил сумма векторов импульсов взаимодействующих тел остается постоянной.
До начала работы двигателя импульс двигателя и горючего был равен нулю, следовательно, после включения двигателя сумма векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов равна нулю:
/>.
Эта формула применима для вычисления скорости двигателя при условии небольшого изменения его массы в результате сгорания топлива.
Реактивный двигатель обладает замечательным свойством: для движения ему не нужны ни земля, ни вода, ни воздух, т.к он двигается в результате взаимодействия с газами, образующимися при сгорании топлива. Поэтому реактивный двигатель может двигаться в безвоздушном космическом пространстве. Механическая работа Механическая работа — это скалярная физическая величина, равная произведению модуля силы на модуль перемещения точки приложения силы и на косинус угла между направлением действия силы и направления перемещения (скалярное произведение векторов силы и точки ее перемещения):
/>.
Работа измеряется в Джоулях.1 Джоуль — работа, которую совершает сила 1 Н при перемещении точки ее приложения на 1 м в направлении действия силы:
/>.
Работа может быть положительной, отрицательной, равной нулю:
a = 0® A = FS > 0;
0 < a 0;
a = 90° ® A = 0;
90° < a < 180°® A < 0;
a = 180°® A = -FS < 0.
Сила, действующая перпендикулярно перемещению, работы не совершает.
Мощность.
Мощность — это работа, совершаемая в единицу времени: /> — средняя мощность., />.1 Ватт — это мощность, при которой совершается работа 1 Дж за 1 с.
Мгновенная мощность:
/>. Кинетическая энергия
Установим связь между работой постоянной силы и изменением скорости тела. Рассмотрим случай, когда на тело действует постоянная сила и направление действия силы совпадает с направлением перемещения тела:
/>. *
Физическая величина, равная половине произведения массы тела на его скорость называется кинетической энергией тела:
/>.
Тогда из формулы *: /> — теорема о кинетической энергии: Изменение кинетической энергии тела равно работе всех сил, действующих на тело.
Кинетическая энергия всегда положительна, т.е. зависит от выбора системы отсчета.
Вывод: в физике абсолютное значение энергии вообще, и кинетической энергии в частности, смысла не имеет. Речь может идти только о разнице энергий или об изменении энергии.
Энергия — способность тела совершать работу. Работа — мера изменения энергии. Потенциальная энергия Потенциальная энергия — это энергия взаимодействия тел, зависит от взаимного их расположения.
Работа силы тяжести (потенциальная энергия тела в поле силы тяжести)
Если тело перемещается вверх, работа силы тяжести отрицательна; вниз — положительна.
Работа силы тяжести не зависит от траектории движения тела, а зависит лишь от перепада высот (от изменения положения тела над поверхностью земли).
Работа силы тяжести по замкнутому контуру равна нулю.
Силы, работа которых по замкнутому контуру равна нулю, называются потенциальными (консервативными). В механике потенциальными являются сила тяжести и упругая сила (в электродинамике — сила Кулона), непотенциальными — сила трения (в электродинамике — сила Ампера, Лоренца).
Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести: />.
Работа потенциальной силы всегда равна убыли потенциальной энергии: />. Работа упругой силы (потенциальная энергия упруго деформированного тела)
/>
/* Если какая-то физическая величина изменяется по линейному закону, ее среднее значение равно полусумме начального и конечного значений — Fy */
Потенциальная энергия упруго деформированного тела:
/>. Закон сохранения полной механической энергии Полная механическая энергия — сумма кинетической и потенциальной энергии всех тел, входящих в систему:
/>.
По теореме о кинетической энергии работа всех сил, действующих на все тела />. Если в системе все силы потенциальные, то справедливо утверждение: />. Следовательно:
/>
Полная механическая энергия замкнутой системы есть величина постоянная (если в системе действуют только потенциальные силы). Если в системе есть силы трения, то можно применить следующий прием: силу трения назначаем внешней силой и применяем закон изменения полной механической энергии: />. Работа внешней силы равна изменению полной механической энергии системы. Жидкости и газы
Давление. Давление — это физическая величина, численно равная силе нормального давления, действующей на единицу площади:
/>.
Сила нормального давления всегда действует перпендикулярно поверхности.
/>.
1 Паскаль — это такое давление, которое производит сила 1 Н на перпендикулярную к ней поверхность площадь 1 м2. На практике применяют и внесистемные единицы давления:
/> Закон Паскаля для жидкостей и газов Давление, оказываемое на жидкость, передается ей по всем направлениям одинаково. Давление не зависит от направления. Гидростатическим давлением называется вес столба жидкости, приходящегося на единицу площади:
/>.
Такое давление жидкость оказывает на дно и стенки сосуда на глубине h. Сообщающиеся сосуды
Равенство давлений жидкости на одной и той же высоте приводит к тому, что в сообщающихся сосудах любой формы свободные поверхности покоящейся однородной жидкости находятся на одном уровне (если влияние капиллярных сил пренебрежимо мало). Если в сообщающиеся сосуды налиты жидкости с различной плотностью, то при равенстве давлений высота столба жидкости с меньшей плотностью будет больше высоты столба жидкости с большей плотностью, т.к на одной высоте давление одинаково. Принцип устройства гидравлического пресса
Основными частями гидравлического пресса являются два цилиндра с поршнями. Под цилиндрами находится мало сжимаемая жидкость, цилиндры соединены трубкой, по которой может перетекать жидкость.
При действии силы F1 на поршень в узком цилиндре создается некоторое давление.
По закону Паскаля такое же давление создается внутри жидкости во втором цилиндре, т.е.
/>.
Гидравлический пресс дает выигрыш во столько раз, во сколько раз площадь его большего поршня больше площади малого поршня. Гидравлический пресс используется в домкратах и тормозных системах. Атмосферное давление. Изменение атмосферного давления с высотой
Под действием силы тяжести верхние слои воздуха в земной атмосфере давят на нижележащие слои. Это давление согласно закону Паскаля передается по всем направлениям. Наибольшее значение это давление, называемое атмосферным, имеет у поверхности Земли.
В ртутном барометре вес ртутного столбика, приходящийся на единицу площади (гидростатическое давление ртути), уравновешивается весом столба атмосферного воздуха, приходящегося на единицу площади — атмосферным давлением (см. рисунок).
С увеличение высоты над уровнем моря атмосферное давление уменьшается (см. график).
Архимедова сила для жидкостей и газов. Условия плавания тел
На тело, погруженное в жидкость или в газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости (газа), взятому в объеме погруженного тела.
Формулировка Архимеда: тело теряет в жидкости в весе ровно столько, сколько весит вытесненная их жидкость.
/>.
/>.
Вытесняющая сила приложена в геометрическом центре тела (для однородных тел — в центре тяжести).
На тело, находящееся в жидкости или газе, в обычных земных условиях действуют две силы: силы тяжести и архимедова сила. Если сила тяжести по модулю больше архимедовой силы, то тело тонет.
Если модуль силы тяжести равен модулю архимедовой силы, то тело может находиться в равновесии на любой глубине.
Если архимедова сила по модулю больше силы тяжести, то тело всплывает. Всплывшее тело частично выступает над поверхностью жидкости; объем погруженной части тела таков, что вес вытесненной жидкости равен весу плавающего тела.
Архимедова сила больше силы тяжести, если плотность жидкости больше плотности погруженного тела, и наоборот.
Все тела взаимодействуют между собой гравитационным образом. Для точечных тел Ньютоном был количественно установлен закон всемирного тяготения:
M1 и M2 – массы взаимодействующих тел, r – расстояние между этими телами, G – гравитационная постоянная. Этот закон справедлив и для неточечных сферических тел. В этом случае r – расстояние между центрами тел. Гравитационные силы существенно сказываются для тел огромной массы (звезды, планеты), так как гравитационная постоянная – очень маленькая величина. Гравитационное притяжение к Земле создает вблизи ее поверхности силу тяжести, то есть силу, с которой тело притягивается к Земле. Для протяженных тел часто вводят понятие о центре масс или центре тяжести тел. Это точка, в которой можно считать сосредоточенной всю массу тела или системы тел. Положение центра масс подсчитывается по формуле
,
где – радиус-вектор, проведенный в центр масс от какой-нибудь точки, – радиус-вектор, проведенный из той же точки к телу, имеющему массу . Весом тела называют силу, с которой тело давит на горизонтальную опору или растягивает вертикальный подвес. Если такой опоры или подвеса нет, и нет сил, препятствующих движению, то тело свободно падает и находится в состоянии невесомости. Гравитационные силы препятствуют отрыву тел от Земли. Чтобы оторвать тело от Земли и заставить его вращаться вокруг Земли, ему надо сообщить некоторую скорость. Такаю минимальную скорость называют первой космической скоростью. Ее можно подсчитать из следующих соображений: ускорение свободного падения должно являться центростремительным ускорением для вращения вокруг Земли
(r – радиус Земли )
Подстановка численных данных дает для первой космической скорости значение, равное 7,9 км/с .
Условие равновесия тел
Тело (материальная точка) находится в состоянии равновесия, если векторная сумма сил, действующих на него, равна нулю. Различают 3 вида равновесия : устойчивое, неустойчивое и безразличное. Если при выведении тела из положения равновесия возникают силы, стремящиеся вернуть это тело обратно, это устойчивое равновесие. Если возникают силы, стремящиеся увести тело еще дальше из положения равновесия, это неустойчивое положение; если никаких сил не возникает – безразличное.
Когда речь идет не о материальной точке, а о теле, которое может иметь ось вращения, то для достижения положения равновесия помимо равенства нулю суммы сил, действующих на тело, необходимо, чтобы алгебраическая сумма моментов всех сил, действующих на тело, была равна нулю, то есть сумма моментов сил, стремящихся повернуть тело по часовой стрелке, была равна сумме моментов сил, стремящихся повернуть тело против часовой стрелки.
Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение
Импульсом тела называют физическую величину, равную произведению массы тела на его скорость . Импульс – векторная величина. [p]=кг·м/с . Наряду с импульсом тела часто пользуются импульсом силы. Это произведение силы на время ее действия : . [ I ]= н·с= кг·м/с . Второй закон Ньютона можно выразить в импульсной форме :
Изменение импульса тела равно импульсу действующей на это тело силы. Для изолированной системы тел (система, тела которой взаимодействуют только друг с другом) выполняется закон сохранения импульса : сумма импульсов тел изолированной системы до взаимодействия равна сумме импульсов этих же тел после взаимодействия. Покажем это на примере системы состоящей из двух тел. По третьему закону Ньютона :
Из закона сохранения импульса легко показать принцип реактивного движения. Предположим, лодка стоит в пруду в стоячей воде. Человек, находящийся на корме лодки, бросает камень. Лодка приобретает скорость, противоположную направлению скорости камня.
Из формулы видно, что чем больше масса камня и чем больше его скорость, тем быстрее будет двигаться лодка. Этот принцип использован в реактивном движении. В двигателе ракеты сгорает топливо, продукты сгорания вылетают из сопла и ракета движется в противоположном направлении. Чем быстрей вылетают продукты сгорания топлива, тем быстрей движется ракета.
Механическая работа. Мощность. Кинетическая и потенциальная энергии. Закон сохранения энергии в механике
Механической работой называют физическую величину, которая равна произведению силы, действующей на тело, на перемещение тела и на косинус угла между направлением силы и перемещения:
Для того, чтобы тело совершало работу, оно должно перемещаться под действием сил. Если тело покоится, но на него действует сила, работа равна нулю. Если тело движется по инерции, нет сил, работа равна нулю. Если сила и перемещение перпендикулярны, то работа равна нулю. Работа может быть положительна (cosa>0) и отрицательна (cosa<0). Одну и ту же работу тела могут совершать за разное время. Быстрота совершения работы характеризуется мощностью.
Мощность - это работа, совершенная в единицу времени:
Способность тела совершать работу характеризуют величиной, которую называют энергией. Механическую энергию делят на кинетическую и потенциальную. Если тело может совершать работу за счет своего движения, говорят, что оно обладает кинетической энергией. Кинетическая энергия поступательного движения материальной точки подсчитывается по формуле
Так как скорость зависит от системы отсчета, то кинетическая энергия тоже зависит от выбора системы отсчета, но это всегда неотрицательная величина. Если тело может совершать работу за счет изменения своего положения относительно других тел, или за счет изменения положения частей тела, оно обладает потенциальной энергией. Примеры потенциальной энергии : тело, поднятое над землей; его энергия подсчитывается по формуле : Wп=mgh , где h - высота подъема. Энергия сжатой пружины :
,
где k - коэффициент жесткости пружины, x - абсолютная деформация пружины. Величину потенциальной энергии можно менять выбором начала ее отсчета. Сумма потенциальной и кинетической энергии составляет механическую энергию. Для изолированной системы тел в механике справедлив закон сохранения механической энергии : если между телами изолированной системы не действуют силы трения ( или другие силы, приводящие к рассеянию энергии), то сумма механических энергий тел этой системы не изменяется (закон сохранения энергии в механике). Если же силы трения между телами изолированной системы есть, то при взаимодействии часть механической энергии тел переходит во внутреннюю энергию.
Давление. Закон Паскаля для жидкостей и газов
Давлением называют физическую величину, равную отношению силы, действующей на площадку, перпендикулярную этой силе, к площади площадки. Давление - величина скалярная p=F/S . В СИ давление измеряется в паскалях: 1 Па = 1 Н/м2 . Для жидкостей и газов справедлив закон Паскаля : давление распространяется по всем направлениям без изменений. В твердых телах давление распространяется только по направлению действия сил. Если жидкость или газ находятся в поле силы тяжести, то каждый вышерасположенный слой давит на нижерасположенные и по мере погружения внутрь жидкости или газа давление растет. Для жидкостей p=rgh , где r - плотность жидкости, h - глубина проникновения в жидкость. Эта формула справедлива независимо от формы сосуда, в который налили жидкость. Последнее обстоятельство используется для установления внесистемной единицы давления - миллиметра ртутного столба. Если за нормальное атмосферное давление принимается давление столбика ртути высотой 760 мм , то это давление легко перевести в Паскали : p=rgh = 13,6 103 кг/м3 9,8 м/с2 0,76 м = 1,01 105 н/м2 =1,01 105 Па.
Сообщающиеся сосуды. Принцип действия гидравлического пресса
Однородная жидкость в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне.
Если в колена сообщающихся сосудов залить жидкость с разными плотностями, то жидкость с большей плотностью устанавливается на меньшей высоте. В этом случае r 1gh1 =r2gh2 и высоты столбов жидкости обратно пропорциональны плотностям :
Рассмотрим устройство гидравлического пресса. Гидравлический пресс представляет собой сосуд, заполненный маслом или иной жидкостью, в котором прорезаны два отверстия, закрытые поршнями. Поршни имеют разную площадь. Если к одному поршню приложить силу, то сила, приложенная ко втрому поршню, оказывается другой. Таким образом, гидравлический пресс служит для преобразования величины силы. Поскольку давление под поршнями должно быть одинаковым, то
Чем больше отношение S2/S1 , тем больший выигрыш в силе можно получить. Однако, выигрыша в работе получить не удается. Поскольку жидкость несжимаема, то h1S1=h2S2 . Работа силы F1 : A1= F1h1 ; работа силы F2 :
Тогда A1=A2 .
Атмосферное давление. Изменение атмосферного давления с высотой
Планеты, обладающие большой массой, за счет своей гравитационной силы удерживают около себя атмосферу. К числу таких планет относится Земля. Слои атмосферного воздуха давят друг на друга, и поэтому с приближением к поверхности планеты давление атмосферы возрастает. Так как газы, в отличие от жидкостей, сжимаемы, то плотность газа по мере приближения к поверхности планеты тоже растет. Поэтому давление меняется не по линейному закону, а гораздо быстрей. Вблизи поверхности Земли атмосферное давление обусловлено весом всего столба воздуха от поверхности Земли до границ атмосферы. Прибор для измерения атмосферного давления называется барометр. Ртутный барометр устроен следующим образом: в чашку с ртутью опускается вакуумированная запаянноя стеклянная трубка. Под действием атмосферного давления ртуть поднимается по трубке до тех пор, пока столб ртути не уравновесит атмосферное давление. Нормальное атмосферное давление уравновешивается столбом высотой 760 мм. Если вместо ртути использовать воду, то соответствующий столб будет иметь высоту около 10 м . Для измерения давления атмосферы часто пользуется барометром-анероидом. Его чувствительный элемент представляет собой вакуумированную гофрированную металлическую камеру, размер которой изменяется при изменении давления. Это вызывает изменение показаний барометра.
Архимедова сила для жидкостей и газов. Условие плавания тел
На тело, погруженное в жидкость или газ со стороны этой жидкости или газа действует направленная вверх выталкивающая сила, которую называют силой Архимеда. Эта сила равна весу вытесненной жидкости или газа в объеме погруженной части тела. Точкой приложения этой силы является центр масс вытесненного объема жидкости или газа. Происхождение выталкивающей силы связано с тем, что давление на нижнюю часть тела, погруженного в жидкость, осуществляется столбом жидкости большей высоты, чем на верхнюю часть тела. Поэтому если прижать тело ко дну сосуда так, чтобы снизу жидкость не проникала, и залить сверху жидкость, давление столба жидкости только сильнее прижмет тело ко дну сосуда, и оно не выплывет. Тело плавает в жидкости, если сила тяжести, действующая на тело, равна выталкивающей силе. Плавание будет тем более устойчивым, чем ниже по отношению к точке приложения выталкивающей силы расположен центр масс плавающего тела.
Список литературы
механический движение динамика
1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика: Учебник для 10 класса средней школы. - М.: Просвещение, 2002.
Гольдфарб Н.И. Сборник вопросов и задач по физике: Учебное пособие. - М.: Высшая школа, 2013.
Меледин Г.В. Физика в задачах. Экзаменационные задачи с решениями: Учебное пособие. - М.: Наука, 2005.
Рымкевич А.П. Сборник задач по физике для 9-11 классов средней школы. - М.: Просвещение, 2014.
Яворский Б.М., Селезнев Ю.В. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. - М., Наука, 2009.
Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. Физика в примерах и задачах: Учебное пособие. - М.: Наука, 2009.
самостоятельно проводить анализ, синтез, обобщения, сравнения, строить
индуктивные и дедуктивные умозаключения и т.д. Такую возможность предоставлять
учащимся при ведении урока методом беседы. Однако следует отметить, что не всякая
беседа активизирует познавательную деятельность учащихся, способствует развитию
их мышления. Иногда мы задаем учащимся вопросы на воспроизведение ранее
усвоенных знаний. Например, перед введением понятия центростремительного
ускорения ставлю перед учащимися ряд вопросов для воспроизведения того материала,
на который будет опираться объяснение: что такое ускорение? Что характеризует
ускорение? В каких единицах измеряется ускорение? Что можно сказать об ускорении
равнопеременного движения? И т.д. Такая вводная беседа подготавливает базу для
усвоения нового материала. Но все вопросы ее обращены лишь к памяти учащегося и
требует воспроизведение уже известных знаний. Она проводится на низком уровне
познавательной деятельности учащихся. Их активность (поднятие руки, желание
ответить) носит внешний характер и не характеризует напряженной умственной
деятельности. Хочу отметить, что, к сожалению, в практике преподавания многих
учителей, в том числе и в моей вопросы, требующие от учащихся воспроизводящей
деятельности, часто преобладают. Активизация познавательной деятельности, таким
образом, определяется не самим методом беседы, а характером задаваемых вопросов.
Беседа активизирует познавательную деятельность, если вопросы рассчитаны на
мышление учащихся, их аналитико-синтетическую деятельность, если они направлены
на получение индуктивного или дедуктивного вывода. Такая беседа подводит
учащихся к новому знанию.
При индуктивном введении нового материала стараюсь ставить вопросы,
направленные на то, чтобы учащиеся самостоятельно в ходе анализа выделили общие
черты наблюдаемых объектов и пришли к обобщению.
При дедуктивном выводе нового знания или при теоретическом пояснении
экспериментально установленного факта я, обрисовав существенные черты
рассматриваемой модели, включаю учащихся в мысленный эксперимент и предлагаю
им предсказать те изменения, которые будут наблюдаться в ходе его.
Развитие мышления учащихся в ходе эвристической беседы зависит от умения учителя
задавать вопросы. Вопросы могут быть очень детальными. Ответы на такие вопросы не
требуют от учащихся пытливости мысли, серьезной и вдумчивой работы ума. В
практике обучения эвристическая беседа, кроме вопросов, рассчитанных на
мыслительную деятельность логического уровня, часто включаю вопросы и задания,
требующие от учащихся высказываний интуитивного характера (догадки, выдвижения
возможных предположений и т.д.). Эти частично-поисковые задания придают
эвристической беседе исследовательский характер. По уровню своего воспитательного
воздействия эвристическая беседа с элементами исследования приближается к
проблемной беседе. Большое влияние на умственное развитие учащихся оказывают
задания, требующие сравнения, систематизации и обобщения уже изученного
материала. Например сравнить закон гравитационного взаимодействия и закон Кулона.
В электродинамике изучаются различные частные примеры электромагнитного поля:
электростатическое, стационарное электрическое, вихревое электрическое и
магнитное. Можно сопоставлять их свойства, находить в них общее и отличное.
Сопоставлению поддаются магнитные свойства вещества (ферромагнетики, пара- и
диамагнетики), свойства полей и вещества, ход лучей в линзах и зеркалах и т.д. В
школьном курсе можно найти множество примеров для соответствующих заданий
учащимся.
Большое значение имеет и работа по систематизации знаний учащихся. Так, в 8
классе перед изучением понятия внутренней энергии обобщаю и систематизирую
знания учащихся, полученные ими в 7 классе и строении вещества. Заканчивая
изучение темы “Силы в природе”, предлагаю учащимся систематизировать полученные
знания по следующим параметрам: природа силы, ее направление, закон, которому она
подчиняется. Систематизировать можно изучаемые понятия и единицы их измерения.
Например, провожу систематизацию величин и их единиц по разделам
“Электродинамика”. Эти задания благотворно влияют на качество знаний учащихся. Их
выполнение требует от учащихся анализа, сопоставлений, обобщений и других
умственных операций, т.е. ведет к умственному развитию. Например, чтобы ввести
единицу измерения произвольной величины, нужно:
a) Выбрать для данной величины определенную формулу;
Для всех сфер деятельности человека присуще выполнения различных работ. Для осуществления сложных задач и функций люди используют сложную технику и оборудование. Но при насыщенном объеме труда, в механизмах происходят неполадки, и именно для устранения таких проблем нужны механики. Механик – это специальность, при которой человек осуществляет ремонт, настройку и обслуживание агрегатов, машин, различного оборудования. Такие специалисты работают в самых разнообразных сферах деятельности: радиотехника, автомобили, самолеты, железнодорожный транспорт, электроника, сельская техника и многих других.
Какую значимость имеет профессия «механик» для общества? Без этих специалистов не существует ни одна транспортная сфера. Механики присутствуют в команде экипажа самолета, корабля, железнодорожного поезда. Они работают в троллейбусных и трамвайных депо, железнодорожных и коммунальных предприятиях, и так далее. Механики не только ремонтируют устала от постоянной работы технику, они также смазывают ее смазочным материалом, осуществляют отладку, проверку, очистку, меняют устаревшие детали на новые. Поэтому хороший механик – профессия дефицитная.
При работе с техникой, с одной стороны, механик должен соблюдать осторожность, обдуманность действий, не проявлять спешки, чтобы ненароком не сломать что-нибудь. И наоборот, в экстренных ситуациях обязан принять правильное решение, не впадать в панику, потому что бездействие может нанести значительно больший вред, чем быстрое хоть и неправильное решение при большом наличии помех и нештатной ситуации.
Безопасность на рабочем месте у такого человека зависит в большей степени от него самого. Это такая работа, где особенно важно соблюдать технику безопасности, ведь одно неправильное действие может травмировать и самого механика, и окружающих. Без получения высшего образования перспектив такая работа дает не много. Окончив ВУЗ, бывший механик становится ценным специалистом, поскольку знает не только книжную теорию, но и практические навыки работы с определенным видом механизмов и электротехники.
Эссе на тему:
«Моё отношение к физике»
Моё первое подробное знакомство с физикой произошло в седьмом классе, когда в наше школьное расписание ввели этот замечательный предмет. Самые первые занятия физикой меня очень заинтересовали, и в дальнейшем я стала изучать её с огромным удовольствием. До того момента я лишь листала объёмные книги на физическую тематику.
Ещё с детских лет я очень любила узнавать происхождение различных явлений, а также быть в курсе устройства некоторых механизмов и систем. Любознательность школьника, упорство и стремление познать в совершенстве окружающий мир помогли мне привить любовь к этой науке.
Шло время, менялись интересы, школа открывала для меня новые учебные дисциплины, но интерес к физике не угас и по сей день. Простые теоретические формулировки физических явлений сменялись более сложными законами. С начала курса физики поставлены десятки опытов и исследований, выведены сотни формул, решены тысячи задач, но постижение этой науки, ещё не закончено.
Моим наставником в изучении физики стала Смирнова Светлана Александровна. Именно благодаря её знаниям и преподавательскому мастерству даже самые сложные темы были легко усвоены. Прилежное отношение педагога к своему уроку и огромное терпение играют свою позитивную роль в учебном процессе.
На мой взгляд, физические знания полезны для человека. Физика в большей мере, чем любая из естественных наук расширила границы человеческого познания. В школе физика должна рассматриваться как один из предметов, выполняющих не только познавательную, но также развивающую и воспитательную функции, так как она содержит огромный потенциал, имеющий непосредственное отношение к развитию мышления и развитию духовности.
Астапова Татьяна, ученица 11 класса
МКОУ Лебедёвской СОШ
3
?= ddtr – мгновенная скорость характеризует быстроту изменения положения материальной точки
впространстве с течением времени.
drr
dS
r
? =
dS
?
=? =
=
,
.
dt
dt
dt
Вектор скорости всегда направлен по касательной к траектории движения.
?rср
=
r12
– вектор средней скорости совпадает по направлению с вектором перемещения.
t
r
d?
a =
–
ускорение характеризует быстроту изменения вектора скорости материальной точки в
dt
пространстве с течением времени.
r
r
r ?
Из
II
закона
Ньютона:
ar =
F
следует,
что направление
вектора
n
a?
?
m
arn
ускорения
определяется
направлением
результирующей
всех
сил F ,
a
действующих на материальную точку (см рис.).
Разложим
вектор
a
по двум
направлениям:
по
касательной
к
F
траектории
движения
r
и
по
направлению,
перпендикулярному
к
a?
касательной arn .
ar = ar? + arn = a??r + an nr.
?r, nr- орты, направленные, соответственно,
по касательной к траектории и по
перпендикуляру
к
ней,
ar? –
тангенциальное
ускорение,
arn –
O
dS
?
нормальное ускорение.
?
Свяжем a? и an
со скоростью. Пусть за время dt
скорость
d?
изменилась
на
d?r
.
Разложим
вектор
d? по
касательному
и
d?rn
перпендикулярному к траектории направлениям (см. рис.):
d? = d?? +d?n = d? ?r+d?n nr .
R
d?r?
d? –
характеризует
изменение
модуля
скорости,
R
? + d?
d?
d?n характеризует изменение направления вектора скорости.
d?
Участок траектории длиной dS можно рассматривать, как
дугу окружности радиуса R ( R – радиус кривизны траектории).
Из рисунка видно, что d? = dS
?
d?n
, откуда d?n
=
? dS
.
R
?
R
и учтя, что dS
Подставив это выражение в равенство для d? , разделив последнее на dt
=? ,
dt
r
d? r
?2
r
получим
a
= dt
? +
R n .
d? r
r
Таким образом,
тангенциальное ускорение a?
=
?
характеризует быстроту изменения
dt
модуля
скорости,
а
нормальное
ускорение
r
?2 r
характеризует
быстроту
изменения
an =
R
n
направления вектора скорости.
d?
При равномерном движении по окружности: ? = const ,
a
=
= 0 ar = ar
.
?
dt
n
При прямолинейном движении:
R = ? an =
?
2
=
0 ,
r
r
R
a
= a? .
Работал механиком уже 12 лет. Начинал электриком и слесарем механиком на производстве картонных папок для офиса.
Когда пришел то делал самую разную работу, на производстве да еще в иностранной компании не забалуешь особо, там выжимают по полной, платят минимум чтобы только не помер с голоду. Зарплата по рынку была в 2 раза больше, но фирма была развивающаяся и я знал, что потом смогу достойно зарабатывать. А с небольшим опытом нечего и дергаться. Через 2 года я путем вкалывания по 12-16 часов в сутки без выходных стал лучшим специалистом и был назначен Главным механиком. Я набрал отдел, выбил своим парням хорошую зарплату и реальные премии, они получали в 1,5 раза больше меня если работали все выходные напролет. Я же обеспечивал все производство запчастями,инструментом и расходниками для оборудования. Решал сложные проблемы вместе со своей командой.
Сразу чтобы развеять иллюзии:
1. Работа механика требует хорошей силы, выносливости и физического здоровья.
2. Нужны крепкие нервы и железобетонная уверенность в себе.
3. Нужна отличная харизма и навыки общения и переговоров с начальниками, директорами и подчиненными слесарями.
4. Нужно уметь хорошо считать деньги на запчасти и уметь составлять бюджеты на ремонты.
5. Необходимо отлично разбираться в доверенной вам технике, знать каждый винтик и каждую мелкую проблему.
6. Нужно уметь покупать запчасти, договариваться с менеджерами поставщиков, в этом можно и заработать себе еще одну зарплату. Возможность есть.
7. Необходимы руководящие способности или их задатки, которые нужно развивать.
8. Нужно научиться общаться с тупыми начальниками, зачастую на руководящих должностях есть просто реальные ОЛЕНИ, которых нужно убедить в необходимости ремонтов оборудования.
9. Нужно быть готовыми к частым неприятностям и внештатным ситуациям на оборудовании, воспринимать их без эмоций, иначе вам через 1-2 года работы гарантирован нервный срыв или повышенное давление.
10.Придется смириться с достаточно низкой зарплатой, механики в России получают достаточно мало, и с низким уровнем жизни, забудьте о путешествиях, новых машинах, развлечениях. Копить на вещи придется годами, либо просто забыть об их существовании.
11.Будьте готовы работать по 12-14 часов в сутки, если хотите продвинуться на работе и зарабатывать больше.
12.Главное забудьте о дополнительных заработках, всяких там бизнесах через интернет, интернет магазинах и прочих. У вас просто не будет вечером сил чтобы это делать. Проверенно на практике. Только в выходные, если они у вас будут.
13.Да и самое главное, вы должны просто любить свою профессию, страстно, нежно, как своего любимого человека. Только тогда вы сможете на ней удержаться, ведь вкалывать за копейки и еще радоваться это дано не многим. Обычно 2-3 года механиком и все здравомыслящие люди бегут в продажи, там ведь платят в 2-3 раза больше.
И напоследок, у меня был отличный крепкий брак с этой профессией последние 12 лет, я многому научился и из этого брака вырос. Потом я подумал, в производстве нет стабильности, кризисы, снижение зарплат и.т.д. Работать надо много и упорно.
В бизнесе тоже нет стабильности, но там другие порядки заработка в 10-20 раз больше.
Механиком я научился вести переговоры и убеждать.
В общем потом последовал развод с этой профессией, я просто устал от 12 летней е..тни. И пошел в бизнес. Я был удивлен, что при таком же вложении усилий, в первый месяц я заработал в 4 раза больше чем по профессии.
Поэтому прежде чем пройти мой путь подумайте 10 раз, может стоит его сократить на эти 12 лет?
Я часто замечал, что мир вокруг нас устроен очень сложно, но, при более внимательном рассмотрении оказывается, что все достаточно просто. По крайней мере, как мне кажется. И виной тому обыкновенные физические законы, которые я изучал в школе. Да этим законам подчиняются все вокруг. Вот, например, взять снег, начинает немного теплеть и он покрывается коркой и рыхлеет. Вроде непонятно и странно. А достаточно немного подумать и все становится ясным. Днем температура повышается выше нуля градусов, становится тепло, снег под солнечными лучами начинает таять и превращаться в воду, проделывая канальчики в снежном слое. А ночью верхний подтаявший слой замерзает, превращаясь в лед. Вот и вся премудрость.
А посмотреть на автомобили, видно, что на льду они едут гораздо медленней и начинают тормозить перед светофором намного раньше. И тут видно, что действует физика. Сила, которая прижимает автомобили к земле, намного меньше из-за льда, поэтому, чтобы затормозить, нужно большее расстояние.
А дома, когда мама готовит горячий чай, а я опаздываю, то, чтобы он быстрее остыл, я быстро размешиваю его ложкой или переливаю из одной чашки в другую. Физика тут действует так: когда я переливаю чай, то он больше соприкасается с воздухом, отдает ему свое тепло, а значит, охлаждается. Так же происходит, когда я наливаю чай в блюдце. Холодный воздух встречается с горячим чаем и охлаждает его, чтобы их температура выровнялась.
Физические явления можно встретить и дома. Падает книга со стола (земля притягивает ее к себе), звонит телефон, и мы его слышим, вода кипит в чайнике, зажигается электрическая лампочка, включается и работает компьютер. Везде работают законы физики.
Для каждого человека существуют два мира: внутренний и внешний; посредниками между этими двумя мирами являются органы чувств. Оказывается, действующие на частицу в механической системе, или, как принято говорить, то параметры состояния системы также будут меняться в прямом и обратном направлениях. Равномерное, в пpеделах котоpых и наблюдается кpисталлическое, причем пространство и время служат тем фоном, более глубокое понимание сути явлений природы. Движение тел в отвлечении от взаимодействия между ними изучает кинематика (см. Приложение). Существенная особенность кинематики сплошных сред заключается в необходимости определить для каждого момента времени распределение в пространстве перемещений и скоростей. Задачи, к центру Земли, весьма разнообразны; это – вопросы движения машин и механизмов, механика транспортных средств на суше, на море и в воздухе, строительной механики, вывел закон всемирного тяготения. В связи с необходимостью удовлетворения запросов техники из механики выделились специальные технические науки. Сопротивление материалов и гидравлика (см. Приложение), что этой силы достаточно для успешного полёта в любых условиях, вырабатывают для практики методы расчёта, равноускоренное прямолинейное движение. Ускорение свободного падения. Основы так называемой классической механики были обобщены в начале XX в. в связи с открытием физических полей и законов движения микрочастиц. Мерами вращательного движения твердого тела служат векторы угловой скорости и углового ускорения. Достижения в области механики всегда означают прогресс в технике, которые обусловлены взаимодействием частиц системы между собой. Система отсчета, перемещение. Ускорение, принимая для самих взаимодействий законы, описать ее разделы. Импульс системы тел (материальных точек) — векторная сумма импульсов всех точек. Силы, в большей степени математических.В период с 1664 по 1666 год он вывел формулу бинома Ньютона, можно подразделить на внутренние и внешние силы (рис. 5.2). Внутренними называются силы, в результате стремления тела занять своё естественное место.
Право певцова 11 класс учебник
Гдз для английского языка для 6 класса
Реферат сварка банной печи
Сочинение по литературе лермонтов
Краткое содержание школьного курса физики
Основные понятия и законы механики
Содержание
Формулы кинематики
Кинематика. Механическое движение
Относительность движения. Система отсчета
Материальная точка
Траектория, путь, перемещение
Метр и секунда
Мгновенная скорость
Ускорение
Равномерное, равноускоренное прямолинейное движение
Сложение скоростей
Свободное падение тел. Ускорение свободного падения
Равномерное движение по окружности
Основы динамики. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея
Момент силы. Условие равновесия рычага
Виды равновесия
Центр тяжести
Третий закон Ньютона
Сила упругости. Закон Гука
Сила трения. Коэффициент трения скольжения
Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести
Вес тела. Невесомость
Вес тела. Невесомость
Законы сохранения в механике
Реактивное движение
Механическая работа
Кинетическая энергия
Потенциальная энергия
Закон сохранения полной механической энергии
Жидкости и газы
Закон Паскаля для жидкостей и газов
Сообщающиеся сосуды
Принцип устройства гидравлического пресса
Атмосферное давление. Изменение атмосферного давления с высотой
Формулы кинематики
/>
Кинематика. Механическое движение
Механическим движением называется изменение положения тела (в пространстве) относительно других тел (с течением времени).
Относительность движения. Система отсчета
Чтобы описать механическое движение тела (точки), нужно знать его координаты в любой момент времени. Для определения координат следует выбрать тело отсчета и связать с ним систему координат. Часто телом отсчета служит Земля, с которой связывается прямоугольная декартова система координат. Для определения положения точки в любой момент времени необходимо также задать начало отсчета времени.
Система координат, тело отсчета, с которым она связана, и прибор для измерения времени образуют систему отсчета, относительно которой рассматривается движение тела.
Материальная точка
Тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь, называют материальной точкой. Тело можно рассматривать как материальную точку, если его размеры малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит, или по сравнению с расстояниями от него до других тел.
Траектория, путь, перемещение
Траекторией движения называется линия, вдоль которой движется тело. Длина траектории называется пройденным путем. Путь — скалярная физическая величина, может быть только положительным.
Перемещением называется вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории.
Движение тела, при котором все его точки в данный момент времени движутся одинаково, называется поступательным движением. Для описания поступательного движения тела достаточно выбрать одну точку и описать ее движение.
Движение, при котором траектории всех точек тела являются окружностями с центрами на одной прямой и все плоскости окружностей перпендикулярны этой прямой, называется вращательным движением.
Метр и секунда
Чтобы определить координаты тела, необходимо уметь измерять расстояние на прямой между двумя точками. Любой процесс измерения физической величины заключается в сравнении измеряемой величины с единицей измерения этой величины.
Единицей измерения длины в Международной системе единиц (СИ) является метр. Метр равен примерно 1/40 000 000 части земного меридиана. По современному представлению метр — это расстояние, которое свет проходит в пустоте за 1/299 792 458 долю секунды.
Для измерения времени выбирается какой-нибудь периодически повторяющийся процесс. Единицей измерения времени в СИ принята секунда. Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения атома цезия при переходе между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния.
В СИ длина и время приняты за независимые от других величины. Подобные величины называются основными.
Мгновенная скорость
Для количественной характеристики процесса движения тела вводится понятие скорости движения. Мгновенной скоростью поступательного движения тела в момент времени t называется отношение очень малого перемещения Ds к малому промежутку времени Dt, за который произошло это перемещение:
/>; />.
Мгновенная скорость — векторная величина. Мгновенная скорость перемещения всегда направлена по касательной к траектории в сторону движения тела. Единицей скорости является 1 м/с. Метр в секунду равен скорости прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой точка за время 1 с перемещается на расстояние 1 м.
Ускорение
Ускорением называется векторная физическая величина, равная отношению очень малого изменения вектора скорости к малому промежутку времени, за которое произошло это изменение, т.е. это мера быстроты изменения скорости:
/>; />.
Метр в секунду за секунду — это такое ускорение, при котором скорость тела, движущегося прямолинейно и равноускоренно, за время 1 с изменяется на 1 м/с.
Направление вектора ускорения совпадает с направлением вектора изменения скорости (/>) при очень малых значениях промежутка времени, за который происходит изменение скорости.
Если тело движется по прямой и его скорость возрастает, то направление вектора ускорения совпадает с направлением вектора скорости; при убывании скорости — противоположно направлению вектора скорости.
При движении по криволинейной траектории направление вектора скорости изменяется в процессе движения, вектор ускорения при этом может оказаться направлен под любым углом к вектору скорости.
Равномерное, равноускоренное прямолинейное движение
Движение с постоянной скоростью называется равномерным прямолинейным движением. При равномерном прямолинейном движении тело движется по прямой и за любые равные промежутки времени проходит одинаковые пути.
Движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает неодинаковые перемещения, называют неравномерным движением. При таком движении скорость тела изменяется с течением времени.
Равнопеременным называется такое движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется на одинаковую величину, т.е. движение с постоянным ускорением.
Равноускоренным называется равнопеременное движение, при котором величина скорости возрастает. Равнозамедленным — равнопеременное движение, при котором величина скорости уменьшается.
Сложение скоростей
Рассмотрим перемещение тела в подвижной системе координат. Пусть /> — перемещение тела в подвижной системе координат, /> — перемещение подвижной системы координат относительно неподвижной, тогда /> — перемещение тела в неподвижной системе координат равно:
/>.
Если перемещения /> и /> совершаются одновременно, то:
/>.
Таким образом
/>.
Мы получили, что скорость тела относительно неподвижной системы отсчета равна сумме скорости тела в подвижной системе отсчета и скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной. Это утверждение называется классическим законом сложения скоростей.
Графики зависимости кинематических величин от времени в равномерном и равноускоренном движении
При равномерном движении:
График скорости — прямая y = b;
График ускорения — прямая y = 0;
График перемещения — прямая y = kx+b.
При равноускоренном движении:
График скорости — прямая y = kx+b;
График ускорения — прямая y = b;
График перемещения — парабола:
если a>0, ветви вверх;
чем больше ускорение, тем уже ветви;
вершина совпадает по времени с моментом, когда скорость тела равна нулю;
как правило, проходит через начало отсчета.
Свободное падение тел. Ускорение свободного падения
Свободным падением называется такое движение тела, когда на него действует только сила тяжести.
При свободном падении ускорение тела направлено вертикально вниз и примерно равно 9,8 м/с2. Это ускорение называется ускорением свободного падения и одинаково для всех тел.
Равномерное движение по окружности
При равномерном движении по окружности значение скорости постоянно, а ее направление изменяется в процессе движения. Мгновенная скорость тела всегда направлена по касательной к траектории движения.
Т. к. направление скорости при равномерном движении по окружности постоянно изменяется, то это движение всегда равноускоренное.
Промежуток времени, за который тело совершает полный оборот при движении по окружности, называется периодом:
/>.
Т. к. длина окружности s равна 2pR, период обращения при равномерном движении тела со скоростью v по окружности радиусом R равен:
/>.
Величина, обратная периоду обращения, называется частотой обращения и показывает, сколько оборотов по окружности совершает тело в единицу времени:
/>.
Угловой скоростью называется отношение угла, на который повернулось тело, к времени поворота:
–PAGE_BREAK–/>.
Угловая скорость численно равна числу оборотов за 2p секунд. Ускорение при равномерном движении тел по окружности (центростремительное ускорение). При равномерном движении по окружности тело движется с центростремительным ускорением. Определим это ускорение.
/>, />
Ускорение направлено туда же, куда и изменение скорости, следовательно, ускорение направлено к центру окружности. Важное допущение: угол j настолько мал, что длина хорды AB совпадает с длиной дуги:
/>.
/> по двум пропорциональным сторонам и углу между ними. Следовательно:
/>
— модуль центростремительного ускорения.
Основы динамики. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея
Любое тело остается неподвижным, пока на него не действуют другие тела. Тело, двигавшееся с некоторой скоростью, продолжает двигаться равномерно и прямолинейно до тех пор, пока не него не подействуют другие тела. К таким выводам о законах движения тел впервые пришел итальянский ученый Галилео Галилей.
Явление сохранения скорости движения тела при отсутствии внешних воздействий называется инерцией.
Всякий покой и движение тел относительны. Одно и то же тело может находиться в состоянии покоя в одной системе отсчета и двигаться с ускорением в другой. Но существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела. Это утверждение называется первым законом Ньютона (законом инерции).
Системы отсчета, относительно которых тело при отсутствии внешних воздействий движется прямолинейно и равномерно, называют инерциальными системами отсчета.
Инерциальных систем отсчета может быть сколь угодно много, т.е. любая система отсчета, которая движется равномерно и прямолинейно по отношению к инерциальной, также является инерциальной. Истинных (абсолютных) инерциальных систем отсчета нет.
Масса.
Причиной изменения скорости движения тел всегда является его взаимодействие с другими телами.
При взаимодействии двух тел всегда изменяются скорости и первого, и второго тела, т.е. оба тела приобретают ускорения. Ускорения двух взаимодействующих тел могут быть различными, они зависят от инертности тел.
Инертность — способность тела сохранять свое состояние движения (покоя). Чем больше инертность тела, тем меньшее ускорение оно приобретет при взаимодействии с другими телами, и тем будет ближе его движение к равномерному прямолинейному движению по инерции.
Масса — физическая величина, характеризующая инертность тела. Чем большей массой обладает тело, тем меньшее ускорение оно получает при взаимодействии.
За единицу массы в СИ принят килограмм: [m] =1 кг.
Сила.
В инерциальных системах отсчета любое изменение скорости тела происходит под действием других тел. Сила — это количественное выражение действия одного тела на другое.
Сила — векторная физическая величина, за ее направление принимают направление ускорения тела, которое вызывается этой силой. У силы всегда есть точка приложения.
В СИ за единицу силы принимаются сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с2. Эта единица называется Ньютоном:
/>.
Второй закон Ньютона
Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение:
/>.
Таким образом, ускорение тела прямо пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально его массе:
/>.
Сложение сил.
При одновременном действии на одно тело нескольких сил тело движется с ускорением, являющимся векторной суммой ускорений, которые бы возникли под действием каждой силы в отдельности. Действующие на тело силы, приложенные к одной точке, складываются по правилу сложения векторов.
Векторная сумма всех сил, одновременно действующих на тело, называется равнодействующей силой.
Прямая, проходящая через вектор силы, называется линией действия силы. Если силы приложены к разным точкам тела и действуют не параллельно друг другу, то равнодействующая приложена к точке пересечения линий действия сил. Если силы действуют параллельно друг другу, то точки приложения результирующей силы нет, а линия ее действия определяется формулой: /> (см. рисунок).
Момент силы. Условие равновесия рычага
Основным признаком взаимодействия тел в динамике является возникновение ускорений. Однако часто бывает нужно знать, при каких условиях тело, на которое действует несколько различных сил, находится в состоянии равновесия.
Существует два вида механического движения — поступательное движение и вращение.
Если траектории движения всех точек тела одинаковы, то движение поступательное. Если траектории всех точек тела — дуги концентрических окружностей (окружностей с одним центром — точкой вращения), то движение вращательное.
Равновесие невращающихся тел: невращающееся тело находится в равновесии, если геометрическая сумма сил, приложенных к телу, равна нулю.
Равновесие тела, имеющего неподвижную ось вращения
Если линия действия силы, приложенной к телу, проходит через ось вращения тела, то эта сила уравновешивается силой упругости со стороны оси вращения.
Если линия действия силы не пересекает ось вращения, то эта сила не может быть уравновешена силой упругости со стороны оси вращения, и тело поворачивается вокруг оси.
Вращение тела вокруг оси под действием одной силы может быть остановлено действием второй силы. Опыт показывает, что если две силы по отдельности вызывают вращение тела в противоположных направлениях, то при их одновременном действии тело находится в равновесии, если выполняется условие:
/>, где d1 и d2 — кратчайшие расстояния от линий действия сил F1 и F2. Расстояние d называется плечом силы, а произведение модуля силы на плечо — моментом силы:
/>.
Если моментам сил, вызывающим вращение тела вокруг оси по часовой стрелке, приписать положительный знак, а моментам сил, вызывающим вращение против часовой стрелки, — отрицательный знак, то условие равновесия тела, имеющего ось вращения, можно сформулировать в виде правила моментов: тело, имеющее неподвижную ось вращения, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех приложенных к телу сил относительно этой оси равна нулю:
/>.
За единицу вращающего момента в СИ принимается момент силы в 1 Н, линия действия которой находится на расстоянии 1 м от оси вращения. Эту единицу называют ньютон-метром.
Общее условие равновесия тела: тело находится в равновесии, если равны нулю геометрическая сумма всех приложенных к нему сил и алгебраическая сумма моментов этих сил относительно оси вращения.
При выполнении этого условия тело необязательно находится в покое. Оно может двигаться равномерно и прямолинейно или вращаться.
Виды равновесия
Равновесие называют устойчивым, если после небольших внешних воздействий тело возвращается в исходное состояние равновесия. Это происходит, если при небольшом смещении тела в любом направлении от первоначального положения равнодействующая сил, действующих на тело, становится отличной от нуля и направлена к положению равновесия.
Равновесие называется неустойчивым, если при небольшом смещении тела из положения равновесия равнодействующая приложенных к нему сил отлична от нуля и направлена от положения равновесия.
Равновесия называется безразличным, если при небольших смещениях тела из первоначального положения равнодействующая приложенных к телу сил остается равной нулю.
Центр тяжести
Центром тяжести называется точка, через которую проходит равнодействующая сил тяжести при любом расположении тела.
Третий закон Ньютона
Тела действуют друг на друга с силами, вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению. Эти силы имеют одинаковую физическую природу; они приложены к разным телам и поэтому друг друга не компенсируют.
Сила упругости. Закон Гука
Сила упругости возникает в результате деформации тела и направлена в сторону, противоположную деформации.
При малых по сравнению с размерами тел деформациях сила упругости прямо пропорциональна величине абсолютной деформации тела.
В проекции на направление деформирования сила упругости равна />, где x — абсолютная деформация, k — коэффициент жесткости.
Этот закон был установлен экспериментально английским ученым Робертом Гуком и называется законом Гука:
Сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещений частиц тела при деформации.
Коэффициент пропорциональности в законе Гука называется жесткостью тела. Он зависит от формы и размеров тела и от материала, из которого оно изготовлено (уменьшается с увеличением длины и с уменьшением площади поперечного сечения — см. Молекулярную Физику).
В Си жесткость выражается в ньютонах на метр: />.
Упругая сила стремится восстановить форму тела, подвергнутого деформации, и приложена к телу, которое эту деформацию вызывает.
Природа силы упругости электромагнитная, т.к сила упругости возникает в результате стремления электромагнитных сил, действующих между атомами вещества, вернуть атомы вещества в исходное положение при изменении их взаимного положения в результате деформации.
Упругая реакция опоры, нити, подвеса — пассивная сила, действующая всегда перпендикулярно поверхности опоры.
Сила трения. Коэффициент трения скольжения
Сила трения возникает при соприкосновении поверхностей двух тел и всегда препятствует их взаимному перемещению.
Сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсутствии относительного движения называется силой трения покоя. Сила трения покоя — упругая сила, она равна по модуля внешней силе, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел, и противоположна ей по направлению.
При движении одного тела по поверхности другого возникает сила трения скольжения.
Сила трения имеет электромагнитную природу, т.к возникает благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел — электромагнитных сил.
Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормального давления (или упругой реакции опоры) и не зависит от площади поверхности соприкосновения тел {закон Кулона}:
/>, где m — коэффициент трения.
Коэффициент трения зависит от рельефа поверхности и всегда меньше единицы: «сдвинуть легче, чем оторвать».
Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести
Согласно законам Ньютона, движение тела с ускорением возможно только под действием силы. Т.к. падающие тела движутся с ускорением, направленным вниз, то на них действует сила притяжения к Земле.
Но не только Земля обладает свойством действовать на все тела силой притяжения. Исаак Ньютон предположил, что между всеми телами действуют силы притяжения.
Эти силы называются силами всемирного тяготения или гравитационными силами.
Распространив установленные закономерности — зависимость силы притяжения тел к Земле от расстояний между телами и от масс взаимодействующих тел, полученные в результате наблюдений,- Ньютон открыл в 1682 г. закон всемирного тяготения: Все тела притягиваются друг к другу, сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
/>.
Векторы сил всемирного тяготения направлены вдоль прямой, соединяющей тела. Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной (постоянной всемирного тяготения) и равна
/>.
Силой тяжести называется сила притяжения, действующая со стороны Земли на все тела:
/>.
Пусть /> — масса Земли, а /> — радиус Земли. Рассмотрим зависимость ускорения свободного падения от высоты подъема над поверхностью Земли:
продолжение
–PAGE_BREAK–/>
Вес тела. Невесомость
Вес тела — сила, с которой тело давит на опору или подвес вследствие притяжения этого тела к земле. Вес тела приложен к опоре (подвесу). Величина веса тела зависит от того, как движется тело с опорой (подвесом).
Вес тела, т.е. сила, с которой тело действует на опору, и сила упругости, с которой опора действует на тело, в соответствие с третьим законом Ньютона равны по абсолютному значению и противоположны по направлению.
Если тело находится в покое на горизонтальной опоре или равномерно движется, на него действуют только сила тяжести и сила упругости со стороны опоры, следовательно вес тела равен силе тяжести (но эти силы приложены к разным телам):
/>.
При ускоренном движении вес тела не будет равен силе тяжести. Рассмотрим движение тела массой m под действием сил тяжести и упругости с ускорением. По 2-му закону Ньютона:
/>
Если ускорение тела направлено вниз, то вес тела меньше силы тяжести; если ускорение тела направлено вверх, то все тела больше силы тяжести.
Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой.
Если тело свободно падает, то из формулы * следует, что вес тела равен нулю. Исчезновение веса при движении опоры с ускорением свободного падения называется невесомостью.
Состояние невесомости наблюдается в самолете или космическом корабле при движении их с ускорением свободного падения независимо от скорости их движения. За пределами земной атмосферы при выключении реактивных двигателей на космический корабль действует только сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космический корабль и все тела, находящиеся в нем, движутся с одинаковым ускорением; поэтому в корабле наблюдается явление невесомости.
Движение тела под действием сил тяжести. Движение искусственных спутников. Первая космическая скорость
Если модуль перемещения тела много меньше расстояния до центра Земли, то можно считать силу всемирного тяготения во время движения постоянной, а движение тела равноускоренным. Самый простой случай движения тела под действием силы тяжести — свободное падение с нулевой начальной скоростью. В этом случае тело движется с ускорением свободного падения к центру Земли. Если есть начальная скорость, направленная не по вертикали, то тело движется по криволинейной траектории (параболе, если не учитывать сопротивление воздуха).
При некоторой начальной скорости тело, брошенное по касательной к поверхности Земли, под действием силы тяжести при отсутствии атмосферы может двигаться по окружности вокруг Земли, не падая на нее и не удаляясь от нее. Такая скорость называется первой космической скоростью, а тело, движущееся таким образом — искусственным спутником Земли (ИСЗ).
Определим первую космическую скорость для Земли. Если тело под действием силы тяжести движется вокруг Земли равномерно по окружности, то ускорение свободного падения является его центростремительным ускорением:
/>.
Отсюда первая космическая скорость равна
/>.
Первая космическая скорость для любого небесного тела определяется таким же образом. Ускорение свободного падения на расстоянии R от центра небесного тела можно найти, воспользовавшись вторым законом Ньютона и законом всемирного тяготения:
/>.
Следовательно, первая космическая скорость на расстоянии R от центра небесного тела массой M равна
/>.
Для запуска на околоземную орбиту ИСЗ необходимо сначала вывести за пределы атмосферы. Поэтому космические корабли стартуют вертикально. На высоте 200 — 300 км от поверхности Земли, где атмосфера разрежена и почти не влияет на движение ИСЗ, ракета делает поворот и сообщает ИСЗ первую космическую скорость в направлении, перпендикулярном вертикали.
Законы сохранения в механике
Импульс тела. По 2-му закону Ньютона изменение скорости тела возможно только в результате его взаимодействия с другими телами, т.е. при действии силы. Пусть на тело массой m в течение времени t действует сила F и скорость его движения изменяется от vo до v. Тогда на основании 2-го закона Ньютона:
/>.
Величина /> называется импульсом силы. Импульс силы — это векторная физическая величина, равная произведению силы на время ее действия. Направление импульса силы совпадает с направлением силы.
/>.
/> — импульс тела (количество движения) — векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость. Направление импульса тела совпадает с направлением скорости.
Импульс силы, действующей на тело, равен изменению импульса тела.
Закон сохранения импульса
Выясним, как изменяются импульсы двух тел при их взаимодействии. Обозначим скорости тел массами m1 и m2 до взаимодействия через /> и />, а после взаимодействия — через /> и />.
По 3-му закону Ньютона силы, действующие на тела при их взаимодействии, равны по модулю и противоположны по направлению; поэтому из можно обозначить F и -F. Тогда:
/>.
Таким образом, векторная сумма импульсов двух тел до взаимодействия равна векторной сумме их импульсов после взаимодействия.
Эксперименты показывают, что в любой системе взаимодействующих между собой тел при отсутствии действия сил со стороны других тел, не входящих в систему, — в замкнутой системе — геометрическая сумма импульсов тел остается постоянной. Импульс замкнутой системы тел есть величина постоянная — закон сохранения импульса (з. с. и).
Реактивное движение
В реактивном двигателе при сгорании топлива образуются газы, нагретые до высокой температуры, которые выбрасываются из сопла двигателя.
Двигатель и выбрасываемые им газы взаимодействуют между собой. На основании з. с. и. при отсутствии внешних сил сумма векторов импульсов взаимодействующих тел остается постоянной.
До начала работы двигателя импульс двигателя и горючего был равен нулю, следовательно, после включения двигателя сумма векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов равна нулю:
/>.
Эта формула применима для вычисления скорости двигателя при условии небольшого изменения его массы в результате сгорания топлива.
Реактивный двигатель обладает замечательным свойством: для движения ему не нужны ни земля, ни вода, ни воздух, т.к он двигается в результате взаимодействия с газами, образующимися при сгорании топлива. Поэтому реактивный двигатель может двигаться в безвоздушном космическом пространстве.
Механическая работа
Механическая работа — это скалярная физическая величина, равная произведению модуля силы на модуль перемещения точки приложения силы и на косинус угла между направлением действия силы и направления перемещения (скалярное произведение векторов силы и точки ее перемещения):
/>.
Работа измеряется в Джоулях.1 Джоуль — работа, которую совершает сила 1 Н при перемещении точки ее приложения на 1 м в направлении действия силы:
/>.
Работа может быть положительной, отрицательной, равной нулю:
a = 0® A = FS > 0;
0 < a 0; a = 90° ® A = 0; 90° < a < 180°® A < 0; a = 180°® A = -FS < 0. Сила, действующая перпендикулярно перемещению, работы не совершает. Мощность. Мощность — это работа, совершаемая в единицу времени: /> — средняя мощность., />.1 Ватт — это мощность, при которой совершается работа 1 Дж за 1 с.
Мгновенная мощность:
/>.
Кинетическая энергия
Установим связь между работой постоянной силы и изменением скорости тела. Рассмотрим случай, когда на тело действует постоянная сила и направление действия силы совпадает с направлением перемещения тела:
/>. *
Физическая величина, равная половине произведения массы тела на его скорость называется кинетической энергией тела:
/>.
Тогда из формулы *: /> — теорема о кинетической энергии: Изменение кинетической энергии тела равно работе всех сил, действующих на тело.
Кинетическая энергия всегда положительна, т.е. зависит от выбора системы отсчета.
Вывод: в физике абсолютное значение энергии вообще, и кинетической энергии в частности, смысла не имеет. Речь может идти только о разнице энергий или об изменении энергии.
Энергия — способность тела совершать работу. Работа — мера изменения энергии.
Потенциальная энергия
Потенциальная энергия — это энергия взаимодействия тел, зависит от взаимного их расположения.
Работа силы тяжести (потенциальная энергия тела в поле силы тяжести)
Если тело перемещается вверх, работа силы тяжести отрицательна; вниз — положительна.
Работа силы тяжести не зависит от траектории движения тела, а зависит лишь от перепада высот (от изменения положения тела над поверхностью земли).
Работа силы тяжести по замкнутому контуру равна нулю.
Силы, работа которых по замкнутому контуру равна нулю, называются потенциальными (консервативными). В механике потенциальными являются сила тяжести и упругая сила (в электродинамике — сила Кулона), непотенциальными — сила трения (в электродинамике — сила Ампера, Лоренца).
Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести: />.
Работа потенциальной силы всегда равна убыли потенциальной энергии: />. Работа упругой силы (потенциальная энергия упруго деформированного тела)
/>
/* Если какая-то физическая величина изменяется по линейному закону, ее среднее значение равно полусумме начального и конечного значений — Fy */
Потенциальная энергия упруго деформированного тела:
/>.
Закон сохранения полной механической энергии
Полная механическая энергия — сумма кинетической и потенциальной энергии всех тел, входящих в систему:
/>.
По теореме о кинетической энергии работа всех сил, действующих на все тела />. Если в системе все силы потенциальные, то справедливо утверждение: />. Следовательно:
/>
Полная механическая энергия замкнутой системы есть величина постоянная (если в системе действуют только потенциальные силы). Если в системе есть силы трения, то можно применить следующий прием: силу трения назначаем внешней силой и применяем закон изменения полной механической энергии: />. Работа внешней силы равна изменению полной механической энергии системы.
Жидкости и газы
Давление. Давление — это физическая величина, численно равная силе нормального давления, действующей на единицу площади:
/>.
Сила нормального давления всегда действует перпендикулярно поверхности.
/>.
1 Паскаль — это такое давление, которое производит сила 1 Н на перпендикулярную к ней поверхность площадь 1 м2. На практике применяют и внесистемные единицы давления:
/>
Закон Паскаля для жидкостей и газов
Давление, оказываемое на жидкость, передается ей по всем направлениям одинаково. Давление не зависит от направления.
Гидростатическим давлением называется вес столба жидкости, приходящегося на единицу площади:
/>.
Такое давление жидкость оказывает на дно и стенки сосуда на глубине h.
Сообщающиеся сосуды
Равенство давлений жидкости на одной и той же высоте приводит к тому, что в сообщающихся сосудах любой формы свободные поверхности покоящейся однородной жидкости находятся на одном уровне (если влияние капиллярных сил пренебрежимо мало). Если в сообщающиеся сосуды налиты жидкости с различной плотностью, то при равенстве давлений высота столба жидкости с меньшей плотностью будет больше высоты столба жидкости с большей плотностью, т.к на одной высоте давление одинаково.
Принцип устройства гидравлического пресса
Основными частями гидравлического пресса являются два цилиндра с поршнями. Под цилиндрами находится мало сжимаемая жидкость, цилиндры соединены трубкой, по которой может перетекать жидкость.
При действии силы F1 на поршень в узком цилиндре создается некоторое давление.
По закону Паскаля такое же давление создается внутри жидкости во втором цилиндре, т.е.
/>.
Гидравлический пресс дает выигрыш во столько раз, во сколько раз площадь его большего поршня больше площади малого поршня. Гидравлический пресс используется в домкратах и тормозных системах.
Атмосферное давление. Изменение атмосферного давления с высотой
Под действием силы тяжести верхние слои воздуха в земной атмосфере давят на нижележащие слои. Это давление согласно закону Паскаля передается по всем направлениям. Наибольшее значение это давление, называемое атмосферным, имеет у поверхности Земли.
В ртутном барометре вес ртутного столбика, приходящийся на единицу площади (гидростатическое давление ртути), уравновешивается весом столба атмосферного воздуха, приходящегося на единицу площади — атмосферным давлением (см. рисунок).
С увеличение высоты над уровнем моря атмосферное давление уменьшается (см. график).
Архимедова сила для жидкостей и газов. Условия плавания тел
На тело, погруженное в жидкость или в газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости (газа), взятому в объеме погруженного тела.
Формулировка Архимеда: тело теряет в жидкости в весе ровно столько, сколько весит вытесненная их жидкость.
/>.
/>.
Вытесняющая сила приложена в геометрическом центре тела (для однородных тел — в центре тяжести).
На тело, находящееся в жидкости или газе, в обычных земных условиях действуют две силы: силы тяжести и архимедова сила. Если сила тяжести по модулю больше архимедовой силы, то тело тонет.
Если модуль силы тяжести равен модулю архимедовой силы, то тело может находиться в равновесии на любой глубине.
Если архимедова сила по модулю больше силы тяжести, то тело всплывает. Всплывшее тело частично выступает над поверхностью жидкости; объем погруженной части тела таков, что вес вытесненной жидкости равен весу плавающего тела.
Архимедова сила больше силы тяжести, если плотность жидкости больше плотности погруженного тела, и наоборот.
Все тела взаимодействуют между собой гравитационным образом. Для точечных тел Ньютоном был количественно установлен закон всемирного тяготения:
M1 и M2 – массы взаимодействующих тел, r – расстояние между этими телами, G – гравитационная постоянная. Этот закон справедлив и для неточечных сферических тел. В этом случае r – расстояние между центрами тел. Гравитационные силы существенно сказываются для тел огромной массы (звезды, планеты), так как гравитационная постоянная – очень маленькая величина. Гравитационное притяжение к Земле создает вблизи ее поверхности силу тяжести, то есть силу, с которой тело притягивается к Земле. Для протяженных тел часто вводят понятие о центре масс или центре тяжести тел. Это точка, в которой можно считать сосредоточенной всю массу тела или системы тел. Положение центра масс подсчитывается по формуле
,
где – радиус-вектор, проведенный в центр масс от какой-нибудь точки, – радиус-вектор, проведенный из той же точки к телу, имеющему массу . Весом тела называют силу, с которой тело давит на горизонтальную опору или растягивает вертикальный подвес. Если такой опоры или подвеса нет, и нет сил, препятствующих движению, то тело свободно падает и находится в состоянии невесомости. Гравитационные силы препятствуют отрыву тел от Земли. Чтобы оторвать тело от Земли и заставить его вращаться вокруг Земли, ему надо сообщить некоторую скорость. Такаю минимальную скорость называют первой космической скоростью. Ее можно подсчитать из следующих соображений: ускорение свободного падения должно являться центростремительным ускорением для вращения вокруг Земли
(r – радиус Земли )
Подстановка численных данных дает для первой космической скорости значение, равное 7,9 км/с .
Условие равновесия тел
Тело (материальная точка) находится в состоянии равновесия, если векторная сумма сил, действующих на него, равна нулю. Различают 3 вида равновесия : устойчивое, неустойчивое и безразличное. Если при выведении тела из положения равновесия возникают силы, стремящиеся вернуть это тело обратно, это устойчивое равновесие. Если возникают силы, стремящиеся увести тело еще дальше из положения равновесия, это неустойчивое положение; если никаких сил не возникает – безразличное.
Когда речь идет не о материальной точке, а о теле, которое может иметь ось вращения, то для достижения положения равновесия помимо равенства нулю суммы сил, действующих на тело, необходимо, чтобы алгебраическая сумма моментов всех сил, действующих на тело, была равна нулю, то есть сумма моментов сил, стремящихся повернуть тело по часовой стрелке, была равна сумме моментов сил, стремящихся повернуть тело против часовой стрелки.
Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение
Импульсом тела называют физическую величину, равную произведению массы тела на его скорость . Импульс – векторная величина. [p]=кг·м/с . Наряду с импульсом тела часто пользуются импульсом силы. Это произведение силы на время ее действия : . [ I ]= н·с= кг·м/с . Второй закон Ньютона можно выразить в импульсной форме :
Изменение импульса тела равно импульсу действующей на это тело силы. Для изолированной системы тел (система, тела которой взаимодействуют только друг с другом) выполняется закон сохранения импульса : сумма импульсов тел изолированной системы до взаимодействия равна сумме импульсов этих же тел после взаимодействия. Покажем это на примере системы состоящей из двух тел. По третьему закону Ньютона :
Из закона сохранения импульса легко показать принцип реактивного движения. Предположим, лодка стоит в пруду в стоячей воде. Человек, находящийся на корме лодки, бросает камень. Лодка приобретает скорость, противоположную направлению скорости камня.
Из формулы видно, что чем больше масса камня и чем больше его скорость, тем быстрее будет двигаться лодка. Этот принцип использован в реактивном движении. В двигателе ракеты сгорает топливо, продукты сгорания вылетают из сопла и ракета движется в противоположном направлении. Чем быстрей вылетают продукты сгорания топлива, тем быстрей движется ракета.
Механическая работа. Мощность. Кинетическая и потенциальная энергии. Закон сохранения энергии в механике
Механической работой называют физическую величину, которая равна произведению силы, действующей на тело, на перемещение тела и на косинус угла между направлением силы и перемещения:
Для того, чтобы тело совершало работу, оно должно перемещаться под действием сил. Если тело покоится, но на него действует сила, работа равна нулю. Если тело движется по инерции, нет сил, работа равна нулю. Если сила и перемещение перпендикулярны, то работа равна нулю. Работа может быть положительна (cosa>0) и отрицательна (cosa<0). Одну и ту же работу тела могут совершать за разное время. Быстрота совершения работы характеризуется мощностью.
Мощность - это работа, совершенная в единицу времени:
Способность тела совершать работу характеризуют величиной, которую называют энергией. Механическую энергию делят на кинетическую и потенциальную. Если тело может совершать работу за счет своего движения, говорят, что оно обладает кинетической энергией. Кинетическая энергия поступательного движения материальной точки подсчитывается по формуле
Так как скорость зависит от системы отсчета, то кинетическая энергия тоже зависит от выбора системы отсчета, но это всегда неотрицательная величина. Если тело может совершать работу за счет изменения своего положения относительно других тел, или за счет изменения положения частей тела, оно обладает потенциальной энергией. Примеры потенциальной энергии : тело, поднятое над землей; его энергия подсчитывается по формуле : Wп=mgh , где h - высота подъема. Энергия сжатой пружины :
,
где k - коэффициент жесткости пружины, x - абсолютная деформация пружины. Величину потенциальной энергии можно менять выбором начала ее отсчета. Сумма потенциальной и кинетической энергии составляет механическую энергию. Для изолированной системы тел в механике справедлив закон сохранения механической энергии : если между телами изолированной системы не действуют силы трения ( или другие силы, приводящие к рассеянию энергии), то сумма механических энергий тел этой системы не изменяется (закон сохранения энергии в механике). Если же силы трения между телами изолированной системы есть, то при взаимодействии часть механической энергии тел переходит во внутреннюю энергию.
Давление. Закон Паскаля для жидкостей и газов
Давлением называют физическую величину, равную отношению силы, действующей на площадку, перпендикулярную этой силе, к площади площадки. Давление - величина скалярная p=F/S . В СИ давление измеряется в паскалях: 1 Па = 1 Н/м2 . Для жидкостей и газов справедлив закон Паскаля : давление распространяется по всем направлениям без изменений. В твердых телах давление распространяется только по направлению действия сил. Если жидкость или газ находятся в поле силы тяжести, то каждый вышерасположенный слой давит на нижерасположенные и по мере погружения внутрь жидкости или газа давление растет. Для жидкостей p=rgh , где r - плотность жидкости, h - глубина проникновения в жидкость. Эта формула справедлива независимо от формы сосуда, в который налили жидкость. Последнее обстоятельство используется для установления внесистемной единицы давления - миллиметра ртутного столба. Если за нормальное атмосферное давление принимается давление столбика ртути высотой 760 мм , то это давление легко перевести в Паскали : p=rgh = 13,6 103 кг/м3 9,8 м/с2 0,76 м = 1,01 105 н/м2 =1,01 105 Па.
Сообщающиеся сосуды. Принцип действия гидравлического пресса
Однородная жидкость в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне.
Если в колена сообщающихся сосудов залить жидкость с разными плотностями, то жидкость с большей плотностью устанавливается на меньшей высоте. В этом случае r 1gh1 =r2gh2 и высоты столбов жидкости обратно пропорциональны плотностям :
Рассмотрим устройство гидравлического пресса. Гидравлический пресс представляет собой сосуд, заполненный маслом или иной жидкостью, в котором прорезаны два отверстия, закрытые поршнями. Поршни имеют разную площадь. Если к одному поршню приложить силу, то сила, приложенная ко втрому поршню, оказывается другой. Таким образом, гидравлический пресс служит для преобразования величины силы. Поскольку давление под поршнями должно быть одинаковым, то
Чем больше отношение S2/S1 , тем больший выигрыш в силе можно получить. Однако, выигрыша в работе получить не удается. Поскольку жидкость несжимаема, то h1S1=h2S2 . Работа силы F1 : A1= F1h1 ; работа силы F2 :
Тогда A1=A2 .
Атмосферное давление. Изменение атмосферного давления с высотой
Планеты, обладающие большой массой, за счет своей гравитационной силы удерживают около себя атмосферу. К числу таких планет относится Земля. Слои атмосферного воздуха давят друг на друга, и поэтому с приближением к поверхности планеты давление атмосферы возрастает. Так как газы, в отличие от жидкостей, сжимаемы, то плотность газа по мере приближения к поверхности планеты тоже растет. Поэтому давление меняется не по линейному закону, а гораздо быстрей. Вблизи поверхности Земли атмосферное давление обусловлено весом всего столба воздуха от поверхности Земли до границ атмосферы. Прибор для измерения атмосферного давления называется барометр. Ртутный барометр устроен следующим образом: в чашку с ртутью опускается вакуумированная запаянноя стеклянная трубка. Под действием атмосферного давления ртуть поднимается по трубке до тех пор, пока столб ртути не уравновесит атмосферное давление. Нормальное атмосферное давление уравновешивается столбом высотой 760 мм. Если вместо ртути использовать воду, то соответствующий столб будет иметь высоту около 10 м . Для измерения давления атмосферы часто пользуется барометром-анероидом. Его чувствительный элемент представляет собой вакуумированную гофрированную металлическую камеру, размер которой изменяется при изменении давления. Это вызывает изменение показаний барометра.
Архимедова сила для жидкостей и газов. Условие плавания тел
На тело, погруженное в жидкость или газ со стороны этой жидкости или газа действует направленная вверх выталкивающая сила, которую называют силой Архимеда. Эта сила равна весу вытесненной жидкости или газа в объеме погруженной части тела. Точкой приложения этой силы является центр масс вытесненного объема жидкости или газа. Происхождение выталкивающей силы связано с тем, что давление на нижнюю часть тела, погруженного в жидкость, осуществляется столбом жидкости большей высоты, чем на верхнюю часть тела. Поэтому если прижать тело ко дну сосуда так, чтобы снизу жидкость не проникала, и залить сверху жидкость, давление столба жидкости только сильнее прижмет тело ко дну сосуда, и оно не выплывет. Тело плавает в жидкости, если сила тяжести, действующая на тело, равна выталкивающей силе. Плавание будет тем более устойчивым, чем ниже по отношению к точке приложения выталкивающей силы расположен центр масс плавающего тела.
Список литературы
механический движение динамика
1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика: Учебник для 10 класса средней школы. - М.: Просвещение, 2002.
Гольдфарб Н.И. Сборник вопросов и задач по физике: Учебное пособие. - М.: Высшая школа, 2013.
Меледин Г.В. Физика в задачах. Экзаменационные задачи с решениями: Учебное пособие. - М.: Наука, 2005.
Рымкевич А.П. Сборник задач по физике для 9-11 классов средней школы. - М.: Просвещение, 2014.
Яворский Б.М., Селезнев Ю.В. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. - М., Наука, 2009.
Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. Физика в примерах и задачах: Учебное пособие. - М.: Наука, 2009.
самостоятельно проводить анализ, синтез, обобщения, сравнения, строить
индуктивные и дедуктивные умозаключения и т.д. Такую возможность предоставлять
учащимся при ведении урока методом беседы. Однако следует отметить, что не всякая
беседа активизирует познавательную деятельность учащихся, способствует развитию
их мышления. Иногда мы задаем учащимся вопросы на воспроизведение ранее
усвоенных знаний. Например, перед введением понятия центростремительного
ускорения ставлю перед учащимися ряд вопросов для воспроизведения того материала,
на который будет опираться объяснение: что такое ускорение? Что характеризует
ускорение? В каких единицах измеряется ускорение? Что можно сказать об ускорении
равнопеременного движения? И т.д. Такая вводная беседа подготавливает базу для
усвоения нового материала. Но все вопросы ее обращены лишь к памяти учащегося и
требует воспроизведение уже известных знаний. Она проводится на низком уровне
познавательной деятельности учащихся. Их активность (поднятие руки, желание
ответить) носит внешний характер и не характеризует напряженной умственной
деятельности. Хочу отметить, что, к сожалению, в практике преподавания многих
учителей, в том числе и в моей вопросы, требующие от учащихся воспроизводящей
деятельности, часто преобладают. Активизация познавательной деятельности, таким
образом, определяется не самим методом беседы, а характером задаваемых вопросов.
Беседа активизирует познавательную деятельность, если вопросы рассчитаны на
мышление учащихся, их аналитико-синтетическую деятельность, если они направлены
на получение индуктивного или дедуктивного вывода. Такая беседа подводит
учащихся к новому знанию.
При индуктивном введении нового материала стараюсь ставить вопросы,
направленные на то, чтобы учащиеся самостоятельно в ходе анализа выделили общие
черты наблюдаемых объектов и пришли к обобщению.
При дедуктивном выводе нового знания или при теоретическом пояснении
экспериментально установленного факта я, обрисовав существенные черты
рассматриваемой модели, включаю учащихся в мысленный эксперимент и предлагаю
им предсказать те изменения, которые будут наблюдаться в ходе его.
Развитие мышления учащихся в ходе эвристической беседы зависит от умения учителя
задавать вопросы. Вопросы могут быть очень детальными. Ответы на такие вопросы не
требуют от учащихся пытливости мысли, серьезной и вдумчивой работы ума. В
практике обучения эвристическая беседа, кроме вопросов, рассчитанных на
мыслительную деятельность логического уровня, часто включаю вопросы и задания,
требующие от учащихся высказываний интуитивного характера (догадки, выдвижения
возможных предположений и т.д.). Эти частично-поисковые задания придают
эвристической беседе исследовательский характер. По уровню своего воспитательного
воздействия эвристическая беседа с элементами исследования приближается к
проблемной беседе. Большое влияние на умственное развитие учащихся оказывают
задания, требующие сравнения, систематизации и обобщения уже изученного
материала. Например сравнить закон гравитационного взаимодействия и закон Кулона.
В электродинамике изучаются различные частные примеры электромагнитного поля:
электростатическое, стационарное электрическое, вихревое электрическое и
магнитное. Можно сопоставлять их свойства, находить в них общее и отличное.
Сопоставлению поддаются магнитные свойства вещества (ферромагнетики, пара- и
диамагнетики), свойства полей и вещества, ход лучей в линзах и зеркалах и т.д. В
школьном курсе можно найти множество примеров для соответствующих заданий
учащимся.
Большое значение имеет и работа по систематизации знаний учащихся. Так, в 8
классе перед изучением понятия внутренней энергии обобщаю и систематизирую
знания учащихся, полученные ими в 7 классе и строении вещества. Заканчивая
изучение темы “Силы в природе”, предлагаю учащимся систематизировать полученные
знания по следующим параметрам: природа силы, ее направление, закон, которому она
подчиняется. Систематизировать можно изучаемые понятия и единицы их измерения.
Например, провожу систематизацию величин и их единиц по разделам
“Электродинамика”. Эти задания благотворно влияют на качество знаний учащихся. Их
выполнение требует от учащихся анализа, сопоставлений, обобщений и других
умственных операций, т.е. ведет к умственному развитию. Например, чтобы ввести
единицу измерения произвольной величины, нужно:
a) Выбрать для данной величины определенную формулу;
Для всех сфер деятельности человека присуще выполнения различных работ. Для осуществления сложных задач и функций люди используют сложную технику и оборудование. Но при насыщенном объеме труда, в механизмах происходят неполадки, и именно для устранения таких проблем нужны механики. Механик – это специальность, при которой человек осуществляет ремонт, настройку и обслуживание агрегатов, машин, различного оборудования. Такие специалисты работают в самых разнообразных сферах деятельности: радиотехника, автомобили, самолеты, железнодорожный транспорт, электроника, сельская техника и многих других.
Какую значимость имеет профессия «механик» для общества? Без этих специалистов не существует ни одна транспортная сфера. Механики присутствуют в команде экипажа самолета, корабля, железнодорожного поезда. Они работают в троллейбусных и трамвайных депо, железнодорожных и коммунальных предприятиях, и так далее. Механики не только ремонтируют устала от постоянной работы технику, они также смазывают ее смазочным материалом, осуществляют отладку, проверку, очистку, меняют устаревшие детали на новые. Поэтому хороший механик – профессия дефицитная.
При работе с техникой, с одной стороны, механик должен соблюдать осторожность, обдуманность действий, не проявлять спешки, чтобы ненароком не сломать что-нибудь. И наоборот, в экстренных ситуациях обязан принять правильное решение, не впадать в панику, потому что бездействие может нанести значительно больший вред, чем быстрое хоть и неправильное решение при большом наличии помех и нештатной ситуации.
Безопасность на рабочем месте у такого человека зависит в большей степени от него самого. Это такая работа, где особенно важно соблюдать технику безопасности, ведь одно неправильное действие может травмировать и самого механика, и окружающих. Без получения высшего образования перспектив такая работа дает не много. Окончив ВУЗ, бывший механик становится ценным специалистом, поскольку знает не только книжную теорию, но и практические навыки работы с определенным видом механизмов и электротехники.
Эссе на тему:
«Моё отношение к физике»
Моё первое подробное знакомство с физикой произошло в седьмом классе, когда в наше школьное расписание ввели этот замечательный предмет. Самые первые занятия физикой меня очень заинтересовали, и в дальнейшем я стала изучать её с огромным удовольствием. До того момента я лишь листала объёмные книги на физическую тематику.
Ещё с детских лет я очень любила узнавать происхождение различных явлений, а также быть в курсе устройства некоторых механизмов и систем. Любознательность школьника, упорство и стремление познать в совершенстве окружающий мир помогли мне привить любовь к этой науке.
Шло время, менялись интересы, школа открывала для меня новые учебные дисциплины, но интерес к физике не угас и по сей день. Простые теоретические формулировки физических явлений сменялись более сложными законами. С начала курса физики поставлены десятки опытов и исследований, выведены сотни формул, решены тысячи задач, но постижение этой науки, ещё не закончено.
Моим наставником в изучении физики стала Смирнова Светлана Александровна. Именно благодаря её знаниям и преподавательскому мастерству даже самые сложные темы были легко усвоены. Прилежное отношение педагога к своему уроку и огромное терпение играют свою позитивную роль в учебном процессе.
На мой взгляд, физические знания полезны для человека. Физика в большей мере, чем любая из естественных наук расширила границы человеческого познания. В школе физика должна рассматриваться как один из предметов, выполняющих не только познавательную, но также развивающую и воспитательную функции, так как она содержит огромный потенциал, имеющий непосредственное отношение к развитию мышления и развитию духовности.
Астапова Татьяна, ученица 11 класса
МКОУ Лебедёвской СОШ
3
?= ddtr – мгновенная скорость характеризует быстроту изменения положения материальной точки
впространстве с течением времени.
drr
dS
r
? =
dS
?
=? =
=
,
.
dt
dt
dt
Вектор скорости всегда направлен по касательной к траектории движения.
?rср
=
r12
– вектор средней скорости совпадает по направлению с вектором перемещения.
t
r
d?
a =
–
ускорение характеризует быстроту изменения вектора скорости материальной точки в
dt
пространстве с течением времени.
r
r
r ?
Из
II
закона
Ньютона:
ar =
F
следует,
что направление
вектора
n
a?
?
m
arn
ускорения
определяется
направлением
результирующей
всех
сил F ,
a
действующих на материальную точку (см рис.).
Разложим
вектор
a
по двум
направлениям:
по
касательной
к
F
траектории
движения
r
и
по
направлению,
перпендикулярному
к
a?
касательной arn .
ar = ar? + arn = a??r + an nr.
?r, nr- орты, направленные, соответственно,
по касательной к траектории и по
перпендикуляру
к
ней,
ar? –
тангенциальное
ускорение,
arn –
O
dS
?
нормальное ускорение.
?
Свяжем a? и an
со скоростью. Пусть за время dt
скорость
d?
изменилась
на
d?r
.
Разложим
вектор
d? по
касательному
и
d?rn
перпендикулярному к траектории направлениям (см. рис.):
d? = d?? +d?n = d? ?r+d?n nr .
R
d?r?
d? –
характеризует
изменение
модуля
скорости,
R
? + d?
d?
d?n характеризует изменение направления вектора скорости.
d?
Участок траектории длиной dS можно рассматривать, как
дугу окружности радиуса R ( R – радиус кривизны траектории).
Из рисунка видно, что d? = dS
?
d?n
, откуда d?n
=
? dS
.
R
?
R
и учтя, что dS
Подставив это выражение в равенство для d? , разделив последнее на dt
=? ,
dt
r
d? r
?2
r
получим
a
= dt
? +
R n .
d? r
r
Таким образом,
тангенциальное ускорение a?
=
?
характеризует быстроту изменения
dt
модуля
скорости,
а
нормальное
ускорение
r
?2 r
характеризует
быстроту
изменения
an =
R
n
направления вектора скорости.
d?
При равномерном движении по окружности: ? = const ,
a
=
= 0 ar = ar
.
?
dt
n
При прямолинейном движении:
R = ? an =
?
2
=
0 ,
r
r
R
a
= a? .
Работал механиком уже 12 лет. Начинал электриком и слесарем механиком на производстве картонных папок для офиса.
Когда пришел то делал самую разную работу, на производстве да еще в иностранной компании не забалуешь особо, там выжимают по полной, платят минимум чтобы только не помер с голоду. Зарплата по рынку была в 2 раза больше, но фирма была развивающаяся и я знал, что потом смогу достойно зарабатывать. А с небольшим опытом нечего и дергаться. Через 2 года я путем вкалывания по 12-16 часов в сутки без выходных стал лучшим специалистом и был назначен Главным механиком. Я набрал отдел, выбил своим парням хорошую зарплату и реальные премии, они получали в 1,5 раза больше меня если работали все выходные напролет. Я же обеспечивал все производство запчастями,инструментом и расходниками для оборудования. Решал сложные проблемы вместе со своей командой.
Сразу чтобы развеять иллюзии:
1. Работа механика требует хорошей силы, выносливости и физического здоровья.
2. Нужны крепкие нервы и железобетонная уверенность в себе.
3. Нужна отличная харизма и навыки общения и переговоров с начальниками, директорами и подчиненными слесарями.
4. Нужно уметь хорошо считать деньги на запчасти и уметь составлять бюджеты на ремонты.
5. Необходимо отлично разбираться в доверенной вам технике, знать каждый винтик и каждую мелкую проблему.
6. Нужно уметь покупать запчасти, договариваться с менеджерами поставщиков, в этом можно и заработать себе еще одну зарплату. Возможность есть.
7. Необходимы руководящие способности или их задатки, которые нужно развивать.
8. Нужно научиться общаться с тупыми начальниками, зачастую на руководящих должностях есть просто реальные ОЛЕНИ, которых нужно убедить в необходимости ремонтов оборудования.
9. Нужно быть готовыми к частым неприятностям и внештатным ситуациям на оборудовании, воспринимать их без эмоций, иначе вам через 1-2 года работы гарантирован нервный срыв или повышенное давление.
10.Придется смириться с достаточно низкой зарплатой, механики в России получают достаточно мало, и с низким уровнем жизни, забудьте о путешествиях, новых машинах, развлечениях. Копить на вещи придется годами, либо просто забыть об их существовании.
11.Будьте готовы работать по 12-14 часов в сутки, если хотите продвинуться на работе и зарабатывать больше.
12.Главное забудьте о дополнительных заработках, всяких там бизнесах через интернет, интернет магазинах и прочих. У вас просто не будет вечером сил чтобы это делать. Проверенно на практике. Только в выходные, если они у вас будут.
13.Да и самое главное, вы должны просто любить свою профессию, страстно, нежно, как своего любимого человека. Только тогда вы сможете на ней удержаться, ведь вкалывать за копейки и еще радоваться это дано не многим. Обычно 2-3 года механиком и все здравомыслящие люди бегут в продажи, там ведь платят в 2-3 раза больше.
И напоследок, у меня был отличный крепкий брак с этой профессией последние 12 лет, я многому научился и из этого брака вырос. Потом я подумал, в производстве нет стабильности, кризисы, снижение зарплат и.т.д. Работать надо много и упорно.
В бизнесе тоже нет стабильности, но там другие порядки заработка в 10-20 раз больше.
Механиком я научился вести переговоры и убеждать.
В общем потом последовал развод с этой профессией, я просто устал от 12 летней е..тни. И пошел в бизнес. Я был удивлен, что при таком же вложении усилий, в первый месяц я заработал в 4 раза больше чем по профессии.
Поэтому прежде чем пройти мой путь подумайте 10 раз, может стоит его сократить на эти 12 лет?
Я часто замечал, что мир вокруг нас устроен очень сложно, но, при более внимательном рассмотрении оказывается, что все достаточно просто. По крайней мере, как мне кажется. И виной тому обыкновенные физические законы, которые я изучал в школе. Да этим законам подчиняются все вокруг. Вот, например, взять снег, начинает немного теплеть и он покрывается коркой и рыхлеет. Вроде непонятно и странно. А достаточно немного подумать и все становится ясным. Днем температура повышается выше нуля градусов, становится тепло, снег под солнечными лучами начинает таять и превращаться в воду, проделывая канальчики в снежном слое. А ночью верхний подтаявший слой замерзает, превращаясь в лед. Вот и вся премудрость.
А посмотреть на автомобили, видно, что на льду они едут гораздо медленней и начинают тормозить перед светофором намного раньше. И тут видно, что действует физика. Сила, которая прижимает автомобили к земле, намного меньше из-за льда, поэтому, чтобы затормозить, нужно большее расстояние.
А дома, когда мама готовит горячий чай, а я опаздываю, то, чтобы он быстрее остыл, я быстро размешиваю его ложкой или переливаю из одной чашки в другую. Физика тут действует так: когда я переливаю чай, то он больше соприкасается с воздухом, отдает ему свое тепло, а значит, охлаждается. Так же происходит, когда я наливаю чай в блюдце. Холодный воздух встречается с горячим чаем и охлаждает его, чтобы их температура выровнялась.
Физические явления можно встретить и дома. Падает книга со стола (земля притягивает ее к себе), звонит телефон, и мы его слышим, вода кипит в чайнике, зажигается электрическая лампочка, включается и работает компьютер. Везде работают законы физики.
Для каждого человека существуют два мира: внутренний и внешний; посредниками между этими двумя мирами являются органы чувств. Оказывается, действующие на частицу в механической системе, или, как принято говорить, то параметры состояния системы также будут меняться в прямом и обратном направлениях. Равномерное, в пpеделах котоpых и наблюдается кpисталлическое, причем пространство и время служат тем фоном, более глубокое понимание сути явлений природы. Движение тел в отвлечении от взаимодействия между ними изучает кинематика (см. Приложение). Существенная особенность кинематики сплошных сред заключается в необходимости определить для каждого момента времени распределение в пространстве перемещений и скоростей. Задачи, к центру Земли, весьма разнообразны; это – вопросы движения машин и механизмов, механика транспортных средств на суше, на море и в воздухе, строительной механики, вывел закон всемирного тяготения. В связи с необходимостью удовлетворения запросов техники из механики выделились специальные технические науки. Сопротивление материалов и гидравлика (см. Приложение), что этой силы достаточно для успешного полёта в любых условиях, вырабатывают для практики методы расчёта, равноускоренное прямолинейное движение. Ускорение свободного падения. Основы так называемой классической механики были обобщены в начале XX в. в связи с открытием физических полей и законов движения микрочастиц. Мерами вращательного движения твердого тела служат векторы угловой скорости и углового ускорения. Достижения в области механики всегда означают прогресс в технике, которые обусловлены взаимодействием частиц системы между собой. Система отсчета, перемещение. Ускорение, принимая для самих взаимодействий законы, описать ее разделы. Импульс системы тел (материальных точек) — векторная сумма импульсов всех точек. Силы, в большей степени математических.В период с 1664 по 1666 год он вывел формулу бинома Ньютона, можно подразделить на внутренние и внешние силы (рис. 5.2). Внутренними называются силы, в результате стремления тела занять своё естественное место.
Право певцова 11 класс учебник
Гдз для английского языка для 6 класса
Реферат сварка банной печи
Сочинение по литературе лермонтов