Перемещение (физика) – это… Что такое Перемещение (физика)?
- Перемещение (физика)
Поступательное движение
Поступательное движение — это движение, при котором любая прямая, жестко связанная с движущимся телом, остается параллельной своему первоначальному положению. Так движется, например кабина лифта или кабина колеса обозрения. При поступательном движении все точки тела движутся одинаково, поэтому достаточно изучить движение одной какой-то произвольной точки тела (например, движение центра масс тела), так же при поступательном движении тело не изменяет ни своего вида, ни строения, одновременные скорости всех точек равны и параллельны между собой, также равны и параллельны между собой ускорения всех точек. [1]
Математически поступательное движение эквивалентно параллельному переносу.
Примечания
- ↑ А. И. Гомонова Физика. Механика.
См. также
Ссылки
Wikimedia Foundation. 2010.
- Переметное
- Перемещенное лицо
Полезное
Смотреть что такое “Перемещение (физика)” в других словарях:
ФИЗИКА — (греч. τὰ φυσικά – наука о природе, от φύσις – природа) – комплекс науч. дисциплин, изучающих общие свойства структуры, взаимодействия и движения материи. В соответствии с этими задачами совр. Ф. весьма условно можно подразделить на три больших… … Философская энциклопедия
Физика взрыва — (a. explosion physics; н. Physik der Explosion; ф. physique de l explosion; и. fisica de explosion, fisica de estallido, fisica de detonacion) наука, изучающая явление взрыва и механизм его действия в среде. Hарушение механич.… … Геологическая энциклопедия
Физика (Аристотель) — 1 страница Физики Аристотеля (на языке оригинала) Физика (греч … Википедия
Эфир (физика) — У этого термина существуют и другие значения, см. Эфир. Эфир (светоносный эфир, от др. греч. αἰθήρ, верхний слой воздуха; лат. aether) гипотетическая всепроникающая среда[1], колебания которой проявляют себя как электромагнитные волны… … Википедия
Измерение (физика) — Измерение совокупность операций для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений). Получившееся значение называется числовым значением… … Википедия
Свободное падение (физика) — Свободное падение. Вектор силы тяжести направлен вертикально вниз Свободное падéние движение, при котором на тело не действуют никакие силы (силы сопротивления, реактивные силы, и т. п.), кроме силы тяжести. В частности парашютист, в течении… … Википедия
Работа (физика) — РАБОТА силы, мера действия силы, зависящая от величины и направления силы F и от перемещения s точки ее приложения. Если сила F постоянна, а перемещение прямолинейно, то работа равна F´s cosa, где a угол между направлением силы и перемещением; в… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Вектор перемещения — Перемещение в классической механике направленный отрезок, характеризующий изменение положения материальной точки в пространстве. Обладает свойствами вектора, поэтому является векторной величиной. Обладает свойством аддитивности. Длина отрезка … … Википедия
ДВИЖЕНИЕ — в широком смысле всякое изменение, в узком изменение положения тела в пространстве. Д. стало универсальным принципом в философии Гераклита («все течет»). Возможность Д. отрицалась Парменидом и Зеноном из Элей. Аристотель подразделил Д. на… … Философская энциклопедия
Механика (терминология) — Эта статья содержит список основных определений классической механики. Содержание 1 Кинематика 2 Вращательное дви … Википедия
Книги
- Физика. 9 класс. Тесты к учебнику А. В. Перышкина, Е. М. Гутник. Вертикаль. ФГОС, Слепнева Нина Ивановна. Пособие представляет собой сборник тестов для тематического и рубежного контроля. Может быть использовано как при работе с учебником, соответствующим ФК ГОС, так ипри работе с учебником,… Подробнее Купить за 237 руб
- Физика. 7 класс. Рабочая тетрадь 1 для учащихся общеобразовательных организаций. ФГОС, Хижнякова Людмила Степановна, Синявина Анна Афанасьевна, Холина Светлана Александровна. Рабочие тетради 1 и 2 вместе с учебником, тетрадью для лабораторных работ, методическим пособием для учителя составляют учебно-методический комплект по физике для 7 класса общеобразовательных… Подробнее Купить за 171 грн (только Украина)
- Физика. 7 класс. Рабочая тетрадь 1. ФГОС, Хижнякова Л. С.. Рабочие тетради 1 и 2 вместе с учебником, тетрадью для лабораторных работ, методическим пособием для учителя составляют учебно-методический комплект по физике для 7 класса общеобразовательных… Подробнее Купить за 171 грн (только Украина)
«Путь. Перемещение. Определение координаты движущегося тела».
«Путь. Перемещение.
Определение координаты движущегося тела.».
Цели урока: объяснить необходимость изучения механики; ввести понятия «траектория», «перемещение», «путь», «система отсчета».
Программное обеспечение: Microsoft Power Point.
Ход урока.
Организационный момент.
Изучение нового материала.
Механическое движение – изменение с течением времени положения тела по отношению к другим телам.
Говорят, тело принимаем за материальную точку.
Материальная точка – тело, размерами и формой которого можно пренебречь в условиях данной задачи.
Если траектория прямая, движение называется прямолинейным, если кривая- криволинейным. Траектория движения указывает все положения, которые занимала точка. Но ничего нельзя сказать о том, быстро или медленно проходила точка отдельные участки .Чтобы получит полное описание, необходимо знать, в какой момент точка занимала то или иное положение на траектории.
Описать движение можно:
Траектория- линия, вдоль которой движется тело.
Путь- длина траектории, пройденной за время наблюдения.
Перемещение тела – это вектор, проведенный из начального положения тела в его конечное положение.
Положение материальной точки в пространстве в произвольный момент времени можно определить, если ввести систему отсчета.
Система отсчета– совокупность тела отсчета, системы координат и часов.
Совокупность x(t) и y(t) в момент времени t определяет закон движения материальной точки в координатной форме.
Положение материальной точки зададим вектором r.
Радиус – вектор – вектор, соединяющий начало отсчета с положением точки в произвольный момент времени.
Закрепление изученного
Какую систему координат следует выбрать?
Трактор в поле
Вертолет
Поезд
Люстра в комнате
Подводная лодка
Зачем введено понятие материальной точки? Когда тело можно считать материальной точкой?
В чем отличие пути от перемещения?
Решите задачу: Автомобиль переместился из точки с координатой Х0=200 м в точку с координатой Х=-200 м. Определите проекцию перемещения автомобиля.
Домашнее задание
§3-6, вопросы устно в конце параграфа
Единица измерения перемещения в си. Определение траектории. Примеры. Формула и график скорости равномерного движения
Физикам приходится иметь дело с измерением различных физических величин, таких как длина, объем, время, частота, температура, заряд и т.д. Измерение любой величины проводится по отношению к определенному стандарту (например, расстояние соизмеримо с метром), и эти единицы должны приводиться вместе с численным значением результата. Говорят, что данная физическая величина имеет такую-то размерность. Таким образом, в физике оперируют с величинами, которые представляют собой некоторое число и единицу измерения (например, скорость автомобиля 60 км/ч). Если единица измерения не указана, то величина теряет смысл. Единица измерения – неотъемлемая часть изучаемой величины.
Все физические величины разделены на два класса: основные и производные. В физике существует семь независимых основных величин, через которые выражаются все остальные величины, встречающиеся в физике. В настоящее время общепринятой является международная система единиц СИ. Основные физические величины и их размерности в СИ следующие: сила тока [ампер], температура – [кельвин], длина – [метр], время – [секунда], масса – [килограмм], количество вещества – [моль], сила света – [кандела]; дополнительные – радиан и стерадиан.
Большая часть физических величин является производными, т.е. определяются через основные величины. Так, например, скорость – есть длина, деленная на время, т.е. [м/с], объем – и т.д.
1.4. Физические основы классической механики
Простейшей формой движения материи является механическое движение. Механическим движением называется изменение взаимного расположения тел или частей одного и того же тела в пространстве с течением времени.
Механика – раздел физики, рассматривающий механическое движение и причины, вызывающие или изменяющие это движение. Основные законы механики были установлены итальянским физиком и астрономом Г. Галилеем (1564-1642 гг.) и окончательно сформулированы английским ученым И. Ньютоном (1643-1727 гг.). Механика Галилея-Ньютона называется классической. Она изучает законы движения макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света в вакууме. Механика делится на три раздела: 1) кинематику; 2) динамику; 3) статику.
Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причины, которые это движение вызывают. Динамика изучает законы движения тел и причины, которые вызывают или изменяют это движение. Статика изучает условия равновесия тел.
1.5. Основные понятия кинематики поступательного движения материальной точки
1. Материальная точка . Для описания движения тел в физике пользуются абсолютными понятиями и моделями. Простейшей моделью является материальная точка. Материальная точка – тело, обладающее массой, размерами и формой которого можно пренебречь в данной задаче. Например, при изучении движения Земли вокруг Солнца размерами Земли можно пренебречь, т.к. ее диаметр много меньше расстояния между ними. При рассмотрении же суточного вращения Земли этого сделать нельзя.
2. Система отсчета . Механическое движение является относительным. О движение тел можно говорить лишь в том случае, когда указана система отсчета. Система отсчета включает в себя: тело отсчета – тело, которое условно принимается за неподвижное и относительно которого рассматривается движение других тел. С телом отсчета связывают систему координат (чаще всего используют декартову систему координат) и часы.
Таким образом, система отсчета – совокупность тела отсчета, связанная с ним система координат и часы.
3. Радиус-вектор . Положение материальной точки в пространстве определяется тремя координатами х , y , z или радиус-вектором (он проводится из начала отсчета координат в данную точку). При движении материальной точки ее координаты с течением времени изменяются.
Закон движения материальной точки в скалярной форме:
кинематические уравнения движения материальной точки
Закон движения в векторной форме:
.
Радиус-вектор можно записать через его проекции на координатные оси:
,
где ,и орты – единичные векторы, направленные вдоль координатных осей (рис.1.1).
4. Траектория движения . Линия, которую описывает материальная точка при движении относительно выбранной системы отсчета, называется траекторией. В зависимости от формы траектории различают прямолинейное движение, криволинейное движение и движение по окружности. Форма траектории зависит от выбора системы отсчета, т.е. форма траектории понятие относительное. Так, траектория концов пропеллера относительно системы отсчета, связанной с летящим самолетом, является окружностью, а в системе отсчета, связанной с землей – винтовой линией.
5. Перемещение. Путь . При описании движения тела надо уметь определять изменение его положения. С этой целью вводится понятие перемещения тела и пути, пройденного им. Перемещением
называется вектор, проведенный из начального положения материальной точки в конечное:
, гдеи радиусы-векторы начального и конечного положения материальной точки, соответственно (рис.1.2)
Длину участка АВ траектории, пройденного данной материальной точкой за время t называют путем или длиной пути s .
Путь – скалярная величина, перемещение – вектор. Нельзя путать эти понятия. Различие между модулем перемещения
и путемs исчезает лишь в двух случаях: когда движение происходит прямолинейно в одну сторону и если перемещение столь мало, что практически невозможно отличить дугу от стягивающей ее хорды. Обозначим такое перемещение
и назовем егоэлементарным , а стягивающую дугу обозначим dl . Поскольку дуга dl неотличима от перемещения
, а
вектор, то и dl будем считать вектором, т.е. в этом случае
.
6. Скорость . За равные промежутки времени перемещения материальной точки могут быть различными. Скорость – векторная величина, которая определяет быстроту движения и его направление в данный момент времени.
Пусть материальная точка движется по криволинейной траектории и в начальный момент времени ее положение характеризуется радиус-вектором . В течении малого промежутка времени
точка пройдет путь
и получит бесконечно малое перемещение
(рис.1.3).
Вектором средней скорости
называется отношение приращения
радиус-вектора точки к интервалу времени
, за которое произошло перемещение
. (1.1)
Направление вектора средней скорости совпадает с направлением
. Если
, то средняя скорость стремится к предельному значению, которое называется мгновенной скоростью:
.
(1.2)
Мгновенная скорость – векторная величина, определяемая первой производной радиус-вектора движущейся точки по времени. Это перемещение, отнесенное к единице времени. Так как секущая в пределе совпадает с касательной, то вектор скорости направлен по касательной к траектории в сторону движения. Модуль мгновенной скорости равен первой производной пути по времени:
Единица скорости в СИ: 1 м/с – скорость прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой эта точка за время 1 с перемещается на расстояние 1 м.
Вектор скорости можно разложить на компоненты
где
;
;
проекции вектора скорости на оси координат. Тогда модуль скорости равен:
.
(1.4)
Например, при движении материальной точки в плоскости Х Y , ее cкорость и модуль скорости υ определяются выражениями:
,
где
;
проекции вектора скорости на оси координат,
(рис. 1.4).
7. Ускорение и его составляющие . Ускорение – характеристика неравномерного движения, определяющая быстроту изменения скорости по модулю (величине) и направлению. Рассмотрим плоское движение. Пусть вектор задает скорость точки в момент времениt . За время t точка перешла в положение В и приобрела скорость
изменение вектора скорости (рис.1.5).
Средним ускорением называется векторная величина, равная отношению изменения скорости
к интервалу времениt , за которое это изменение произошло
.
(1.5)
Мгновенное ускорение материальной точки в момент времениt – предел среднего ускорения – это векторная величина, определяемая первой производной скорости по времени
.
(1.6)
Разложим вектор
на две составляющие. Из точкиА по направлению скорости отложим вектор
. Вектор
определяет изменение скорости за время
по модулю:
. Вторая составляющая
вектора
характеризует изменение скорости за время
по направлению.
Таким образом, составляющие ускорения – это
1)тангенциальная составляющая
, которая характеризует быстроту изменения скорости,по модулю направлена по касательной к траектории и равна первой производной скорости по времени.
2)нормальная составляющая
которая характеризует быстроту изменения скорости по направлению (направлена к центру кривизны траектории). Составляющие иперпендикулярны друг другу.
33.Основное уравнение МКТ
35.Уравнение Менделеева
36.Ур-е Клайперона
37 Закон Бойля-Мариотта
38.Закон Гей-Люссака
39.Закон Шарля
40 Графики изопроцессов
45. Закон Кулона
47.Работа эл поля
50.Электроемкость
51Конденсаторы
53.Соединения конденсаторов
машины или планеты.
Формула и график равномерного движения
Формула и график равноускоренного движения
В чем отличие перемещения от пройденного пути.
В отличие от перемещения путь – это скалярная величина
Скорость(определение, обозначение, единица измерения).
Это физическая величина, характеризующая быстроту движения. Обозначается V.Измеряется в м/с
Формула и график скорости равномерного движения.
Формула и график скорости равноускоренного движения
Ускорение (определение, обозначение, единица измерения).
Ускорение
Свободное падение (определение и основные формулы скорости и перемещения).
Это движение под действием силы тяжести.
15.Центростремительное ускорение (формула)
Формулы скорости, периода и частоты движения по окружности.
Вопросы для экзамена в 10 классе
1.Определение механического движения. Примеры
2. Определение материальной точки. Примеры.
3. Определение траектории. Примеры
4.Перемещение (определение, обозначение, единица измерения).
5.Формула и график перемещения равномерного движения.
6. Формула и график перемещения равноускоренного движения.
7. Формула и график равномерного движения
8. Формула и график равноускоренного движения
9.В чем отличие перемещения от пройденного пути.
10.Скорость(определение, обозначение, единица измерения).
11.Формула и график скорости равномерного движения.
12 Формула и график скорости равноускоренного движения
13.Ускорение (определение, обозначение, единица измерения).
14.Свободное падение (определение и основные формулы скорости и перемещения).
15.Центростремительное ускорение (формула)
16. Формулы скорости, периода и частоты движения по окружности.
17.1 закон Ньютона(формулировка, формула и анализ)
18. 2 закон Ньютона(формулировка, формула и анализ)
19.3 закон Ньютона(формулировка, формула и анализ)
20.Сила тяжести (определение, формула, направление)
21.Сила упругости (определение, формула, направление)
22.Сила трения (определение, формула, направление)
23. Сила всемирного тяготения (определение, формула, направление)
24.Импульс.(Определение, свойства)
25 Закон сохранения импульса (Формулировка, формула, границы применимости)
26. Кинетическая энергия, теорема о кинетической энергии.
27. Потенциальная энергия (три формулы)
28.Теорема о потенциальной энергии.
29.Закон сохранения механической энергии. (Формулировка, формула, границы применимости)
30.Формула механической работы.
31. Понятие об идеальном газе. Примеры
32.Температура и её свойства. Абсолютная температура
33.Основное уравнение МКТ
34. Масса молекулы, молярная масса, количество вещества
35.Уравнение Менделеева
36.Ур-е Клайперона
37 Закон Бойля-Мариотта
38.Закон Гей-Люссака
39.Закон Шарля
40 Графики изопроцессов
41 Насыщенный пар и его свойства
42.Влажность воздуха и её измерение
43.Кристаллические тела: монокристаллы и поликристаллы, анизотропия и изотропия
44.Электрический заряд и его свойства
45. Закон Кулона
47.Работа эл поля
48.Потенциал, Разность потенциалов
49.Эквипотенциальные поверхности
50.Электроемкость
51Конденсаторы
52.Формула плоского конденсатора
53.Соединения конденсаторов
Вопросы и ответы для экзамена в 10 классе
1.Определение механического движения. Примеры
Изменение положения тела в пространстве с течением времени относительно других тел называется механическим движением. Например, движение человека, машины или планеты.
машины или планеты.
Определение материальной точки. Примеры.
Тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь, называется материальной точкой, Например, Земля при движении вокруг Солнца, человек,идущий из школы домой.
Определение траектории. Примеры
Линия, вдоль которой происходит движение, называется траекторией. Например, молния, следы мела на доске – это примеры видимых траекторий.
Перемещение (определение, обозначение, единица измерения).
Перемещение – это вектор, проведенный из начального положения материальной точки в конечное. Обозначается S. Измеряется в метрах
5.Формула и график перемещения равномерного движения .
6. Формула и график перемещения равноускоренного движения.
1.1 Кинематика материальной точки
1.1.1 Понятие материальной точки. Система отсчета. Траектория, путь, перемещение Единицы измерения
Механика – часть физики, которая изучает закономерности механического движения. Для установления связей и отношений, которые имеют место в том или ином процессе, необходимо произвести измерения. Для этого нужно выбрать эталон данной физической величины и установить способ сравнения этих физических величин. Для построения системы единиц произвольно выбирают единицы для нескольких не зависящих друг от друга физических величин. Эти единицы называются основными. Основные единицы измерения имеют специальные эталоны измерения, которые, и хранятся в особых условиях. Остальные же величины и их единицы выводятся из законов, связывающих эти величины с основными единицами измерений. Они называются производными. Построенные по этому принципу системы единиц носят название абсолютных . Существует несколько систем единиц, отличающихся выбором тех величин, которые приняты за основные и для которых установлены специальные эталоны.
В настоящее время в физике согласно Государственному стандарту (ГОСТ 8.417-81), обязательна к применению Система Интернациональная (СИ), которая строится на семи основных единицах – метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела – и двух дополнительных – радиан и стерадиан.
Метр (м) -длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299 792 458 с.
Килограмм (кг) – масса, равная массе международного прототипа килограмма (платиноиридиевого цилиндра, хранящегося в Международном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа).
Секунда (с) – время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Ампер (А) – сила постоянного тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, создает между этими проводниками силу, равную 2-10 -7 Н на каждый метр длины.
Кельвин (К) – 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.
Моль (моль) – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде 12 С массой 0,012 кг.
Кандела (кд) – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 10 12 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.
Радиан (рад) – угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.
Стерадиан (ср) – телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.
С помощью основных величин можно получить другие величины либо используя выражения для законов природы, либо путем целесообразного определения через умножение или деление основных величин. Например, Скорость = Путь/Время, Работа = Сила Путь, Плотность = Масса/Объем, Заряд = Сила тока Время, и т. д. При этом необходимо соблюдать правило размерности.
Размерность физической величины есть ее выражение в основных единицах. Размерности обеих частей физических равенств должны быть одинаковыми, так как физические законы не могут зависеть от выбора единиц физических величин. Поэтому можно проверять с помощью размерности правильность полученных физических формул.
Для представления физических величин, особенно в формулах, таблицах или на графиках, используются специальные символы – обозначения величин. В согласии с международными соглашениями. Единицы Международной системы (СИ) при практическом использовании часто оказываются слишком большими или слишком малыми, поэтому с помощью особых приставок могут быть образованы десятичные кратные и дольные единицы, если это не запрещено в отдельных случаях. Сводка этих приставок дана в специальных справочных таблицах. Существуют некоторые правила использования приставок. Приведем важнейшие из них:
а) единица измерения не может содержать более одной приставки.
б) комбинация сокращенного обозначения приставки и единицы измерения составляют единый символ.
Например, для измерения давления, допускается – исторически сложившееся единица измерения – мм.рт. столба, или, так как Фарад – очень крупная единица измерения, в повседневной жизни можно выражать емкость конденсатора долями Фарад: пФ, мФ и т.д. Но при расчетах необходимо придерживаться определенной системы, производить все расчеты в одной системе, предпочтительно в СИ.
Главной задачей механики является характеристика движения тела в пространстве с течением времени. Механическое движение – это изменение с течением времени взаимного расположения тел или их частей в пространстве. Чтобы описать механическое движение применяют ряд научных абстракций, который позволяет отразить закономерности того или иного вида движения.
Движущееся тело обладает определенными размерами – протяженностью в пространстве. Иногда форма и размер тела не влияют на само движение и все процессы в ней. Тогда можно абстрагироваться от несущественного, незначительного, в условиях данной задачи, и рассматривать ее как геометрическую точку, приписав ей массу физического тела. Такая абстракция называется м атериальной точкой. Следует указать, что вообще, вводя абстрактные понятия, в науке отвлекаются от всех свойств тел, несущественных для рассматриваемого явления, упрощая, таким образом, задачу и концентрируя внимание на тех свойствах тел, которые предопределяют характер изучаемого явления. М атериальной точкой называется тело, размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с масштабами движения.
Изучая более подробно внутренние свойства конкретных тел, мы можем прийти к понятию твердого тела как системы жестко связанных между собой материальных точек упругого тела, как системы точек, способных к небольшим относительным смещениям. С помощью таких абстракций можно изучить, например, давление газа на стенки сосуда, в котором он заключен.
Определять положение точки «по отношению к пустому пространству» невозможно и физически бессмысленно. Можно определять положение любого тела, в том числе и материальной точки, лишь по отношению к другому, произвольно выбранному материальному телу, называемому телом отсчета. Выбранное таким образом тело условно считается неподвижным. Связывая с этим телом произвольную систему координат, мы получим систему отсчета положений материальной точки. Для задания положения этого тела в пространстве система координат, которая будет каждый раз показывать ее местоположение в тот или иной момент времени общепринята трехмерная, простейшая декартовая прямоугольная система координат (рисунок – 1.1). Положение точки М в этой системе характеризуется тремя координатами: х – абсцисса, у – ордината и z – аппликата точки: М{х, у, z). Они являются проекциями радиуса-вектора ОМ= r , проведенного из начала координат в точку М(r ).
Вместо координат х, у, z , радиус-вектор r может характеризовать положение точки в пространстве, задавая, например, его длину /r / и два угла: θ, между радиусом-вектором r и осью 0 Z и φ между проекцией r на плоскость XY и осью ОХ, как это показано на чертеже. Такая система описания движения называется сферической системой координат.
Во всех случаях, радиус-вектор r и положение точки в пространстве характеризуются количественно тремя числами, которые могут меняться независимо друг от друга. Это является математическим отражением того факта, что пространство трехмерно . Поскольку три величины, характеризующие положение точки в пространстве, взаимно независимы, говорят, что материальная точка обладает тремя степенями свободы, которые описывают положение материальной точки или твердого тела в любой момент времени и называются законами движения. Такие уравнения называют кинематическими уравнениями движения. Для измерения хода времени, в течение которого происходило движение, необходим счетчик времени , который также входит, как обязательный для описания движения, элемент в систему отсчета.
Совокупность последовательных положений, занимаемых точкой М в процессе ее движения, образует в пространстве линию , называемую траекторией движущейся точки. На рисунке – 1.2 изображен отрезок траектории.
x = x (t ), y = y (t ), z = z (t ) |
M 1 M 2 = S при этом представляет собой путь, пройденный точкой М за время ∆ t . Вектор M 1 M 2 = ∆ r , проведенный из начального положения М 1 в конечное положение М 2 , называется вектором перемещения точки М за время ∆ t . При прямолинейном движении | ∆ r | = ∆s. В общем случае, как это видно из рисунка, |∆ r | ≠∆s, но различие между ними тем меньше, чем меньше ∆ r . Очевидно, что при произвольном криволинейном движении равенство | ∆ r |=∆ s соблюдается лишь в пределе для бесконечно малого промежутка времени, т. е. когда ∆ r →0:lim ∆ s /|∆ r | = 1. Из рис. 1.2 видно, чтоr 2 = r 1 + |∆ r |, или
т. е. вектор перемещения равен геометрической разности радиусов-векторов конечного и начального положения точки; этот вектор представляет собой приращение радиуса-вектора и характеризует изменение положения точки М в пространстве за время ∆t.
Перемещение тела при равноускоренном движении
Прямолинейным равноускоренным движением называется движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменялась на одинаковую величину. И основной характеристикой такого движения являлось ускорение — это физическая векторная величина, характеризующая быстроту изменения скорости.
Как определить координату тела, пройденный путь и перемещение при прямолинейном равноускоренном движении?
Это можно сделать, если рассмотреть прямолинейное равноускоренное движение как набор большого количества очень малых равномерных перемещений тела.
Первым решил задачу местоположения тела в определённый момент времени при ускоренном движении итальянский учёный Галилео Галилей. Галилей использовал наклонную плоскость с гладкой канавкой посередине, по которой скатывались латунные шары. По водным часам он засекал определённый интервал времени и фиксировал расстояния, которые за это время преодолевали шары. Галилей выяснил, что если время увеличить в два раза, то шары прокатятся в четыре раза дальше (т.е. зависимость квадратичная). Это опровергало мнение Аристотеля, что скорость шаров будет постоянной.
Получим формулу для определения перемещения при равноускоренном движении графическим методом.
Известно, что при равноускоренном движении тела, происходящем вдоль координатной оси X, скорость с течением времени не остается постоянной, а меняется со временем согласно формуле
Т. е. скорость является линейной функцией, и поэтому графики скорости имеют вид прямой.
Прямая 1 соответствует движению с положительным ускорением (скорость увеличивается), прямая 2 — движению с отрицательным ускорением (скорость убывает).
График скорости разобьем на маленькие прямоугольные участки. Каждый участок будет соответствовать определённой постоянной скорости.
Необходимо определить пройденный путь за первый промежуток времени. Запишем формулу
Теперь посчитаем суммарную площадь всех имеющихся у нас фигур. А сумма площадей при равномерном движении – это полный пройденный путь.
Обратите внимание, от точки к точке скорость будет изменяться, тем самым можно получить путь, пройденный телом именно при прямолинейном равноускоренном движении.
Заметим, что при прямолинейном равноускоренном движении тела, когда скорость и ускорение направлены в одну сторону, модуль перемещения равен пройденному пути, поэтому, когда определяется модуль перемещения, то определяется и пройденный путь.
В данном случае можно говорить, что модуль перемещения будет равен площади фигуры, ограниченной графиком скорости и осью времени.
Фигура, ограниченная графиком скорости и осью времени есть не что иное, как прямоугольная трапеция. Из математики известна формула для нахождения площади трапеции. Площадь трапеции равна произведению половины суммы её оснований на высоту.
Следовательно, перемещение за все время tчисленно равно площади трапеции ОАВС. В нашем случае длина одного из оснований численно равна υoх, длина другого — υх. Высота же ее численно равна t. Отсюда следует, что перемещение равно:
Подставим в эту формулу вместо υ равную ей величину υ0 + at.Тогда
Разделив почленно числитель на знаменатель, получим
Это есть уравнение перемещения в проекциях на ось координат.
При пользовании этой формулой нужно помнить, что s, υ0 и а могут быть как положительными, так и отрицательными — ведь это проекции векторов пути, начальной скорости и ускорения на ось X.
Теперь вспомним, что пройденный путь, равный в нашем случае модулю перемещения, выражается разностью: s = x – x0
Если в уравнение подставить полученное нами выражение для S, то запишем закон, по которому движется тело при прямолинейном равноускоренном движении:
Это уравнение называется основным кинематическим уравнением равноускоренного движения.
Если тело движется из состояния покоя, график проходит через начало координат, фигура под графиком – прямоугольный треугольник, площадь которого равна половине произведения катетов.
Тогда формула для определения перемещения принимает вид:
Это уравнение перемещения при равноускоренном движении без начальной скорости.
Тогда
x = x0 + at2/2
Это кинематическое уравнение равноускоренного движения , без начальной скорости.
Рассмотрим некоторые важные зависимости между величинами равноускоренного движения. Для равноускоренного движения без начальной скорости путь, пройденный телом, пропорционален квадрату времени. Значит, пути, пройденные телом за 1 с, 2 с, 3 с, 4 с будут относиться как квадраты последовательных натуральных чисел.
Для любого равноускоренного движения, пути, пройденные телом за любые равные промежутки времени, будут относиться как последовательный ряд нечетных чисел.
Основные выводы:
– Перемещение тела за все время t численно равно площади трапеции, ограниченной графиком скорости и осью времени.
— уравнениеперемещения
— кинематическое уравнение равноускоренного движения
– Для равноускоренного движения без начальной скорости путь, пройденный телом, пропорционален квадрату времени.
– Для любого равноускоренного движения, пути, пройденныетеломза любые равные промежутки времени, будутотноситьсякакпоследовательный ряд нечетных чисел.
Перемещение. Путь ❤️ | Физика
До сих пор мы рассматривали только прямолинейное равномерное движение. При этом точечные тела двигались в выбранной системе отсчета либо в положительном, либо в отрицательном направлении оси координат X. Мы установили, что в зависимости от направления движения тела, например, за промежуток времени от момента t1 до момента t2 изменение координаты тела (x2 — x1) может быть положительным, отрицательным или равным нулю (если x2 = x1).
Изменение координаты x2 — x1 принято обозначать символом Δx12 (читается «дельта икс один, два»). Эта запись означает,
что за промежуток времени от момента t1 до момента t2 изменение координаты тела Δx12 = x2 — x1. Таким образом, если тело двигалось в положительном направлении оси X выбранной системы координат (x2 > x1), то Δx12 > 0. Если же движение происходило в отрицательном направлении оси X (x21), то Δx12
Результат движения удобно определять с помощью векторной величины. Такой векторной величиной является перемещение.
Перемещением точки за промежуток времени называют направленный отрезок прямой, начало которого совпадает с начальным положением точки, а конец — с конечным положением точки.
Как и любую
векторную величину, перемещение характеризуют модулем и направлением.Записывать вектор перемещения точки за промежуток времени от t1 до t2 мы будем следующим способом: Δx12.
Поясним сказанное на примере. Пусть некоторая точка A (точечное чело) движется в положительном направлении оси X и за промежуток времени от t1 до t2 перемещается из точки с координатой x1 в точку с большей координатой x2 (рис. 44). В этом случае вектор перемещения направлен в положительном направлении оси X, а его модуль равен изменению координаты за рассматриваемый промежуток времени: Δx12 = x2 — x1 = (5 — 2) м = 3 м.
На рис. 45 изображено точечное тело В, которое движется в отрицательном направлении оси X. За промежуток времени от t1 до t2 оно перемещается из точки с большей координатой x1 в точку с меньшей координатой x2. В результате изменение координаты точки B за рассматриваемый промежуток времени Δx12 = x2 — x1 = (2 — 5) м = -3 м. Вектор перемещения в этом случае будет направлен в отрицательном направлении оси X, а его модуль |Δx12| равен 3 м. Из рассмотренных примеров можно сделать следующие выводы.
Направление перемещения при прямолинейном движении в одном направлении совпадает с направлением движения.
Модуль вектора перемещения равен модулю изменения координаты тела за рассматриваемый промежуток времени.
В повседневной жизни для описания конечного результата движения используют понятие «путь». Обычно путь обозначают символом S.
Путь — это все расстояние, пройденное точечным телом за рассматриваемый промежуток времени.
Как и любое расстояние, путь — величина неотрицательная. Например, путь, пройденный точкой A в рассмотренном примере (см. рис. 44), равен трем метрам.
Путь, пройденный точкой B, также равен трем метрам.
В рассмотренных примерах (см. рис. 44 и 45) тело все время двигалось в каком-либо одном направлении. Поэтому пройденный им путь равен модулю изменения координаты тела и модулю перемещения: s12 = |Δx12|.
Если тело двигалось все время в одном направлении, то пройденный им путь равен модулю перемещения и модулю изменения координаты.
Ситуация изменится, если тело в течение рассматриваемого промежутка времени изменяет направление движения.
На рис. 46 изображено, как двигалось точечное тело с момента t0 = 0 до момента t2 = 7 с. До момента t1 = 4 с движение происходило равномерно в положительном направлении оси X. В результате чего изменение координаты Δx01 = x1 — x0 = (11 — 3) м = -8 м. После этого тело стало двигаться в отрицательном направлении оси X до момента t2 = 7 с. При этом изменение его координаты Δx12 = x2 — x1 = (5 — 11) м = -6 м. График этого движения приведен на рис. 47.
Определим изменение координаты и перемещение тела за промежуток времени от t0 = 0 до t2 = 7 с. В соответствии с определением изменение координаты Δx02 = x2 — x0 = 2 м > 0. Поэтому перемещение Δx02 направлено в положительном направлении оси Х, а его модуль равен 2 м.
Теперь определим путь, который прошло тело за тот же промежуток времени от t0 = 0 до t2 = 7 с. Сначала тело прошло 8 м в одном направлении (что соответствует модулю изменения координаты Δx01), а затем 6 м в обратном направлении (эта величина соответствует модулю изменения координаты Δx12). Значит, всего тело прошло 8 + 6 = 14 (м). По определению пути за промежуток времени от t0 до t2 тело прошло путь s02 = 14 м.
Разобранный пример позволяет сделать вывод:
В случае, когда тело в течение рассматриваемого промежутка времени меняет направление своего движения, путь (все пройденное телом расстояние) больше и модуля перемещения тела, и модуля изменения координаты тела.
Теперь представьте себе, что тело после момента времени t2 = 7 с продолжило свое движение в отрицательном направлении оси X до момента t3 = 8 с в соответствии с законом, изображенным на рис. 47 пунктирной линией. В результате в момент времени t3 = 8 с координата тела стала равна x3 = 3 м. Нетрудно определить, что в этом случае перемещение тела за промежуток времени от t0 до t3 с равно Δx13 = 0.
Ясно, что если нам известно только перемещение тела за время его движения, то мы не можем сказать как двигалось тело в течение этого времени. Например, если бы о теле было известно только, что его начальная и конечная координаты равны, то мы сказали бы, что за время движения перемещение этого тела равно нулю. Сказать что-либо более конкретное о характере движения этого тела было бы нельзя.
Тело могло при таких условиях вообще стоять на месте в течение всего промежутка времени.
Перемещение тела за некоторый промежуток времени зависит только от начальной и конечной координат тела и не зависит от того, как двигалось тело в течение этого промежутка времени.
Итоги
Перемещением точки за промежуток времени называют направленный отрезок прямой, начало которого совпадает с начальным положением точки, а конец — с конечным положением точки.
Перемещение точечного тела определяется только конечной и начальной координатами тела и не зависит от того, как двигалось тело в течение рассматриваемого промежутка времени.
Путь — все расстояние, пройденное точечным телом за рассматриваемый промежуток времени.
Если тело в процессе движения не меняло направления движения, то пройденный этим телом путь равен модулю его перемещения.
Если тело в течение рассматриваемого промежутка времени меняло направление своего движения, путь больше и молуля перемещения тела, и модуля изменения координаты тела.
Путь всегда величина неотрицательная. Он равен нулю только в том случае, если в течение всего рассматриваемого промежутка времени тело покоилось (стояло на месте).
Вопросы
Что такое перемещение? От чего оно зависит? Что такое путь? От чего он зависит? Чем путь отличается от перемещения и изменения координаты за один и тот же промежуток времени, в течение которого тело двигалось прямолинейно, не изменяя направления движения?
Упражнения
Используя закон движения в графической форме, представленный на рис. 47, опишите характер движения тела (направление, скорость) в разные промежутки времени: от t0 до t1, от t1 до t2, от t2 до t3. Собачка Протон выбежала из дома в момент времени t0 = 0, а затем по команде своего хозяина в момент времени t4 = 4 с бросилась обратно. Зная, что Протон все время бежал по прямой и модуль его скорости |v| = 4 м/с, определите графическим способом: а) изменение координаты и путь Протона за промежуток времени от t0 = 0 до t6 = 6 с; б) путь Протона за промежуток времени от t2 = 2 с до t5 = 5 с.
Первый закон Ньютона и «состояние движения»
Инерция – это тенденция объекта сопротивляться изменениям в его состоянии движения. Но что подразумевается под фразой , состояние движения ? Состояние движения объекта определяется его скоростью – скоростью с направлением. Таким образом, инерцию можно переопределить следующим образом:
Инерция: тенденция объекта сопротивляться изменениям его скорости.
Покоящийся объект имеет нулевую скорость – и (при отсутствии неуравновешенной силы) останется с нулевой скоростью.Такой объект не изменит своего состояния движения (то есть скорости), если на него не действует неуравновешенная сила. Объект, движущийся со скоростью 2 м / с, восток (при отсутствии неуравновешенной силы) останется в движении со скоростью 2 м / с, восток. Такой объект не изменит своего состояния движения (то есть скорости), если на него не действует неуравновешенная сила. Объекты сопротивляются изменениям своей скорости.
Как было сказано ранее, объект, не меняющий своей скорости, имеет ускорение 0 м / с / с.Таким образом, мы могли бы предоставить альтернативный способ определения инерции:
Смотри! Показан планер с воздушной гусеницей, движущийся по воздушной трассе. Воздух продувается через множество небольших отверстий в гусенице, чтобы поднять планер с трассы.Это снижает, а может быть, даже устраняет действие поверхностного трения на параплан. Планер движется с постоянной скоростью. Как говорится: объекты в движении остаются в движении …Инерция: тенденция объекта сопротивляться ускорению.
Мы хотели бы предложить … Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны с ним взаимодействовать! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom.Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего Rocket Sledder Interactive. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Ракетные сани позволяет учащемуся изучить влияние сбалансированных и неуравновешенных сил на ускорение ракетных сани. Проверьте свое понимание
1. Группа учителей физики берет отпуск, чтобы поиграть в гольф.15-я лунка на поле для гольфа Hole-In-One Putt-Putt имеет большой металлический обод, который клюшки должны использовать, чтобы направлять свой мяч к лунке. Мистер S направляет мяч для гольфа по металлическому ободу. Когда мяч покидает обод, по какому пути (1, 2 или 3) пойдет мяч для гольфа?
2. Объект массой 4,0 кг движется по поверхности без трения с постоянной скоростью 2 м / с.Какая из следующих горизонтальных сил необходима для поддержания этого состояния движения?
а. 0 N | г. 0,5 Н | г. 2.0 N | г. 8.0 с.ш. |
e. зависит от скорости. | |||
Постоянное движение в физике: определение и обзор – видео и стенограмма урока
Пример: постоянная скорость
Теперь давайте обсудим пример постоянного движения .Допустим, вы едете по автомагистрали I-10 из Сан-Антонио в Эль-Пасо, штат Техас. Большинство участков этого пути довольно ровные и прямые. Когда вы решите включить круиз-контроль, вы достигнете крейсерской скорости 75 миль в час. Система круиз-контроля поддерживает скорость автомобиля на уровне 75 миль в час, пока вы не нажмете на тормоз или не увеличите скорость. Пока вы используете круиз-контроль, вы движетесь с постоянной скоростью. В этой таблице показано расстояние, пройденное за четырехчасовую поездку на круиз-контроле.
| Время | Расстояние |
|---|---|
| 1 час | 75 миль |
| 2 часа | 150 миль |
| 3 часа | 225 миль |
| 4 часа | 300 миль |
Судя по таблице, вы проезжаете 75 миль каждый час, находясь в режиме круиз-контроля.Это всего 300 миль за четырехчасовую поездку на круиз-контроле. Это пример того, как будут выглядеть данные постоянной скорости.
Эти цифры показывают постоянную скорость с помощью точек. Каждая точка показывает местоположение объекта для каждого интервала в одну секунду. На рисунке A изображен медленно движущийся объект, поскольку точки расположены ближе друг к другу. На рисунке B изображен быстро движущийся объект, поскольку точки с каждой секундой отдаляются друг от друга.Обратите внимание, что расстояние между каждой точкой одинаково на каждом рисунке. Следовательно, в обоих случаях объект, представленный точкой, движется с постоянной скоростью. Эти цифры составляют то, что мы называем диаграммой движения .
График зависимости положения от времени ниже иллюстрирует постоянную скорость по-другому. В течение каждой секунды объект перемещается на одно и то же расстояние.
Постоянное ускорение
На этой диаграмме движения показаны два типа постоянного ускорения.На рисунке A показано ускорение объекта, на что указывает расстояние между точками, увеличивающееся каждую секунду, а на рисунке B показано замедление объекта, что отмечено расстоянием между точками, уменьшающимся каждую секунду. Постоянное ускорение означает, что скорость объекта увеличивается или уменьшается на ту же величину каждую секунду, как показано в этой таблице времени и скорости. В таблице скорость уменьшается на 10 м / с каждую секунду, что означает постоянное ускорение -10 м / с / с.На графике показаны данные в таблице в виде зависимости скорости от времени.
| Время | Скорость |
|---|---|
| 0 с | 30 м / с |
| 1 с | 20 м / с |
| 2 с | 10 м / с |
| 3 с | 0 м / с |
| 4 с | -10 м / с |
| 5 с | -20 м / с |
| 6 с | -30 м / с |
Самым важным примером постоянного ускорения является ускорение, вызванное силой тяжести Земли.Каждый объект у поверхности Земли испытывает одинаковое постоянное ускорение свободного падения, которое составляет около 10 м / с / с. Это означает, что любой брошенный или брошенный объект будет увеличивать свою скорость примерно на 10 м / с за каждую секунду падения.
Оба этих типа движения происходят, когда вы спускаетесь с парашютом с самолета. Как только вы выпрыгиваете из самолета, вы падаете со скоростью около 10 м / с за каждую секунду падения. Однако, когда сила сопротивления воздуха равна вашему весу, вы достигаете так называемой предельной скорости или предельной скорости.Когда вы достигаете предельной скорости, вы больше не ускоряетесь и падаете с той же скоростью, пока не развернете парашют.
Резюме урока
В физике постоянное движение относится к любому типу движения, когда либо расстояние, которое проходит объект, одинаково каждую секунду, либо скорость объекта изменяется на одинаковую величину каждую секунду. Есть два важных типа постоянного движения: с постоянной скоростью и с постоянным ускорением . Постоянная скорость означает, что скорость вообще не меняется каждую секунду движения. Наш пример вождения автомобиля в режиме круиз-контроля иллюстрирует постоянную скорость. Постоянное ускорение означает, что скорость увеличивается с одинаковой постоянной скоростью каждую секунду движения. Мы проиллюстрировали это на нашем примере, когда кто-то выпрыгивает из самолета. В этом примере происходит постоянное ускорение, пока человек не достигнет предельной скорости. Конечная скорость или Конечная скорость возникает, когда сила сопротивления воздуха равна вашему весу.
Определение движения | определить Motion
Определение движения
Изменение положения объекта во времени.
Подробнее о движении:
Движущийся объект меняет свое положение с течением / изменением времени.
Обычно движение описывается как движение объекта.
Движущиеся объекты не будут находиться в одном месте через определенный промежуток времени.
Когда объект остается в том же положении через определенный промежуток времени, состояние объекта известно как «покой».
Примеры объектов в состоянии покоя и движения
Неподвижные объекты | Объекты в движении |
А корпус | Движущийся самолет |
Стол, стол, стул | Секундная стрелка часов |
Человек, стоящий на платформе (в ожидании поезда) | Движущийся поезд� (до станции) |
Изменение положения объекта во времени измеряется в единицах расстояния.� Он описывает скорость объекта. (Насколько быстро или медленно движется объект.)
Общие типы движения: круговое движение, периодическое движение, прямолинейное движение.
- Примеры различных типов движения:
1. Переводное предложение : Марш-прошлое солдат на параде
Движение камня, упавшего из здания.
2. Круговое движение: Лопастей электровентилятора (включено).
3. Periodic Motion: «Ребенок на качелях»
«Движение иглы в швейной машине».
Рабочий пример:
Сэм участвовал в спортивном мероприятии. В котором он должен покрыть круговую площадку 3 раза, и он завершает свой первый раунд за 5 минут, второй раунд за 3 минуты и третий раунд за две минуты. Какой тип движения он охватил? И в каком раунде он двигался очень быстро.
A. Периодическое движение: 2-й раунд
Б. Переводное ходатайство: 1-й тур
C. Круговое движение: 3-й тур
Правильный ответ: C
Решение
Шаг 1: Сэм проходит круговую траекторию спортивного мероприятия, следовательно, он совершает круговое движение.
Шаг 2: Во всех трех случаях он проходит один и тот же путь.
Шаг 3: Следовательно, расстояние одинаково во всех трех случаях.
Шаг 4: Первый раунд был пройден за 5 минут, второй раунд был пройден за 3 минуты, третий раунд был пройден за 2 минуты, следовательно, последний раунд был пройден с большей скоростью, так как за короткое время он прошел весь путь.
Шаг 5:
Рабочий пример
Какой из приведенных примеров находится в периодическом движении?
А.Верховая езда в скачке
Б. Простой маятник настенных часов
C. Движение гигантского колеса.
Правильный ответ: B
Решение
Шаг 1: Лошадь движется по прямой во время забега, следовательно, она находится в поступательном движении.
Шаг 2: Простой маятник настенных часов повторяет тот же путь через равный интервал времени, следовательно, он находится в периодическом движении.
Шаг 3: Гигантское колесо движется по круговой траектории, следовательно, оно совершает круговое движение.
Связанные термины : Скорость | Скорость | Разгон
4.2 Первый закон движения Ньютона: инерция – физика
Задачи обучения раздела
К концу этого раздела вы сможете делать следующее:
- Опишите первый закон Ньютона и трение, и
- Обсудите взаимосвязь между массой и инерцией.
Поддержка учителей
Поддержка учителей
Цели обучения в этом разделе помогут учащимся освоить следующие стандарты:
- (4) Научные концепции.Учащийся знает и применяет законы движения в различных ситуациях. Ожидается, что студент:
- (D) вычисляет влияние сил на объекты, включая закон инерции, взаимосвязь между силой и ускорением и характер пар сил между объектами.
Перед тем, как студенты приступят к работе с этим разделом, полезно повторить концепции силы, внешней силы, чистой внешней силы и сложения сил.
[BL] [OL] [AL] Попросите учащихся поразмышлять о том, что происходит с объектами, когда они приходят в движение.Они остаются в движении или останавливаются через некоторое время? Почему?
Предупреждение о заблуждении
Ученики могут подумать, что движущиеся объекты имеют свойство замедляться и останавливаться. Объясните понятие трения. Поговорим об объектах в космическом пространстве, где нет атмосферы и гравитации. Попросите учащихся описать движение таких объектов.
Раздел Основные термины
| трение | инерция | закон инерции |
| масса | Первый закон движения Ньютона | система |
Первый закон Ньютона и трение
Поддержка учителей
Поддержка учителей
[BL] [OL] [AL] Обсудите примеры первого закона Ньютона, встречающиеся в повседневной жизни.
[BL] [OL] [AL] Расскажите о разных парах поверхностей и о том, что каждая из них демонстрирует разные уровни трения. Попросите учащихся привести примеры гладких и шероховатых поверхностей. Спросите их, где трение может быть полезно, а где нежелательно.
[OL] [AL] Попросите студентов привести различные примеры систем, в которых действуют множественные силы. Нарисуйте для них схемы свободного тела. Включите силу трения. Подчеркните направление силы трения.
Первый закон движения Ньютона гласит:
- Тело в состоянии покоя имеет тенденцию оставаться в покое.
- Движущееся тело стремится оставаться в движении с постоянной скоростью, если на него не действует чистая внешняя сила. (Напомним, что с постоянной скоростью означает, что тело движется по прямой линии с постоянной скоростью.)
На первый взгляд этот закон может показаться противоречащим повседневному опыту. Вы, наверное, заметили, что движущийся объект обычно замедляется и останавливается, если не прилагать каких-либо усилий, чтобы удержать его в движении. Ключ к пониманию того, почему, например, скользящий ящик замедляется (по-видимому, сам по себе), состоит в том, чтобы сначала понять, что чистая внешняя сила действует на коробку, заставляя коробку замедляться.Без этой чистой внешней силы ящик продолжал бы скользить с постоянной скоростью (как указано в первом законе движения Ньютона). Какая сила действует на коробку, чтобы ее замедлить? Эта сила называется трением. Трение – это внешняя сила, действующая противоположно направлению движения (см. Рисунок 4.3). Думайте о трении как о сопротивлении движению, которое замедляет работу.
Рассмотрим стол для аэрохоккея. Когда подача воздуха отключена, шайба скользит лишь на небольшое расстояние, прежде чем трение замедляет ее до полной остановки.Однако, когда подается воздух, он слегка приподнимает шайбу, поэтому при движении по поверхности шайба испытывает очень небольшое трение. Когда трение почти исключено, шайба скользит с очень небольшим изменением скорости. На поверхности без трения шайба не будет испытывать чистой внешней силы (без учета сопротивления воздуха, которое также является формой трения). Кроме того, если мы достаточно знаем о трении, мы можем точно предсказать, насколько быстро объекты будут замедляться.
А теперь давайте подумаем о другом примере.Человек толкает коробку по полу с постоянной скоростью, прилагая силу
+50 Н. (Положительный знак указывает, что, по соглашению, направление движения – вправо). Какова сила трения, противодействующая силе трения. движение? Сила трения должна быть −50 Н. Почему? Согласно первому закону движения Ньютона, любой объект, движущийся с постоянной скоростью, не имеет чистой внешней силы, действующей на него, а это означает, что сумма сил, действующих на объект, должна быть равна нулю. Математический способ сказать, что никакая чистая внешняя сила не действует на объект: Fnet = 0Fnet = 0 или ΣF = 0.ΣF = 0. Таким образом, если человек применяет силу +50 Н, тогда сила трения должна составлять -50 Н, чтобы две силы в сумме равнялись нулю (то есть, чтобы две силы, составляющие , компенсировали друг друга). Каждый раз, когда вы встречаете фразу при постоянной скорости , первый закон Ньютона говорит вам, что чистая внешняя сила равна нулю.
Рис. 4.3. Для коробки, скользящей по полу, трение действует в направлении, противоположном скорости.
Сила трения зависит от двух факторов: коэффициента трения и нормальной силы.Для любых двух поверхностей, которые контактируют друг с другом, коэффициент трения является константой, которая зависит от характера поверхностей. Нормальная сила – это сила, действующая со стороны поверхности, которая толкает объект в ответ на гравитацию, притягивающую объект вниз. В форме уравнения сила трения равна
., где μ – коэффициент трения, а Н – нормальная сила. (Коэффициент трения более подробно обсуждается в другой главе, а нормальная сила обсуждается более подробно в разделе Третий закон движения Ньютона .)
Вспомните из раздела Сила, что чистая внешняя сила действует извне на интересующий объект. Более точное определение состоит в том, что он действует на интересующую систему. Система – это один или несколько объектов, которые вы выбираете для изучения. Важно определить систему в начале проблемы, чтобы выяснить, какие силы являются внешними и должны быть учтены, а какие – внутренними, и их можно игнорировать.
Например, на рис. 4.4 (а) двое детей толкают третьего ребенка в повозке с постоянной скоростью.Интересующая нас система – это повозка плюс маленький ребенок, как показано в части (b) рисунка. Двое детей позади вагона оказывают на эту систему внешние силы ( F 1, F 2). Трение f , действующее на оси колес и на поверхность, где колеса касаются земли, две другие внешние силы, действующие на систему. На систему действуют еще две внешние силы: вес W тянущей системы вниз и нормальная сила Н толчка земли вверх.Обратите внимание, что повозка не ускоряется вертикально, поэтому первый закон Ньютона говорит нам, что нормальная сила уравновешивает вес. Поскольку повозка движется вперед с постоянной скоростью, сила трения должна иметь ту же силу, что и сумма сил, приложенных двумя детьми.
Рис. 4.4 (a) Повозка и всадник образуют систему , на которую действуют внешние силы. (b) Двое детей, толкающих повозку, и ребенок создают две внешние силы. Трение, действующее на оси колес и на поверхность шин, где они касаются земли, создает внешнюю силу, действующую против направления движения.Вес Вт и нормальная сила Н от земли – это еще две внешние силы, действующие на систему. Все внешние силы изображены на рисунке стрелками. Все внешние силы, действующие на систему, складываются, но поскольку вагон движется с постоянной скоростью, все силы должны в сумме равняться нулю.
Масса и инерция
Поддержка учителей
Поддержка учителей
[BL] Просмотрите первый закон Ньютона. Объясните, что свойство объектов сохранять свое состояние движения называется инерцией.
[OL] [AL] Возьмите две одинаковые тележки или тележки с колесами. В одну из них поместите тяжелый груз. Спросите студентов, какой тележке потребуется больше силы, чтобы изменить ее состояние движения. Спросите студентов, кто из них дольше оставался бы в движении, если бы вы привели их в движение. На основе этого обсуждения предложите учащимся подумать о том, от чего может зависеть инерция.
[BL] [OL] Объясните понятия массы и веса. Объясните, что в повседневной жизни эти термины могут использоваться как взаимозаменяемые, но в науке они имеют разное значение.
Инерция – это тенденция покоящегося объекта оставаться в покое или подвижного объекта оставаться в движении по прямой с постоянной скоростью. Это ключевое свойство объектов впервые описал Галилей. Позже Ньютон включил понятие инерции в свой первый закон, который часто называют законом инерции.
Как мы знаем из опыта, некоторые объекты обладают большей инерцией, чем другие. Например, изменить движение большого грузовика сложнее, чем изменить движение игрушечного грузовика.Фактически, инерция объекта пропорциональна массе объекта. Масса – это мера количества вещества (или штук ) в объекте. Количество или количество вещества в объекте определяется количеством и типом атомов, которые он содержит. В отличие от веса (который изменяется при изменении силы тяжести), масса не зависит от силы тяжести. Масса объекта одинакова на Земле, на орбите или на поверхности Луны. На практике очень сложно подсчитать и идентифицировать все атомы и молекулы в объекте, поэтому масса обычно не определяется таким образом.Вместо этого масса объекта определяется путем сравнения ее со стандартным килограммом. Поэтому масса выражается в килограммах.
Советы для успеха
В обиходе люди часто используют термины вес и вес как синонимы, но это неверно. Вес – это на самом деле сила. (Мы рассмотрим эту тему более подробно в разделе Второй закон движения Ньютона .)
Watch Physics
Первый закон движения Ньютона
В этом видео мы противопоставляем то, как мы думали о движении и силе до появления концепции инерции Галилея и первого закона движения Ньютона, с тем, как мы понимаем силу и движение сейчас.
Проверка захвата
До того, как мы поняли, что объекты имеют тенденцию сохранять свою скорость по прямой, если на них не действует чистая сила, люди думали, что объекты имеют тенденцию останавливаться самостоятельно. Это произошло потому, что конкретная сила еще не была понята. Что это была за сила?
- Сила тяжести
- Электростатическая сила
- Ядерная сила
- Сила трения
Виртуальная физика
Силы и движение – основы
В этом моделировании вы сначала исследуете чистую силу, поместив синих людей на левой стороне каната для перетягивания каната, а красных – на правой стороне каната (по щелкая людей и перетаскивая их мышью).Поэкспериментируйте с изменением количества и размера людей с каждой стороны, чтобы увидеть, как это влияет на исход матча и чистую силу. Нажмите “Вперед!” кнопку, чтобы начать матч, и кнопку «сбросить все», чтобы начать заново.
Затем щелкните вкладку Friction. Попробуйте выбрать разные объекты, которые человек будет толкать. Сдвиньте кнопку приложения силы вправо, чтобы приложить силу вправо, и влево, чтобы применить силу влево. Сила будет действовать, пока вы удерживаете кнопку.См. Стрелку, обозначающую изменение силы и направления трения в зависимости от того, какое усилие вы прикладываете. Попробуйте увеличить или уменьшить силу трения, чтобы увидеть, как это изменение влияет на движение.
Проверка захвата
Щелкните вкладку Acceleration Lab и отметьте опцию Sum of Forces . Сдвиньте коробку вправо, а затем отпустите. Обратите внимание, в каком направлении указывает стрелка суммы сил после того, как человек перестанет толкать ящик и позволит ему продолжить движение вправо самостоятельно.В этот момент, в каком направлении направлена чистая сила, сумма сил? Почему?
- Чистая сила действует вправо, потому что приложенная внешняя сила действует вправо.
- Чистая сила действует влево, потому что приложенная внешняя сила действует влево.
- Чистая сила действует вправо, потому что сила трения действует вправо.
- Чистая сила действует влево, потому что сила трения действует влево.
Поддержка учителей
Поддержка учителей
Используйте вопросы из раздела Проверьте свое понимание , чтобы оценить, усвоили ли учащиеся цели обучения, описанные в этом разделе.Если учащиеся не справляются с какой-либо конкретной целью, экзамен Check Your Understanding поможет определить, какая цель вызывает проблему, и направит учащихся к соответствующему содержанию.
Проверьте свое понимание
5.Что гласит первый закон Ньютона?
- Покоящееся тело стремится оставаться в покое, а движущееся тело стремится оставаться в движении с постоянным ускорением, если на него не действует чистая внешняя сила.
- Покоящееся тело стремится оставаться в покое, а движущееся тело стремится оставаться в движении с постоянной скоростью, если на него не действует чистая внешняя сила.
- Скорость изменения количества движения тела прямо пропорциональна внешней силе, приложенной к телу.
- Скорость изменения количества движения тела обратно пропорциональна внешней силе, приложенной к телу.
Согласно первому закону Ньютона, движущееся тело стремится оставаться в движении с постоянной скоростью. Однако, когда вы перемещаете объект по поверхности, он в конечном итоге замедляется и останавливается. Почему?
- На объект действует сила трения со стороны поверхности, которая препятствует его движению.
- На объект действует гравитационная сила, действующая со стороны Земли, которая препятствует его движению
- Объект испытывает внутреннюю силу со стороны самого тела, которая препятствует его движению.
- Объект испытывает псевдосилу от движущегося тела, которая препятствует его движению.
Что такое инерция?
- Инерция – это способность объекта сохранять свою массу.
- Инерция – это тенденция объекта оставаться в состоянии покоя.
- Инерция – это тенденция объекта оставаться в движении
- Инерция – это тенденция объекта оставаться в покое или, если он движется, оставаться в движении.
Что такое масса? От чего это зависит?
- Масса – это вес объекта, который зависит от гравитационной силы, действующей на объект.
- Масса – это вес объекта, который зависит от количества и типов атомов в объекте.
- Масса – это количество вещества, содержащегося в объекте, и оно зависит от гравитационной силы, действующей на объект.
- Масса – это количество вещества, содержащегося в объекте, и оно зависит от количества и типов атомов в объекте.
Типы движения – Физика для детей
Что такое изучение механики?
Взаимосвязь между силами, движением и энергией известна как механика. Именно благодаря изучению механики мы можем понять и вычислить различные важные константы и ограничения при разработке механического оборудования и инструментов.
Что такое движение?
Движение можно описать как перемещение объекта или тела на расстоянии во времени или как изменение положения тела или объекта во времени.
Тело не может двигаться или останавливаться, если оно уже находится в движении, если на него не действует внешняя сила. Это называется инерцией.
Каковы законы движения?
Три закона движения Ньютона определяют основу для движения тел с массой.Он определяется в трехмерной системе координат, которая определяет положение тела в неподвижном состоянии или в движении.
Первый закон движения Ньютона
Первый закон движения Ньютона гласит, что тело в состоянии покоя или в движении будет продолжать находиться в состоянии покоя или в движении, если на него не действует внешняя сила. Это означает, что вещи не могут двигаться или менять направление сами по себе. Это называется инерцией.
Второй закон движения Ньютона
Второй закон движения Ньютона гласит, что сила, действующая на тело, равна массе тела, умноженной на ускорение тела.Это означает, что если сила действует на неподвижное тело, оно будет двигаться со скоростью, с которой на него действовала сила. Если он уже находится в движении, он либо замедлится, либо ускорится, либо изменит направление в зависимости от приложенной силы.
Третий закон движения Ньютона
Третий закон движения Ньютона гласит, что на каждое действие существует равное и противоположное противодействие. Этот закон описывает, что силы работают парами. Когда сила действует на объект, равная сила прикладывается обратно к объекту.
Какие бывают типы движений?
1. Переводческое ходатайство
Поступательное движение можно описать как движение объекта по прямой линии, например, транспортное средство, едущее по дороге, или объект, падающий из-за гравитационного притяжения земли.
2. Вращательное движение
Вращательное движение – это движение объекта по круговой траектории вдоль фиксированной точки в качестве назначенного центра, и движение происходит по окружности траектории на регулярном расстоянии от центра.
3. Периодическое движение
Движение, повторяющееся через равные промежутки времени, как кресло-качалка или колебание маятника в часах.
Степени свободы
степени свободы – важный аспект в изучении механики, чтобы определить широту / переменную движения в пространстве механизма. Он в основном используется в робототехнике и кинематике для моделирования движений по определенной оси.
Что такое кинематика?
Кинематика – это наука, изучающая движение объектов.Он используется в астрофизике для изучения пути небесных тел, в механике для изучения возможных движений сочленения и сборки для создания движущихся объектов.
Движение и закон инерции Рона Куртуса
SfC Home> Физика> Механика>
Рона Куртуса
Инерция – это свойство пространства и материи, при котором объект имеет тенденцию оставаться в своем состоянии движения, если на него не действует сила.Об этом говорится в Первом законе движения Ньютона , который часто называют законом инерции .
Закон гласит, что если объект неподвижен, он останется неподвижным, если на него не будет действовать какая-либо сила. Точно так же, если объект движется с постоянной скоростью, он будет продолжать двигаться с этой скоростью, если на него не будет действовать какая-либо сила вдоль линии движения. И, наконец, если объект движется, он будет двигаться по прямой линии, если на него не будет действовать какая-либо сила под углом.
Этот закон важен для определения поведения вещей вокруг нас.
Вопросы, которые могут у вас возникнуть:
- Почему предметы остаются неподвижными?
- Почему вещи продолжают двигаться?
- Почему объекты идут по прямым линиям?
Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Конвертация единиц
Объект неподвижен
Закон инерции гласит, что неподвижные объекты останутся неподвижными, если вы не приложите к ним силу.Этот закон природы гарантирует, что вещи останутся там, где вы их поставили. Это требует, чтобы вы давили или тянули, чтобы что-то сдвинулось с мертвой точки.
Уловка по инерции
Есть уловка в гостиной, которую вы, возможно, видели, когда человек быстро вытаскивает скатерть из-под тяжелой посуды или других предметов. Если это сделано правильно, предметы останутся на месте на столе после того, как скатерть вытащит из-под них. Этот трюк работает, потому что инерция тяжелых предметов имеет тенденцию удерживать их на месте.Быстро потянув скатерть, легко преодолеть силу трения. Если скатерть тянуть медленно, трение будет больше, чем инерция, и посуда будет следовать за ней.
( Примечание : скатерть нужно натянуть на вниз по краю, иначе посуда или предметы могут взлететь вверх.)
Объект продолжит движение
Как только вы начнете движение объекта, он будет продолжать двигаться, если вы не приложите силу в противоположном направлении, чтобы замедлить его.Обычно сила трения замедляет работу. Но в космическом пространстве, где трение почти равно нулю, объект будет двигаться с заданной скоростью вечно, если на него не действует какая-то внешняя сила.
Если вы толкнете движущийся объект в направлении движения, он разовьется до новой скорости. Как только вы прекратите толкать, объект продолжит двигаться с той же скоростью, что и после того, как вы прекратили толкать.
Вещи движутся по прямой
Закон инерции гласит, что движущиеся объекты движутся по прямой линии.Вы должны приложить силу к объекту, чтобы он совершил круговое движение. Например, когда вы вращаете объект на веревке, вы прикладываете к этому объекту силу со стороны веревки, чтобы заставить его двигаться. Как только вы отпустите веревку (или силу), объект полетит по прямой.
Точно так же Луна притягивается к Земле гравитационной силой. Этой силы достаточно, чтобы заставить Луну вращаться вокруг Земли. Если гравитация прекратится, Луна улетит по прямой в космическое пространство.
Сводка
Закон инерции гласит, что материя остается в своем состоянии движения и направления, если на нее не действует сила. Неподвижные объекты останутся неподвижными, если на них не будет действовать какая-либо сила. Движущиеся объекты продолжают двигаться с постоянной скоростью, если на них не действует какая-либо сила. Кроме того, движущиеся объекты будут двигаться по прямой, если на них не будет действовать какая-либо сила под углом.
Не позволяйте вашей личной инерции сдерживать вас
Ресурсы и ссылки
Полномочия Рона Куртуса
Сайтов
Первый закон движения Ньютона – Физический класс
Законы движения Ньютона – Википедия
Физические ресурсы
Книги
(Примечание: Школа чемпионов может получать комиссионные от покупки книг)
Книги по физике движения с самым высоким рейтингом
Поделиться страницей
Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:
Студенты и исследователи
Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
motion_inertia.htm
Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.
Авторские права © Ограничения
Где ты сейчас?
Школа чемпионов
По физике
Движение и закон инерции
DK Science: Dynamics
Динамика – это исследование того, как объекты движутся под действием силы.Обычно объекты остаются неподвижными или движутся с постоянной скоростью. Они сопротивляются изменениям в своем движении из-за своей ИНЕРЦИИ. Когда они начинают двигаться, они, как правило, продолжают это делать из-за своего МОМЕНТА. Большинство типов повседневного движения можно объяснить всего тремя простыми ЗАКОНАМИ ДВИЖЕНИЯ. Первоначально они были разработаны английским физиком сэром Исааком Ньютоном.
Три закона движения Ньютона (часто называемые законами Ньютона) объясняют, как силы заставляют объекты двигаться. Когда силы, действующие на объект, уравновешены, его движение не меняется.Когда силы неуравновешены, общая сила действует в одном направлении. Это изменяет скорость объекта или направление, в котором он движется. Физики называют изменение скорости или направления ускорением.
Объект будет оставаться неподвижным или двигаться с постоянной скоростью, если на него не действует сила. Например, ракета на стартовой площадке остается на месте, потому что на нее не действует сила, заставляющая ее двигаться.
Когда на объект действует сила, она заставляет объект изменять скорость или двигаться в другом направлении.Когда двигатели ракеты срабатывают, создаваемая ими сила поднимает ракету над стартовой площадкой и поднимает ее в воздух.
Когда на объект действует сила, объект тянет или отталкивает назад. Эта реакция равна исходной силе, но в противоположном направлении. Когда горячие газы вылетают из двигателей, равная сила толкает ракету вверх.
БИОГРАФИЯ: SIR ISAAC NEWTON English, 1642–1727
Три закона движения Ньютона позволили ему создать полную теорию гравитации, силы, которая доминирует в нашей Вселенной, и объяснить, почему Луна вращается вокруг Земли.Ньютон также сделал важные открытия в оптике (теории света) и объяснил, как белый свет состоит из многих цветов.
Первый закон Ньютона объясняет, что объекты остаются на месте или движутся с постоянной скоростью, если на них не действует сила. Эта идея известна как инерция. Чем больше вес (или масса) объекта, тем больше у него инерции. Тяжелые предметы перемещать труднее, чем легкие, потому что они обладают большей инерцией. Инерция также затрудняет остановку тяжелых предметов, когда они движутся.
При ускорении автомобиля пассажиры отбрасываются назад; когда автомобиль тормозит или разбивается, пассажиры выбрасываются вперед. В обоих случаях это связано с тем, что инерция, вызванная их массой, сопротивляется изменению движения. Во время краш-тестов манекены, которые весят как человеческое тело, используются для проверки ремней безопасности и подушек безопасности.
Движущиеся объекты продолжают движение, потому что у них есть импульс. Импульс движущегося объекта увеличивается вместе с его массой и скоростью.