В физике раздел механики: Раздел физики, механики, 10 (десять) букв

Глоссарий по теме “Механика” – Физика 10 класс. Раздел “Механика”

Архимедова сила (F_A) – сила, действующая со стороны жидкости или газа на погруженное в них тело.

Атмосферное давление (р) – давление, оказываемое на поверхность Земли ее воздушной оболочкой.

Второй закон Ньютона – ускорение, которое возникает у тела в процессе взаимодействия, прямо пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально массе тела.

Давление (р) – физическая скалярная величина, измеряемая отношением силы, действующей перпендикулярно площади поверхности, к площади этой поверхности.

Закон Архимеда – на погруженное в жидкость или газ тело действует выталкивающая сила, численно равная весу жидкости (газа), вытесненной этим телом, и приложенная к центру тяжести вытесненного телом объема жидкости (газа).

Закон Бернулли – в каждой точке установившегося потока жидкости сумма внешнего (р_вн), гидростатического (pgh) и динамического (pv

2/2) давления есть величина постоянная.

Закон всемирного тяготения – сила взаимного притяжения двух тел, которые могут быть приняты за материальные точки, прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Закон Паскаля – жидкости и газы передают производимое на них давление одинаково по всем направлениям.

Закон сохранения импульса тела – векторная сумма импульсов тел в замкнутой системе остается постоянной при любых взаимодействиях этих тел между собой.

Закон сохранения механической энергии – в замкнутой системе, в которой не действуют силы трения и сопротивления, сумма кинетической и потенциальной энергии всех тел системы остается величиной постоянной.

Замкнутая система – совокупность физических тел, у которых взаимодействия с внешними телами отсутствуют или скомпенсированы.

Импульс тела (р) – физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость.

Инерциальная система отсчета – система, в которой тело находится в покое или движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.

Кинематика – раздел механики, изучающий способы описания движений и связей между величинами, которые характеризуют эти движения.

Кинетическая энергия (Е_к) – энергия движущегося тела, равная mv²/2

Масса (m, M) – физическая величина, определяющая инерционные и гравитационные свойства материи, измеряется в кг.

Материальная точка – идеализированная модель физического тела, размерами которого можно пренебречь при решении поставленной задачи.

Мгновенная скорость (v) – векторная величина, характеризующая быстроту перемещения и равная отношению перемещения ко времени, за которое это перемещение произошло, при условии дельта t -> 0.

Механическое движение – изменение положения одного тела относительно другого со временем.

Мощность (Р, N) – величина, характеризующая скорость выполнения работы. Она равна отношению совершенной работы ко времени, за которое она выполнена.

Невесомость – отсутствие давления на подставку тела, расположенного на ней, или на подвес.

Неупругий удар – взаимодействие, при котором действует закон сохранения импульса, но не действует закон сохранения механической энергии.

Основное уравнение динамики (ОУД) – векторная сумма сил, действующих на тело, равна произведению массы на его ускорение.

Первый закон Ньютона – постулат существования инерциальных систем отсчета.

Перемещение (s) – векторная величина, равная радиусу-вектору, проведенному от начальной точки траектории к конечной ее точке.

Потенциальная энергия (Е_р, W) – энергия взаимодействия системы тел, изменение которой равно совершенной работе.

Путь (l) – длина траектории за время At.

Работа механическая (А) – физическая величина, равная произведению силы, перемещения и косинуса угла между направлением действия силы и перемещением.

Радиус-вектор (r) – направленный отрезок, соединяющий начало координат и точку с произвольными координатами.

Система отсчета – система, в которую входят тело отсчета, связанная с ним система координат и способ измерения времени движения с указанием на начало его отсчета.

Сообщающиеся сосуды – сосуды, соединенные трубкой, которая заполнена жидкостью.

Средняя скорость (v_ср) – величина, равная отношению перемещения ко времени, за которое это перемещение произошло.

Тело отсчета – тело, относительно которого наблюдается движение.

Траектория – линия, по которой движется материальная точка в заданной системе отсчета.

Упругий удар – взаимодействие, при котором действуют закон сохранения импульса и закон сохранения механической энергии.

Ускорение (a) – векторная величина, характеризующая быстроту изменения скорости и равная отношению изменения скорости ко времени, за которое оно произошло.

Движение, его причина и направление. Динамика – раздел механики, изучающий причины движения тел Примеры решения задач

Нелегко найти взрослого человека, который ни разу в жизни не слыхал крылатой фразы «Движение – это жизнь».

Существует и другая формулировка данного высказывания, звучащая несколько иначе: «Жизнь – это движение». Авторство данного афоризма принято приписывать Аристотелю – древнегреческому ученому и мыслителю, который считается основоположником всей «западной» философии и науки.

Сегодня трудно сказать с полной уверенностью, действительно ли великий древнегреческий философ когда-либо произносил подобную фразу, и как именно она звучала в те далекие времена, но, взглянув на вещи непредвзято, следует признать, что приведенное выше определение движения является хотя и звучным, но довольно расплывчатым и метафоричным. Попробуем разобраться, что же представляет собой движение с научной точки зрения.

Понятие движения в физике

Физика дает понятию

«движение» вполне конкретное и однозначное определение. Раздел физики, изучающий движение материальных тел и взаимодействие между ними, называют механикой.

Раздел механики, изучающий и описывающий свойства движения без учета его конкретных причин, называется кинематика. С точки зрения механики и кинематики движением считается происходящее с течением времени изменение положения физического тела относительно других физических тел.

Что такое броуновское движение?

В задачи физики входит наблюдение и изучение любых проявлений движения, которые происходят или могли бы происходить в природе.

Одним из видов движения является так называемое броуновское движение, известное большинству читателей данной статьи из школьного курса физики. Для тех, кто по каким-то причинам не присутствовал при изучении данной темы или успел основательно ее подзабыть, поясним: броуновским движением называют беспорядочное движение мельчайших частиц вещества.


Броуновское движение происходит везде, где присутствует какая-либо материя, температура которой превышает абсолютный нуль. Абсолютным нулем называют температуру, при которой броуновское движение частиц вещества должно прекращаться. По шкале Цельсия, которой мы привыкли пользоваться в повседневной жизни для определения температуры воздуха и воды, температура абсолютного нуля составляет 273,15 °C со знаком минус.

Создать условия, вызывающие такое состояние вещества, ученым пока не удалось, более того, существует мнение, что абсолютный нуль является чисто теоретическим допущением, но на практике он недостижим, так как полностью остановить колебания частиц вещества невозможно.

Движение с точки зрения биологии

Поскольку биология тесно связана с физикой и в широком смысле совершенно от нее неотделима, в этой статье мы рассмотрим движение также и с точки зрения биологии. В биологии движение рассматривается как одно из проявлений жизнедеятельности организма. С этой точки зрения движение является результатом взаимодействия сил, внешних по отношению к отдельно взятому организму, с внутренними силами самого организма.

Другими словами, внешние раздражители вызывают определенную реакцию организма, которая проявляется в движении.

Следует отметить, что хотя формулировки понятия «движение», принятые в физике и биологии, несколько отличаются друг от друга, по своей сути они не вступают ни в малейшее противоречие, являясь просто различными определениями одного и того же научного понятия.


Таким образом мы убеждаемся в том, что крылатое выражение, о котором шла речь в начале данной статьи, вполне согласуется с определением движения с точки зрения физики, поэтому нам остается лишь еще раз повторить прописную истину: движение – это жизнь, а жизнь – это движение.

В чем причина движения? Аристотель – движение возможно только под действием силы; при отсутствии сил тело будет покоится. Галилей – тело может сохранять движение и в отсутствии сил. Сила необходима для того чтобы уравновесить другие силы, например, силу трения Ньютон – сформулировал законы движения.

Слайд 4 из презентации «Взаимодействие тел, законы Ньютона» . Размер архива с презентацией 304 КБ.

Физика 10 класс

краткое содержание других презентаций

««Сила трения» 10 класс» – Причины силы трения. Виды трения. Таблица для запоминания формул. Меч – это костяной отросток верхней челюсти рыбы. Сила трения. Трущиеся материелы. Как уменьшают и увеличивают трение. Определение коэффициента трения скольжения. Какую силу необходимо приложить к саням. Как можно увеличить силу трения. Речь пойдет о многократном победителе. Сила, которая возникает при движении одного тела по поверхности.

««Тепловые двигатели» 10 класс» – Охрана окружающей среды. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды. Основные компоненты двигателя. История создания. Физика как наука предполагает не только изучение теории. Дизельные двигатели. Ракетные двигатели. Немного о создателе. Дени Папен. Применение. Гамфри Поттер. Пионеры ракетно-космической техники. Двухтактный двигатель. Огненное сердце. Профилактические меры. Как решить проблему. Охрана природы.

«Виды лазеров» – Жидкостный лазер. Полупроводниковый лазер. Источник электромагнитного излучения. Классификация лазеров. Свойства лазерного излучения. Химический лазер. Усилители и генераторы. Газовый лазер. Твердотельные лазеры. Применение лазера. Ультрафиолетовый лазер. Лазер.

«Законы постоянного электрического тока» – Виды соединения проводников. Общее сопротивление цепи. Последовательное и параллельное соединения. Знания основных законов постоянного тока. Действия электрического тока. Закон Ома для участка цепи. «Минусы» соединений. Преобразование цепей. Схемы соединений. Ошибки. Электрический ток. Сопротивления. Сила тока. Вольтметр. «Плюсы» соединений. Основные формулы темы. Общее сопротивление. Законы постоянного тока.

«Насыщенный и ненасыщенный пар» – Конденсационный гигрометр. Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Абсолютная влажность воздуха. Приступаем к решению задач. Относительная влажность воздуха. Интересные явления. Изотермы реального газа. Испарение жидкости. Зона комфорта для человека. Роса. Определение влажности воздуха. Иней. Волосной гигрометр. Научимся пользоваться таблицей. Кипение. Процессы, происходящие в закрытом сосуде.

«Определение поверхностного натяжения» – Коэффициент поверхностного натяжения. Результаты исследования. Отношение к материалу урока. Виртуальная лабораторная работа. Длина проволоки. Сферическая поверхность. Поверхностное натяжение. Проблемный опыт. Как соединяются мыльные пузыри. Коррекция знаний. Процесс образования мыльных пузырей. Выдуть мыльные пузыри. Мыльные пузыри различного размера. Какие силы действуют вдоль поверхности жидкости.

Движение – это изменение чего-либо. Уже на эмпирическом уровне видно, что природа как множество естественных явлений – это не нечто застывшее и неизменное, а, наоборот, то, что находится в процессе постоянного движения. Смена дня на ночь и времен года, течение воды в реках и осадки, вращение планет вокруг Солнца и возникновение новых звезд – вот только некоторые факты, на основании которых можно говорить, что в природе все время происходят изменения.

Констатация факта постоянного изменения всего нашло свое выражение уже в античности в известном изречении Гераклита о том, что «все течет, подобно реке». Эмпирическое наблюдение требует соответствующего теоретического объяснения, главным содержанием которого являются ответы на следующие вопросы: 1) Почему происходит движение? 2) Как связаны между собой разные виды движения? 3) Существует ли общее направление изменений?

Со времен античности и до Нового времени объяснение движения строилось, с одной стороны, на основе обыденных наблюдений, а с другой, – на основе таких антропоморфных предпосылок, как представление о целесообразности всего и об идеальном как объективно-субстанциональном.

В частности, согласно тому же Гераклиту, «все возникает в силу противоположности. … Космос … рождается из огня и снова сгорает дотла через определенные периоды времени, попеременно в течение совокупной вечности, происходит же это согласно судьбе. Та из противоположностей, которая ведет к возникновению космоса, называется войной и распрей, а та, что – к сгоранию – согласием и миром, изменение – путем вверх-вниз, по которому и возникает космос. Сгущаясь, огонь увлажняется и, сплачиваясь, становится водой; вода, затвердевая, превращается в землю: это путь вниз. Земля, в свою очередь, снова тает, из нее возникает вода, а из воды все остальное».

Cогласно физическим представлениям Аристотеля (сохранявшим свое значение до конца эпохи Возрождения), каждое тело стремится к своему месту, причем направление и скорость движения последнего зависят от того материала, из которого оно состоит. «Легкие» тела (например, огонь) стремятся к верху, а «тяжелые» (например, камни) – к низу. Достигнув своего «естественного» места, тело приходит в состояние покоя, поэтому для того, чтобы оно вновь стало двигаться, нужен движитель. Все на Земле движется, в конечном итоге, в результате действия некоего космического перводвигателя, который, сам, будучи идеальным, вечно вращается по кругу. Логика этого рассуждения такова: круговое движение – зримый символ бесконечного, т.е. вечного; перводвигатель идеален, а идеальное – вечно; значит, вечный идеальный перводвигатель вечно движется по кругу, как бы передавая силу своего движения на Землю; земное движется также и потому, что оно стремится к перводвигателю как к совершенству.

Физические представления о «естественности» покоя и «насильственности» движения в Средние века часто использовались в рамках т.н. «естественной теологии», где на их основе пытались строить естественнонаучное доказательство бытия бога (перводвигатель это и есть бог).

В Новое время антропоморфизм в физике был преодолен, и в результате теоретических и экспериментальных исследований стало понятно, что покой – не естественное и не абсолютное состояние тел, а движение не всегда насильственно. В частности, согласно первому закону классической механики Ньютона движение и покой есть равновероятные состояния и любое тело вечно движется или покоится до тех пор, пока не испытает противодействия со стороны других сил.

Открытие гравитационного взаимодействия как притяжения (закон всемирного тяготения, XVII в.) и электромагнитного взаимодействия как притяжения и отталкивания (закон Кулона о взаимодействии точечных электрических зарядов, XVIII в.) в значительной мере способствовало утверждению общего представления о том, что движение – это внутреннее свойство материи, т. е. идеи о том, что движение – это самодвижение материи. Французский философ Поль Анри Гольбах (1723 – 1789) выразил эту характерную для XVIII в. мысль следующим образом: «Спросят нас: откуда эта природа получила свое движение? Мы ответим, что от самой себя, ибо она есть великое целое, вне которого ничего не может существовать. Мы скажем, что движение – это способ существования, необходимым образом вытекающий из сущности материи; что материя движется благодаря собственной энергии; что она обязана своим движением внутренне присущим ей силам».

Согласно современным физическим представлениям, все множество наблюдаемых движений физических объектов в действительности представляет собой проявление четырех видов фундаментальных взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого ядерных.

Гравитационное взаимодействие обусловлено наличием у тел массы, и оно доминирует в мегамире. Закон всемирного тяготения является формальным выражением условий и величины этого взаимодействия. Электромагнитное взаимодействие обусловлено специфическим свойством ряда элементарных частиц, которое называется электрическим зарядом. Оно играет ведущую роль в макро- и микромире вплоть до расстояний, превосходящих размеры атомных ядер. Благодаря электромагнитному взаимодействию существуют атомы и молекулы и происходят химические превращения вещества. Ядерные взаимодействия проявляются лишь на расстояниях, сравнимых с размером атомного ядра. Все четыре типа фундаментальных взаимодействий весьма несхожи между собой (в частности, гравитационное взаимодействие – это только притяжение, а электромагнитное существует как притяжение и отталкивание) и обусловлены существенно разными механизмами. Тем не менее, в рамках теоретической физики существует вопрос о возможности построения единой теории всех фундаментальных взаимодействий. Тем более что в результате экспериментальных исследований взаимодействий элементарных частиц в 1983 г. было обнаружено, что при больших энергиях столкновения элементарных частиц слабое и электромагнитные взаимодействия не различаются и их можно рассматривать как единое электрослабое взаимодействие.

В современных естественных науках, а также в философии принято говорить об уровнях организации материи (выделяют физический, химический, биологический уровни организации), классификация которых основана на выделении соответствующих видов движения материи. В частности, движение материи на физическом уровне ее организации – это рассмотренные нами 4 фундаментальных взаимодействия; движение на химическом уровне – превращения веществ; на биологическом – обмен веществ внутри живого организма. Названные уровни организации материи представляют собой последовательные формы усложнения последней, при этом каждый следующий уровень не отделен от предыдущего непроходимой гранью, а является результатом его естественного развития. В частности, органические вещества могут возникать не только вследствие жизнедеятельности биологических организмов, но также и без них – в результате синтеза неорганических. В 1953 г. американский химик С. Миллер экспериментально доказал возможность абиогенного синтеза органических соединений из неорганических. Пропуская электрический разряд через смесь неорганических соединений, он получил органические кислоты.

Проблема направления движения, понятая в предельно общем смысле, может быть интерпретирована как теория тепловой смерти Вселенной (регресс) и как теория самоорганизации (прогресс).

Гипотеза о тепловой смерти Вселенной – это следствие второго начала термодинамики. Одним из первых эту гипотезу в середине XIX века высказал немецкий физик Рудольф Клаузиус (1822 – 1888) на основе толкования им второго начала термодинамики. Из второго начала следует, что на макроскопическом уровне существуют направленные и необратимые физические процессы. Для того чтобы это понять, рассмотрим следующий пример. Допустим, мы приносим в комнату только что вскипевший чайник и наливаем из него в стакан воду. Понятно, что температура воды в чайнике значительно выше температуры окружающей среды. Пусть температура воды 100 градусов, а температура в комнате 18 градусов. Что произойдет потом? Очевидно, вода постепенно остынет, а воздух немного нагреется. В конечном итоге температура воды и воздуха сравняется и будет, допустим, 18,5 градусов, то есть наступит термодинамическое равновесие. Возможно ли развитие событий в обратном направлении, когда чайник с водой начнет отбирать тепло из воздуха и в результате опять нагреется, а воздух, соответственно, остынет? Чисто теоретически да, но реальная вероятность этого близка к нулю.

Наш мир можно рассматривать как гигантскую термодинамическую систему, которая находится в неравновесном состоянии. Энергия сконцентрирована главным образом в горячих звездах и постепенно мигрирует в гораздо более холодное межзвездное пространство. Все имеющиеся двигатели оказываются работоспособными, в конечном итоге, за счет существования указанной глобальной неравновесности. Поэтому вполне естественными является вопрос о перспективах, связанных со стремлением глобальной системы к термодинамическому равновесию.

Согласно Клаузиусу, энтропия Вселенной стремиться к максимуму. Из этого следует, что во Вселенной, в конце концов, все виды энергии должны перейти в энергию теплового движения, которая равномерно распределится по всему веществу Вселенной. После чего в ней прекратятся все макроскопические процессы или наступит «тепловая смерть» .

Солнечная система, например, может рассматриваться как замкнутая неравновесная термодинамическая система. Энергия здесь главным образом сосредоточена на Солнце. Более 95% используемой человеком энергии – это энергия Солнца . Очевидно, если оно перестанет снабжать нас энергией, и мы израсходуем все ее запасы, то никакая работа окажется невозможной .

Таким образом, если и весь окружающий мир действительно считать замкнутой системой, к которой применимы выводы классической термодинамики, то при достижении равновесия он должен представлять собой однородное тело с постоянной температурой, плотностью вещества и излучения, в котором не будет возможно никакое направленное преобразование энергии.

Основные возражения против гипотезы тепловой смерти Вселенной следующие: 1) Вселенная не является изолированной системой. 2) Почему Вселенная, существующая неограниченный период времени, до сих пор не достигла состояния термодинамического равновесия?

Долгое время существовало представление, что способностью к самоорганизации обладают только биологические объекты и системы. После появления компьютеров, самообучающихся программ и возникновения робототехники стало понятно, что искусственные объекты тоже могут эволюционировать. Относительно недавно выяснилось, что способностью к самоорганизации могут обладать и объекты неживой природы, возникшие естественным путем без участия человека. В частности, в физике известны феномены образования устойчивых вихрей в нестационарных потоках жидкостей и газов; возникновение упорядоченного излучения в лазерах; образование и рост кристаллов. В химии – концентрационные колебания в реакции Белоусова – Жаботинского.

Необходимость и законы самоорганизации изучает синергетика. Термин «синергетика» предложил в начале 70-х гг. XX в. немецкий физик Герман Хакен (род. 1927 г.). Большой вклад в развитие теории самоорганизации внес бельгийский и американский физик Илья Пригожин (1917 – 2003). В настоящее время синергетика – это междисциплинарное направление научных исследований, предмет которого – общие закономерности самоорганизации в природных и социальных системах.

Для самопроизвольного возникновения более упорядоченных структур из структур менее упорядоченных необходимо сочетание следующих условий:

Они могут образовываться только в открытых системах . Для их возникновения обязателен приток энергии извне, компенсирующий потери и обеспечивающий существование упорядоченных состояний;

Упорядоченные структуры возникают в макроскопических системах, то есть системах, состоящих из большого числа атомов, молекул, клеток и т.д. Упорядоченное движение в таких системах всегда носит кооперативный характер, так как в него вовлекается большое число объектов.

Следует особо подчеркнуть, что самоорганизация не связана с каким-либо особым классом веществ. Она существует лишь при особых внутренних и внешних условиях системы и окружающей среды.

Рассмотрим простейший пример самоорганизации – ячейки Бенара . Структурирование (т.е. организацию) первоначально однородной жидкости можно наблюдать при возникновении конвекции (перемешивании ее слоев). Пусть в начальный момент жидкость находится в покое при некоторой постоянной температуре. Далее начнем подогревать ее снизу. По мере повышения интенсивности нагрева возникает явление конвекции: нагретый нижний слой жидкости расширяется, становится более легким и поэтому стремиться всплыть вверх. На смену ему, сверху вниз, опускается более холодный и плотный слой. Сначала это происходит спорадически: восходящие потоки возникают то в одном, то в другом месте и существуют недолго. То есть конвекция идет в хаотическом режиме. Когда разность температур между верхним и нижним слоем жидкости достигает некоторого критического значения, картина меняется принципиальным образом. Весь объем жидкости разделяется на одинаковые ячейки, в каждой из которых происходят уже незатухающие конвекционные движения частиц жидкости по замкнутым траекториям. Характерные размеры ячеек Бенара в случае экспериментов с жидкостью находятся в миллиметровом диапазоне (10 -3 м), в то время как характерный пространственный масштаб межмолекулярных сил приходится на существенно меньший диапазон: 10 -10 м. Иначе говоря, отдельная ячейка Бенара содержит около 10 21 молекул. Таким образом, огромное число частиц может демонстрировать когерентное (согласованное) поведение.

Ячейки Бенара могут образовываться при соответствующих условиях в любых жидкостях. Такие ячейки обнаружены на поверхности Солнца и предположительно существуют в мантии Земли. Более того, согласно современным астрономическим представлениям, наблюдаемая часть Вселенной также состоит из ячеистых структур – скоплений галактик.

Кроме самоорганизации, другим важным понятием синергетики является понятие бифуркации. Термин «бифуркация» – развилка или разделение надвое – в современной научной терминологии служит для описания особенности поведения сложных систем, которые подвержены воздействиям и напряжениям. В определенный момент такие системы должны сделать критический выбор: пойти либо по одной, либо по другой ветви развития. Простейший пример системы, находящейся в точке бифуркации – это неустойчивое равновесие шарика на поверхности выпуклой сферы большого диаметра. Шарик может скатиться с поверхности сферы в любую сторону и практически в любой момент времени. В рассмотренном примере с ячейками Бенара точкой бифуркации является случайное возникновение право- или левовращательных ячеек в жидкости. Подобная картина наблюдается и при биологической эволюции: случайная мутация, которая приведет к качественной необратимой перестройке организма, есть, говоря языком синергетики, точка бифуркации. Таким образом, понятие бифуркации может использоваться для описания изменений в самых разных системах, в том числе экологических и социальных.

Важнейшими особенностями точки бифуркации является то, что, во-первых, прохождение через нее переводит систему в качественно новое состояние, во-вторых, нельзя заранее знать, по какому именно направлению пойдет развитие системы, то есть бифуркация не детерминирована однозначно.

Следует четко представлять, что основная идея синергетики заключается в том, чтобы описать возможность самопроизвольного (без вмешательства человеческого разума) возникновения упорядочены структур из неупорядоченных или, говоря словами И. Пригожина, «порядка из хаоса» .

Причиной того, что тело начинает двигаться, является действие на это тело других тел. Мяч покатится только, если ударить его. Человек подпрыгнет, если оттолкнётся от пола. Некоторые тела действуют на расстоянии. Так, Земля притягивает всё вокруг, поэтому, если выпустить из рук мяч, то он сразу начнёт двигаться вниз. Скорость движения тела тоже может изменяться только при действии на это тело других тел. Например, мяч резко изменяет скорость движения, наталкиваясь на стену, а птица делает крутой вираж, отталкивая воздух своими крыльями и хвостовым опереньем.

Все вышеперечисленные примеры и множество других, с которыми мы встречаемся на каждом шагу, говорят о том, что тело может изменить свою скорость только тогда, когда на него подействуют другие тела. И наоборот, если на тело не действуют никакие другие тела, то тело будет находиться в покое или двигаться равномерно и прямолинейно. Впервые к такому выводу пришёл Г. Галилей в начале XVII века, а век спустя И. Ньютон назвал это одним из основных законов механики.

Способность тела сохранять свою скорость называют его инерцией. Поэтому закон, открытый Г. Галилеем и сформулированный И. Ньютоном, называют законом инерции или первым законом Ньютона.

Закон инерции справедлив далеко не во всех системах отсчёта. Например, в системе отсчёта, связанной с движущимся автомобилем, его водитель при резком торможении начинает двигаться вперёд, хотя никакие тела на него не действуют. Стоя на диске, который начинает вращаться вокруг своей оси, мы чувствуем, как какая-то неведомая сила заставляет двигаться нас от центра этого диска. Очевидно, что в этих двух системах отсчёта – тормозящий автомобиль и вращающийся диск, закон инерции не выполняется.

Системы отсчёта, в которых выполняется закон инерции, называют инерциальными системами отсчёта. Систему отсчёта, связанную с Землёй, можно считать инерциальной, хотя, как известно, Земля (как диск в одном из предыдущих примеров) вращается вокруг своей оси, но так медленно, что только очень точные измерения показывают несоблюдение закона инерции в этой системе отсчёта.

Если тело отсчёта движется равномерно, прямолинейно и поступательно относительно инерциальной системы отсчёта, то система отсчёта, связанная с этим телом тоже является инерциальной. Докажем это, используя правило преобразования скоростей при переходе от одной системы отсчёта к другой (см. § 2). Пусть скорость тела М (см. рис.7), измеренная в системе отсчёта С 1 равна v 1 , тогда скорость v2 того же тела, но измеренная в системе отсчёта С 2 , движущейся относительно С 1 со скоростью v, равна:

v 2 = v 1 – v (7.1)

Из (7.1) следует, что изменения скоростей Dv 1 и Dv 2 за промежуток времени Dt должны быть одинаковы, так как скорость v остаётся неизменной. Поэтому величины ускорения тела М, измеренные в обеих системах, отсчёта тоже будут одинаковы. В частности, если тело М, на которое не действуют другие тела, движется без ускорения, т.е равномерно, в системе отсчёта С 1 , то его движение относительно системы С2 тоже будет равномерным, а значит систему отсчёта С 2 тоже можно считать инерциальной. Так, например, если считать Землю инерциальной системой отсчёта, то вагон поезда, движущийся равномерно, прямолинейно и поступательно, можно тоже считать инерциальной системой отсчёта.

Вопросы для повторения:

· Что изучает динамика?

· Что является причиной ускорения тела?

· Дайте определение инерции тела и сформулируйте закон инерции.

· Какие системы отсчёта называют инерциальными?

· Приведите примеры инерциальных систем отсчёта и тех, в которых закон инерции не соблюдается.

Рис. 7. Система отсчёта С2 является инерциальной, так как движется относительно инерциальной системы С1 поступательно, равномерно и прямолинейно со скоростью v. Показан способ вычисления скорости v2 тела М относительно системы С2 по известной скорости v1 этого тела в системе С1 .

§ 8. СИЛА – МЕРА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТЕЛ: ВИДЫ СИЛ И ИХ ИЗМЕРЕНИЕ

«) примерно в V в. до н. э. Видимо, одним из первых объектов ее исследования была механе-подъёмная машина, применявшаяся в театре для подъема и опускания актеров, изображавших богов. Отсюда и произошло название науки.

Люди уже давно заметили, что они живут в мире Движущихся предметов – качаются деревья, летят птицы, плывут корабли, поражают цели стрелы, выпущенные из лука. Причины подобных загадочных тогда явлений занимали умы древних и средневековых ученых.

В 1638 г. Галилео Галилей писал: «В природе нет ничего древнее движения, и о нем философы написали томов немало и немалых». Древние и особенно ученые средневековья и эпохи Возрождения ( , Н. Коперник, Г. Галилей, И. Кеплер, Р. Декарт и др.) уже правильно толковали отдельные вопросы движения, однако в целом ясного понимания законов движения во времена Галилея не было.

Учение о движении тел впервые предстает как строгая, последовательная наука, построенная, как и геометрия Евклида, на истинах, не требующих доказательств (аксиомах), в фундаментальном труде Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии», изданном в 1687 г. Оценивая вклад в науку ученых-предшественников, великий Ньютон сказал: «Если мы видели дальше других, то это потому, что стояли на плечах гигантов».

Движения вообще, движения, безотносительного к чему-либо, нет и быть не может. Движение тел может происходить только относительно других тел и связанных с ними пространств. Поэтому в начале своего труда Ньютон решает принципиально важный вопрос о пространстве, относительно которого будет изучаться движение тел.

Чтобы придать конкретность этому пространству, Ньютон связывает с ним систему координат, состоящую из трех взаимно перпендикулярных осей.

Ньютон вводит понятие абсолютное пространство, которое определяет так: «Абсолютное пространство по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему остается всегда одинаковым и неподвижным». Определение пространства как неподвижного тождественно предположению о существовании абсолютно неподвижной системы координат, относительно которой рассматривается движение материальных точек и твердых тел.

В качестве такой системы координат Ньютон принимал гелиоцентрическую систему , начало которой он помещал в центр , а три воображаемых взаимно перпендикулярных оси направлял к трем «неподвижным» звездам. Но сегодня известно, что в мире нет ничего абсолютно неподвижного – вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца, Солнце движется относительно центра Галактики, Галактика – относительно центра мира и т. д.

Таким образом, если говорить строго, то абсолютно неподвижной системы координат не существует. Однако движение «неподвижных» звезд относительно Земли настолько медленное, что для большинства задач, решаемых людьми на Земле, этим движением можно пренебречь и считать «неподвижные» звезды действительно неподвижными, а абсолютно неподвижную систему координат, предложенную Ньютоном, действительно существующей.

По отношению к абсолютно неподвижной системе координат Ньютон сформулировал свой первый закон (аксиому): «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными изменять это состояние».

С тех пор предпринимались и предпринимаются попытки редакционно улучшить формулировку Ньютона. Один из вариантов формулировок звучит так: «Тело, движущееся в пространстве, стремится сохранить величину и направление своей скорости» (имеется в виду, что покой – это движение со скоростью, равной нулю). Здесь уже вводится понятие одной из важнейших характеристик движения – поступательной, или линейной, скорости. Обычно линейная скорость обозначается V.

Обратим внимание на то, что в первом законе Ньютона говорится только о поступательном (прямолинейном) движении. Однако всем известно, что в мире существует и другое, более сложное движение тел – криволинейное, но о нем позже…

Стремление тел «удерживаться в своем состоянии» и «сохранять величину и направление своей скорости» называется инертностью , или инерцией , тел. Слово «инерция» латинское, в переводе на русский оно означает «покой», «бездействие». Интересно отметить, что инерция – органическое свойство материи вообще, «врожденная сила материи», как говорил Ньютон. Она свойственна не только механическому движению, но и другим явлениям природы, например электрическим, магнитным, тепловым. Инерция проявляется и в жизни общества, и в поведении отдельных людей. Но вернемся к механике.

Мерой инерции тела при его поступательном движении является масса тела, обозначаемая обычно m. Установлено, что при поступательном движении на величину инерции не влияет распределение массы внутри объема, занимаемого телом. Это дает основание при решении многих задач механики отвлечься от конкретных размеров тела и заменить его материальной точкой, масса которой равна массе тела.

Местоположение этой условной точки в объеме, занимаемом телом, называется центром масс тела , или, что почти то же самое, но более знакомо, центром тяжести .

Мерой механического прямолинейного движения, предложенной еще Р. Декартом в 1644 г., является количество движения, определяемое как произведение массы тела на его линейную скорость: mV.

Как правило, движущиеся тела не могут продолжительное время сохранять неизменным величину количества своего движения: расходуются в полете запасы топлива, уменьшая массу летательных аппаратов, тормозят и разгоняются поезда, изменяя свою скорость. Какая же причина вызывает изменение количества движения? Ответ па этот вопрос дает второй закон (аксиома) Ньютона, который в современной формулировке звучит так: скорость изменения количества движения материальной точки равна силе, действующей на эту точку.

Итак, причиной, вызывающей движение тел (если вначале mV=0) или изменяющей их количество движения (если вначале mV не равно О) относительно абсолютного пространства (других пространств Ньютон не рассматривал), являются силы. Эти силы позже получили уточняющие названия – физические , или Ньютоновы , силы. Они обычно обозначаются F.

Сам Ньютон дал следующее определение физическим силам: «Приложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения». Существует много других определений силы. Л. Купер и Э. Роджерс – авторы замечательных популярных книг по физике, избегая скучноватых строгих определений силы, с известной долей лукавства вводят свое определение: «Силы – это то, что тянет и толкает». До конца не ясно, но какое-то представление о том, что такое сила, появляется.

К физическим силам относятся: силы , магнитные (см. статью « «), силы упругости и пластичности, силы сопротивления среды, света и многие другие.

Если во время движения тела его масса не меняется (только этот случай будет рассматриваться в дальнейшем), то формулировка второго закона Ньютона значительно упрощается: «Действующая на материальную точку сила равна произведению массы точки на изменение ее скорости».

Изменение линейной скорости тела или точки (по величине или направлению – запомним это) называется линейным ускорением тела или точки и обозначается обычно а.

Ускорения и скорости, с которыми тела движутся относительно абсолютного пространства, называются абсолютными ускорениями и скоростями .

Кроме абсолютной системы координат, можно представить себе (конечно, с какими-то допущениями) другие системы координат, которые движутся относительно абсолютной прямолинейно и равномерно. Поскольку (согласно первому закону Ньютона) покой и равномерное прямолинейное движение эквивалентны, то в таких системах справедливы законы Ньютона, в частности первый закон – закон инерции . По этой причине системы координат, движущиеся равномерно и прямолинейно относительно абсолютной системы, получили название инерциальных систем координат .

Однако в большинстве практических задач людей интересует движение тел не относительно далекого и неосязаемого абсолютного пространства и даже не относительно инерциальных пространств, а относительно других более близких и вполне материальных тел, например пассажира относительно кузова автомобиля. Но эти другие тела (и связанные с ними пространства и системы координат) сами движутся относительно абсолютного пространства непрямолинейно и неравномерно. Системы координат, связанные с такими телами, получили название подвижных . Впервые подвижные системы координат использовал для решения сложных задач механики Л. Эйлер (1707-1783).

С примерами движения тел относительно других подвижных тел мы постоянно встречаемся в нашей жизни. Плывут по морям и океанам корабли, перемещаясь относительно поверхности Земли, вращающейся в абсолютном пространстве; движется относительно стен мчащегося пассажирского вагона проводник, разносящий чай по купе; выплескивается чай из стакана при резких толчках вагона и т. д.

Для описания и изучения столь сложных явлений вводятся понятия переносного движения и относительного движения и соответствующих им переносных и относительных скоростей и ускорений.

В первом из приведенных примеров вращение Земли относительно абсолютного пространства будет переносным движением, а перемещение корабля относительно поверхности Земли – относительным движением.

Чтобы изучить движение проводника относительно стен вагона, нужно прежде принять, что вращение Земли существенного влияния на движение проводника не оказывает и поэтому Землю в данной задаче можно считать неподвижной. Тогда движение пассажирского вагона – движение переносное , а движение проводника относительно вагона — движение относительное . При относительном движении тела воздействуют друг на друга или непосредственно (соприкасаясь), или на расстоянии (например, магнитные и гравитационные взаимодействия).

Характер этих воздействий определяется третьим законом (аксиомой) Ньютона. Если вспомнить, что физические силы, приложенные к телам, Ньютон назвал действием, то третий закон может быть сформулирован так: «Действие равно противодействию». Следует отметить, что действие приложено к одному, а противодействие – к другому из двух взаимодействующих тел. Действие и противодействие не уравновешиваются, а вызывают ускорения взаимодействущих тел, причем с большим ускорением движется то тело, масса которого меньше.

Напомним также, что третий закон Ньютона в отличие от первых двух справедлив в любой системе координат, а не только в абсолютной или инерциальных.

Кроме прямолинейного движения, в природе широко распространено криволинейное движение, простейшим случаем которого является движение по окружности. Только этот случай мы и будем рассматривать в дальнейшем, называя движение по окружности круговым движением. Примеры кругового движения: вращение Земли вокруг своей оси, движение дверей и качелей, вращение бесчисленных колес.

Круговое движение тел и материальных точек может происходить либо вокруг осей, либо вокруг точек.

Круговое движение (так же, как и прямолинейное) может быть абсолютным, переносным и относительным.

Как и прямолинейное, круговое движение характеризуется скоростью, ускорением, силовым фактором, мерой инерции, мерой движения. Количественно все эти характеристики в очень сильной степени зависят от того, на каком расстоянии от оси вращения находится вращающаяся материальная точка. Это расстояние называется радиусом вращения и обозначается r .

В гироскопической технике момент количества движения принято называть кинетическим моментом и выражать его через характеристики кругового движения. Таким образом, кинетический момент есть произведение момента инерции тела (относительно оси вращения) на его угловую скорость.

Естественно, законы Ньютона справедливы и для кругового движения. В применении к круговому движению эти законы несколько упрощенно могли бы быть сформулированы так.

• Первый закон: вращающееся тело стремится сохранить относительно абсолютного пространства величину и направление своего момента количества движения (т. е. величину и направление своего кинетического момента).
• Второй закон: изменение во времени момента количества движения (кинетического момента) равно приложенному моменту сил.
• Третий закон: момент действия равен моменту противодействия.

Что это – кинематика? Раздел механики, изучающий математическое описание движения идеализированных тел

Что такое кинематика? С ее определением впервые начинают знакомиться ученики средних школ на уроках физики. Механика (кинематика является одним из ее разделов) сама составляет большую часть это науки. Обычно ее преподносят ученикам первой в учебниках. Как мы и сказали, кинематика является подразделом механики. Но раз уж речь зашла о ней, то поговорим об этом несколько подробнее.

Механика как часть физики

Само слово “механика” имеется греческое происхождение и дословно переводится как искусство построения машин. В физике она считается разделом, который изучает движение так называемых нами материальных тел в разноразмерных пространствах (то есть, движение может происходить в одной плоскости, на условной координатной сетке или же в трехмерном пространстве). Изучение взаимодействия между материальными точками – одна из задач, которые выполняет механика (кинематика – исключение их этого правила, поскольку она занимается моделированием и разбором альтернативных ситуаций без учета воздействия силовых параметров). При всем этом следует отметить, что соответствующий раздел физики подразумевает под движением изменение положения тела в пространстве с течением времени. Применимо такое определение не только к материальным точкам или телам в целом, но и к их частям.

Понятие кинематики

Название этого раздела физики также имеет греческое происхождение и дословно переводится как “двигаться”. Таким образом, мы получаем первоначальный, еще не сформированный по-настоящему ответ на вопрос о том, что такое кинематика. В данном случае можно говорить о том, что раздел изучает математические способы описания тех или иных видов движения непосредственно идеализированных тел. Речь идет о так называемых абсолютно твердых телах, об идеальных жидкостях, и, конечно же, о материальных точках. Очень важно помнить о том, что при применении описания причины движения не учитываются. То есть, рассмотрению не подлежат такие параметры, как масса тела или сила, которая оказывает влияние на характер его движения.

Основы кинематики

Они включают в себя такие понятие, как время и пространство. В качестве одного из наиболее простых примеров можно привести ситуацию, когда, допустим, материальная точка движется по окружности определенного радиуса. В этом случае кинематика будет приписывать обязательное существование такой величины, как центростремительное ускорение, которое по вектору направлено от самого тела к центру окружности. То есть, вектор ускорения в любой из моментов времени будет совпадать с радиусом окружности. Но даже в этом случае (при наличии центростремительного ускорения) кинематика не будет указывать на то, какую природу имеет та сила, которая стала причиной его появления. Это уже действия, которые разбирает динамика.

Какой бывает кинематика?

Итак, ответ на то, что такое кинематика, мы, по сути, дали. Она представляет собой раздел механики, который изучает способы описания движения идеализированных объектов без изучения силовых параметров. Теперь же поговорим о том, какой может быть кинематика. Первый ее тип – классическая. В ней принято считать абсолютными пространственные и временные характеристики определенного вида движения. В роли первых предстают длины отрезков, в роли последних – временные промежутки. Иными словами, можно говорить о том, что эти параметры остаются независимыми от выбора системы отсчета.

Релятивистская

Вторым типом кинематики является релятивистская. В ней между двумя соответствующими событиями временные и пространственные характеристики могут изменяться, если осуществляется переход из одной системы отсчета в другую. Одновременность происхождения двух событий в таком случае также принимает исключительно относительный характер. В этом виде кинематики два отдельных понятия (а речь идет о пространстве и времени) сливаются в одно. В ней величина, которую обычно называют интервалом, становится инвариантной относительно Лоренцовских преобразований.

История создания кинематики

Нам удалось разобраться с понятием и дать ответ на вопрос о том, что такое кинематика. Но какова же была история ее возникновения как подраздела механики? Вот об этом сейчас и следует поговорить. Достаточно продолжительное время все понятия этого подраздела базировались на работах, которые были написаны еще самим Аристотелем. В них существовали соответствующие утверждения о том, что скорость тела при падении прямо пропорционально численному показателю веса того или иного тела. Также упоминалось, что причиной движения является непосредственно сила, а при ее отсутствии ни о каком движении и речи быть не может.

Опыты Галилея

Работами Аристотеля в конце шестнадцатого века заинтересовался знаменитый ученый Галилео Галилей. Он принялся изучать процесс свободного падения тела. Можно упомянуть о его опытах, которые он проводил на Пизанской Башне. Также ученый изучал процесс инерции тел. В конце концов Галилею удалось доказать, что в своих работах Аристотель ошибался, и он допустил целый ряд ошибочных выводов. В соответствующей книге Галилей изложил итоги проведенных работ с доказательствами ошибочности выводов Аристотеля.

Современная кинематика, как считается нынче, зародилась в январе 1700-ого года. Тогда перед Французской Академией наук выступил Пьер Вариньон. Он же привел первые понятия ускорения и скорости, написав и объяснив их в дифференциальном виде. Немного позднее на вооружение некоторые кинематические представления к сведению принял и Ампер. В восемнадцатом веке он использовал в кинематике так называемое вариационное исчисление. Специальная теория относительности, созданная еще позже, показывала, что пространство, как и время, не абсолютно. В то же время указывалось, что скорость может быть принципиально ограниченной. Именно такие основания подтолкнули кинематику к развитию в рамках и понятиях так называемой релятивистской механики.

Понятия и величины, используемые в разделе

Основы кинематики включают в себя несколько величин, которые применяются не только в теоретическом плане, но и имеют место в практических формулах, применяемых при моделировании и решении определенного спектра задач. Познакомимся с этими величинами и понятиями подробнее. Начнем, пожалуй, с последних.

1) Механическое движение. Определяется как изменения пространственного положения определенного идеализированного тела относительно других (материальных точек) в ходе изменения временного интервала. При это на тела, которые упоминаются, имеют между собой соответствующие силы взаимодействия.

2) Система отсчета. Кинематика, определение которой мы дали ранее, базируется на использовании системы координат. Наличие ее вариаций является одним из необходимых условий (вторым условием является применение приборов или средств для измерения времени). Вообще система отсчета необходима для успешного описания того или иного вида движения.

3) Координаты. Являясь условным мнимым показателем, неразрывно связанным с предыдущим понятием (системой отсчета), координаты представляют собой не что иное, как способ, при помощи которого определяется положение идеализированного тела в пространстве. При этом для описания могут быть применены цифры и специальные символы. Координатами нередко пользуются разведчики и артиллеристы.

4) Радиус-вектор. Это физическая величина, которую на практике применяют для задания положения идеализированного тела с оглядкой на первоначальное положение (и не только). Проще говоря, берется определенная точка и она фиксируется для условности. Чаще всего это начало координат. Так вот, после этого, допустим, идеализированное тело из это точки начинает движение по свободной произвольной траектории. В любой момент времени мы можем соединить положение тела с началом координат, и полученная прямая будет представлять собой не что иное как радиус-вектор.

5) Раздел кинематики использует понятие траектории. Она представляет собой обыкновенную непрерывную линию, которая создается в ходе движения идеализированного тела при произвольном свободном движении в разноразмерном пространстве. Траектория, соответственно, может быть прямолинейной, круговой и ломанной.

6) Кинематика тела неразрывно связана с такой физической величиной как скорость. На деле это векторная величина (очень важно помнить о том, что понятие скалярной величины к ней применимо только в исключительных ситуациях), которая будет давать характеристику быстроты изменения положения идеализированного тела. Векторной ее принято считать в силу того, что скорость задает направление происходящего движения. Для использования понятия необходимо применять систему отсчета, как и говорилось ранее.

7) Кинематика, определение которой рассказывает о том, что она не рассматривает причины, вызывающие движение, в определенных ситуациях рассматривает и ускорение. Оно также является векторной величиной, которая показывает, насколько интенсивно будет изменяться вектор скорости идеализированного тела при альтернативном (параллельном) изменении единицы времени. Зная одновременно, в какую сторону направлены оба вектора – скорости и ускорения – можно сказать о том, какой характер имеет движение тела. Оно может быть либо равноускоренным (вектора совпадают), либо равнозамедленным (вектора разнонаправлены).

8) Угловая скорость. Еще одна векторная величина. В принципе, ее определение совпадает с аналогичным, которое мы дали ранее. На самом деле, разница заключается только в том, что ранее рассмотренный случай происходил при движении по прямолинейной траектории. Тут же мы имеем круговое движение. Это может быть аккуратная окружность, а также эллипс. 2).

Итак, что же мы выяснили? Физика – кинематика (формулы которой выводятся одна из другой) – этого раздела применяется для описания движения идеализированных тел без учета силовых параметров, становящихся причинами возникновения соответствующего движения. Читатель всегда может ознакомиться с данной темой подробнее. Физика (тема “кинематика”) является очень важной, поскольку именно она дает основные понятия о механике как глобальном разделе соответствующей науки.

Какие есть разделы механики?

Разделы механики Более развитыми и известными являются статическая, динамическая или кинетическая и кинематика. Вместе они образуют область науки, связанную с поведением телесных сущностей в момент их толкания силами или оползнями.

Точно так же механика изучает последствия существования телесных сущностей в окружающей их среде. Научная дисциплина берет свое начало в Древней Греции с сочинениями Аристотеля и Архимеда.

В период раннего Нового времени некоторые известные ученые, такие как Исаак Ньютон и Галилео Галилей, разработали то, что сейчас известно как классическая механика.

— это раздел классической физики, изучающий атомы, которые неподвижны или медленно выпадают в осадок со скоростями, явно меньшими скорости света.

Исторически классическая механика появилась первой, а квантовая механика — относительно недавнее изобретение.

Классическая механика возникла на основе законов движения Исаака Ньютона, а квантовая механика была открыта в начале 20 века.

Важность механики заключается в том, что, будь то классическая или квантовая, она представляет собой наиболее достоверное из существующих знаний о физической природе и особенно рассматривается как модель для других так называемых точных наук, таких как математика, физика, химия и биология.

Основные отрасли механики

Механика имеет множество применений в современном мире.Разнообразие областей исследования привело к тому, что она расширилась, включив в нее сжатие различных предметов, лежащих в основе других дисциплин. Ниже приведены основные разделы механики.

Статический

Статика в физике — это раздел механики, отвечающий за силы, действующие в неподвижных телах в условиях равновесия.

Его основы были заложены более 2200 лет назад древнегреческим математиком Архимедом И другими при изучении характеристик усиления простых машинных сил, таких как рычаг и вал.

Методы и результаты статической науки оказались особенно полезными при проектировании зданий, мостов и плотин, а также кранов и других подобных механических устройств.

Чтобы рассчитать размеры таких конструкций и машин, архитекторы и инженеры должны сначала определить силы, задействованные в их взаимосвязанных частях.

1. Static предоставляет аналитические и графические процедуры, необходимые для идентификации и описания этих неизвестных сил.
2. Статика означает, что тела, с которыми она работает, абсолютно жесткие.
3. Он также утверждает, что сумма всех сил, действующих в покоящемся объекте, должна быть равна нулю и что силы не должны стремиться вращать тело вокруг какой-либо оси.

Эти три условия не зависят друг от друга, и их выражение в математической форме представляет собой уравнения равновесия. Есть три уравнения, поэтому можно рассчитать только три неизвестные силы.

Если имеется более трех неизвестных сил, это означает, что в конструкции или машине имеется больше компонентов, которые должны выдерживать приложенные нагрузки, или что существует больше ограничений, чем необходимо для предотвращения движения тела.

Такие ненужные компоненты или ограничения называются избыточными (например, у стола с четырьмя ножками есть избыточная ножка), а метод силы называется статически неопределимым.

Динамический или кинетический

Динамика — раздел физической науки и раздел механики, доминирующий в изучении движения материальных объектов в связи с воздействующими на них физическими факторами: силой, массой, импульсом, энергией.

Кинетика — раздел классической механики, изучающий влияние сил и пар на движение тел, имеющих массу.

Авторы, использующие термин «кинетика», применяют динамику к классической механике движущихся тел. Это контрастирует со статическим, который относится к покоящимся телам в условиях равновесия.

Они включают в себя в динамике или кинетике описание движения с точки зрения положения, скорости и ускорения, помимо влияния сил, пар и масс.

Авторы, не использующие кинетический термин, классическую механику делят на кинематику и динамику, в том числе статическую как частный случай динамики, в котором сложение сил и сумма пар равны нулю.

Вас могут заинтересовать 10 примеров использования кинетической энергии в повседневной жизни.

Кинематика

Кинематика — раздел физики и раздел классической механики, связанный с геометрически возможным движением тела или системы тел без учета действующих сил, то есть причин и следствий движений.

Кинематика предназначена для описания пространственного положения тел или систем частиц материала, скорости движения частиц (скорости) и скорости изменения их скорости (ускорения).

Когда причинные силы игнорируются, описания движения возможны только для частиц, имеющих ограниченное движение, то есть движущихся по определенным траекториям. В движении без ограничений или свободно силы определяют форму дороги.

Для частицы, движущейся по прямому пути, список соответствующих положений и моментов времени составил бы подходящую схему для описания движения частицы.

Для непрерывного описания потребуется математическая формула, выражающая положение во времени.

Когда частица движется по криволинейной траектории, описание ее положения усложняется и требует двух или трех измерений.

В таких случаях непрерывные описания в виде одного графика или математической формулы невозможны.

Положение частицы, движущейся по окружности, например, может быть описано радиусом вращения окружности, например, луч колеса с закрепленным концом в центре окружности, а другой конец прикреплен к частице .

Радиус вращения известен как вектор положения частицы, и, если мы знаем угол между ним и фиксированным радиусом как функцию времени, мы можем вычислить величину скорости и ускорения частицы.

Однако скорость и ускорение имеют направление и величину.Скорость всегда касается траектории, тогда как ускорение имеет две составляющие: одна касается траектории, а другая перпендикулярна касательной.

Каталожные номера

1. Пиво, Ф.П. и Джонстон-младший, ER (1992). Статика и механика материалов. McGraw-Hill, Inc.
2. Дугас, Рене. История классической механики. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Dover Publications Inc., 1988, стр. 19.
3. Дэвид Л. Гудштейн. (2015). Механика.04 августа 2017 г., Encyclopædia Britannica, inc. Сайт: britannica.com.
4. Редакторы Британской энциклопедии. (2013). Кинематика. 04 августа 2017 г., Encyclopædia Britannica, inc. Сайт: britannica.com.
5. Редакторы Британской энциклопедии. (2016). Кинетика. 04 августа 2017 г., Encyclopædia Britannica, inc. Сайт: britannica.com.
6. Редакторы Британской энциклопедии. (2014). Статика. 04 августа 2017 г., Encyclopædia Britannica, inc.Сайт: britannica. com.
7. Рана, Северная Каролина, и Джоаг, П.С. Классическая механика. Вест Патель Нагар, Нью-Дели. Тата МакГроу-Хилл, 1991, с.

Что такое механика и ее разделы? – Restaurantnorman.com

Что такое механика и ее разделы?

Механика может быть разделена на три раздела: статика, изучающая силы, действующие на покоящееся тело и в нем; кинематика, описывающая возможные движения тела или системы тел; и кинетика, которая пытается объяснить или предсказать движение, которое произойдет в данной ситуации.

Что означает Механика в физике?

Механика (греч. μηχανική) — область физики, изучающая движения физических объектов, в частности отношения между силой, материей и движением. Силы, приложенные к объектам, приводят к смещениям или изменениям положения объекта относительно окружающей среды.

Какие две ветви механики в физике?

В физике механика рассматривается как квантовая механика и классическая механика.

Почему задачи по физике такие сложные?

Для многих математика достаточно сложна, а физика кажется очень сложной. В отличие от английского языка, математика требует, чтобы учащиеся основывались на предыдущих понятиях. Дифференциальные уравнения требуют знания исчисления, которое включает алгебру и так далее. Самое интересное, что дифференциальные уравнения — это всего лишь один из инструментов, используемых для решения физических задач!

Инженерное дело сложнее физики?

Инжиниринг прост благодаря своей практичности. Физика немного сложна, так как меньше «шансов» ее применить.Математика сложна, поскольку ее нельзя применять на более низких уровнях. Это во многом зависит от характера вашей работы в практической жизни.

Инженеры умнее физиков?

Точно так же Физик создает законы и правила, которые недействительны в реальном мире, и приходит к некоторым результатам, которые непрактичны. Но инженеры используют законы физики, чтобы сделать что-то практичное, чтобы справиться со всеми сложностями реального мира. Так что инженер умнее физика.

Физики умнее?

Физики бесспорно победили.Подсчет 46 респондентов — дюжина из них в областях, связанных с физикой, — показывает, что 40% считают физиков самыми умными. Математикам (11% выборки) отдали предпочтение 15%, в то время как химики и биологи получили по 6% голосов.

Механика и ее виды | Победитель науки

Сегодня мы обсудим механику и её виды:

Механика

Раздел физики, изучающий движение материальных объектов, называется механикой.

Механику можно разделить на следующие три основные отрасли:

Статика: Это раздел механики, который занимается изучением объектов в состоянии покоя. В этом разделе мы изучаем движение тел под действием сил, находящихся в равновесии. Фактор времени не играет роли в статике.

Кинематика: Раздел механики, изучающий движение материальных объектов без учета причины движения (т.е. сил), называется кинематикой. Фактор времени играет существенную роль в кинематике.

Динамика: раздел механики, изучающий движение материальных объектов с учетом причины движения (т. е. сил), называется динамикой. Так как причиной движения является сила, то и динамика основывается на понятии силы.

Точечный объект: Объект, размеры которого (длина, ширина, толщина и т. д.) пренебрежимо малы по сравнению с пройденным им расстоянием, называется точечным объектом.Например, к точечным объектам можно отнести поезд, движущийся на большие расстояния, снаряд, выпущенный из пушки, самолет, летящий на большие расстояния и т. д.

Покой: Говорят, что тело находится в состоянии покоя, если оно не меняет своего положения относительно окружающей среды с течением времени.

Движение: Говорят, что тело находится в движении, если оно меняет свое положение относительно окружающей среды с течением времени.

Покой и движение являются относительными терминами:

Тело может находиться в покое относительно одних объектов, но в то же время оно может двигаться относительно некоторых других объектов. Например, пассажиры, сидящие в движущемся поезде, покоятся относительно другого, но движутся относительно другого. объекты, лежащие вне поезда, и нет тела, находящегося в абсолютном покое.

Просмотры сообщений: 752

Дайте определение термину механика и назовите два раздела механики.

Взаимодействие сил: урок для детей

Исследуйте взаимодействие сил в физике и различные силы, которые могут взаимодействовать.Откройте для себя свойства силы, сильные и слабые силы, невидимые силы и работу, выполняемую различными видами силы.

Узнайте о спутниках. Узнайте определение спутника, типы спутников, использование спутников и историю спутников.Исследуйте различные типы искусственных спутников и их орбиты.

Что такое нормальная сила? – Урок для детей

Вы, вероятно, хорошо знакомы с гравитацией, потому что она удерживает вас на поверхности Земли.Но в этом уроке вы узнаете о нормальной силе, которая также помогает удерживать вас на поверхности Земли.

Анализ упругих и неупругих столкновений

Существует два основных типа столкновений: упругие и неупругие, оба из которых можно проанализировать с помощью простых теорем. На этом уроке вы узнаете разницу между упругими и неупругими столкновениями, а также определите и проанализируете различные типы столкновений.

Работа, совершаемая переменной силой

В физике работа — это просто количество силы, необходимой для перемещения объекта на определенное расстояние.В этом уроке вы узнаете, как рассчитать работу, когда она выполняется переменной силой, используя прямоугольную аппроксимацию и интегрирование.

Виды энергии | Что такое энергия?

Каково определение энергии? Прочитайте простое определение энергии вместе с двумя основными типами энергии. Затем узнайте о формах определения энергии.

Силовое поле: определение, теория и пример

Если вы поклонник научной фантастики, возможно, вы знакомы с типом силового поля.Но идея силовых полей используется и в физике. Используйте этот урок, чтобы узнать о силовых полях, а также о скалярных и векторных полях, а также увидеть примеры каждого из них.

Ускорение: определение, уравнение и примеры

Ускорение — это мера того, насколько быстро изменяется скорость объекта. Узнайте об определении и примерах ускорения, поймите его уравнение и попрактикуйтесь в решении задач, связанных с ускорением.

Космические путешествия: история, опасности и преимущества

На протяжении десятилетий люди летали в космос, чтобы исследовать то, что находится за пределами земной атмосферы.Ознакомьтесь с краткой историей космических путешествий, узнайте о их преимуществах и изучите связанные с ними риски и опасности для людей, животных и космических кораблей.

вида силовых уроков для детей

Узнайте о различных типах сил, которые могут влиять на вселенную. Исследуйте гравитацию, трение, электромагнитную силу, силу упругости и напряжение. Откройте для себя различные способы, которыми каждый может тянуть или толкать объект.

Что такое трение? – Определение, формула и силы

Трение – это сила, противодействующая движению тела.Изучите различные виды трения (скользящее, жидкостное, катящееся, кинетическое и статическое), как работает трение, как оно рассчитывается и когда оно вызывает проблемы.

Определение отдельных сил, действующих на объект

К отдельным силам, действующим на объект, относятся гравитация, нормальная сила, трение, сопротивление воздуха, приложенная сила, натяжение, сила пружины, электрическая сила и магнитная сила. Изучите каждый из этих типов сил и проанализируйте их с помощью диаграмм свободного тела.

Физика: Разделы физики Словарные списки

Акустиканаучное изучение звука и звуковых волн аэродинамикаисследование динамики газов, особенно сил, действующих на тело, проходящее через воздухаэростатикаисследование газов в равновесии и тел, находящихся в равновесии в газахприкладная физика астрофизика раздел физики, изучающий физические и химические свойства, происхождение и эволюцию небесных тел атомная физика раздел физики, изучающий строение и поведение атомных ядер биофизика физика биологических процессов и применение методов, используемых в физике, к биологии – физика материи или физика твердого тела – раздел физики, занимающийся экспериментальными и теоретическими исследованиями свойств твердых тел, таких как сверхпроводимость, фотопроводимость и ферромагнетизм, космология – раздел астрономии, занимающийся эволюцией и структурой Вселенной, криогеника или физика низких температур. раздел физики, изучающий образование очень низких температур и явления, происходящие при этих температурах электрических и магнитных полей, электроника, наука и техника, связанные с разработкой, поведением и применением электронных устройств и цепей, электростатика, раздел физики, связанный со статическими зарядами и электростатическим полем, геофизика, изучение физических свойств земли и физических процессов, действующих на нее, вверху и внутри земли.Она включает в себя сейсмологию, геомагнетизм, метеорологию и океанографию гармоникинауку о музыкальных звуках и их акустических свойствахфизику высоких энергий или физику элементарных частицучение элементарных частиц и их свойств кинетикураздел механики, включающий как динамику, так и кинематику, связанный с изучением тел в движении макрофизика — раздел физики, изучающий макроскопические системы и объекты — магнетизм или магнетизм — раздел физики, изучающий магнетизм; тела в определенной системе отсчета мезоскопия микрофизика раздел физики, изучающий малые объекты и системы, такие как атомы, молекулы, ядра и элементарные частицы ядерная физика раздел физики, изучающий структуру и поведение ядра и частиц, составляющих егосостоит из нуклеоники — области физики, изучающей применение ядерной энергии — оптики — области науки, изучающей зрение и генерацию, природу, распространение и поведение электромагнитного света — фотометрии — области физики, изучающей такие измерения, как пневматика — области физики, изучающей механические свойства газы, особенно воздух квантовая механикараздел механики, основанный на квантовой теории, используемой для объяснения поведения элементарных частиц и атомов, которые не подчиняются ньютоновской механике квантовая физика реологияраздел физики, изучающий течение и изменение формы материи солнечная физика акустика, изучение механических колебаний в спектроскопии вещества, наука и практика использования спектрометров и спектроскопов, а также анализа спектров, применяемые методы в зависимости от исследуемого излучения. Эти методы широко используются в химическом анализе и при изучении свойств атомов, молекул, ионов и т. д. статистическая механика изучение свойств физических систем в соответствии со статистическим поведением составляющих их частиц статика раздел механики, изучающий силы, которые создание состояния равновесия в системе тел супераэродинамика изучение аэродинамики на очень больших высотах, где плотность воздуха очень мала теоретическая физика описание явлений природы в математической форме термодинамика раздел физической науки, изучающий взаимосвязь и взаимопревращение различных форм энергия и поведение макроскопических систем с точки зрения некоторых основных величин, таких как давление, температура и т. д. m ultrasonicsраздел физики, изучающий ультразвуковые волны ▷ См. физику

Copyright © 2016 HarperCollins Publishers.Все права защищены.

Разделы классической механики, представленные в формате GIF

В физике классическая механика и квантовая механика являются двумя основными разделами механики. Классическая механика занимается набором физических законов, описывающих движение тел под действием сил. Она также широко известна как ньютоновская механика. Классическая механика также описывает движение макроскопических объектов, от снарядов до частей машин, а также астрономических объектов, таких как космические корабли, планеты и звезды.

1) Статика

Статика – это раздел механики, который занимается анализом нагрузок на физические системы, находящиеся в статическом равновесии, то есть в состоянии, когда относительное положение подсистем не меняется во времени или когда компоненты и конструкции движутся с постоянной скоростью. . В статическом равновесии система либо покоится, либо ее центр масс движется с постоянной скоростью.

2) Динамика

Он касается связи между движением тел и его причинами.Он также учитывает силы, действующие на тела, и свойства тел (в частности, массу и момент инерции).

3)

Кинематика

Кинематика описывает движение точек, тел и систем тел без учета причин движения. На гифке показано горизонтальное движение снаряда мяча между двумя стенами. Без границ мяч будет двигаться по пунктирной параболе.

4)

Механика Лагранжа

Анимация показывает, что если масса двух рассматриваемых тел намного больше вашей, а орбита одного из них вокруг другого является круговой, то гравитационные силы и орбитальное движение точно уравновешиваются, создавая 5 точек с относительным застоем.Эти 5 точек известны как точки Лагранжа.

5) Гамильтоновская механика

Здесь мы видим, что шарик колеблется вокруг положения равновесия пружины с постоянным периодом/частотой. Когда мяч проходит положение равновесия, он имеет минимальную потенциальную энергию и максимальную кинетическую энергию. В крайних точках траектории мяча потенциальная энергия максимальна, а кинетическая энергия минимальна. Процесс импульса и положения отображает позиции в так называемом фазовом пространстве, которое отображается в нижней правой подпанели выходных данных. Гармонический осциллятор изображает эллипс в фазовом пространстве. Размер эллипса зависит от энергии системы, определяемой начальными условиями. Вы также можете заметить, что значение гамильтониана не является постоянной величиной при моделировании, а слегка колеблется. Это артефакт, известный как дрейф энергии из-за приближений, используемых для дискретизации времени.

6) Небесная механика

Небесная механика — это раздел астрономии, изучающий движение небесных объектов.Эта область применяет принципы физики, исторически классической механики, к астрономическим объектам, таким как звезды и планеты, для получения данных об эфемеридах. На рисунке показано, что планеты, вращающиеся вокруг Солнца, следуют по эллиптическим (овальным) орбитам, которые постепенно вращаются с течением времени. Эксцентриситет этого эллипса и скорость прецессии орбиты преувеличены для наглядности. Большинство орбит в Солнечной системе имеют гораздо меньший эксцентриситет и прецессию с гораздо меньшей скоростью, что делает их почти круговыми и стационарными.

7)

Механика сплошных сред

Механика сплошной среды занимается анализом кинематики и механического поведения материалов, моделируемых как непрерывная масса, а не как дискретные частицы. Анимация показывает, что материалы возвращаются к исходной форме после снятия приложенных напряжений.

Разделы физики — темы, обзор термодинамики и квантовой механики

Физика — это наука о материи и ее движении, или можно сказать, что наука имеет дело с такими понятиями, как энергия, сила, масса и заряд.

Наука об экспериментальном базилике преследует цель понять мир природы.

В той или иной форме физика является одной из старейших академических дисциплин в своей подобласти, современной астрономии. Его можно считать старейшим из всех.

Синоним философии или химии и даже некоторых разделов биологии и математики в течение последних двух тысячелетий, этот предмет возник как современная наука в 17 веке, и эти дисциплины различны, хотя определить границы по-прежнему сложно.

Технологии, относящиеся к физике, которые часто переходят в технологический сектор. И иногда эти влияния, о которых упоминается, относятся и к другим областям науки. Например, если мы говорим о философии и математике.

Есть много других факторов, которые в конечном итоге имеют эти решения. В сегодняшнем сценарии предмет «Физика» является высокоразвитым предметом.

Часто исследования, которые делятся на четыре подобласти, это физики конденсированного состояния.Атомная и молекулярная физика оптики имеет физику высоких энергий, астрофизику и астрономию.

Большинство физиков специализируются либо на экспериментальных, либо на теоретических исследованиях , формальные из которых связаны с разработкой новых теорий, а последние – с проверкой экспериментальных теорий и открытием новых явлений.

Несмотря на множество важных открытий, сделанных за столетия, остается ряд открытых вопросов в таких предметах, как физика, а также во многих областях, в которых ведутся активные исследования.

Филиалы

Физика обычно имеет дело с комбинацией энергии и материи. Он имеет дело с широким спектром систем, которые касаются теорий. Это было разработано и используется физиками. Эти так называемые «центральные теории» являются очень важными инструментами для исследования более специализированных тем, и от любого физика, независимо от его или ее специализации, ожидается, что он будет грамотен во всех них.

Несколько тем

Механика, которую называют классической механикой, представляет собой модель физики, в которой силы действуют на тела, подобные ей, включая подполя для описания поведения газов, твердых тел и жидкостей.Ее часто называют «ньютоновской механикой» по имени сэра Исаака Ньютона и его законов движения. Он также включает подход, заданный лагранжевым и гамильтоновым методами. Все они связаны с движением частиц, имеющих внутри себя общую систему.

Существует так много разделов классической механики, например, такие как: динамика, статика, кинематика и механика сплошных сред, которая обычно включает механику жидкости, также известную как статистическая механика.

Механика также может быть определена как раздел физики, в котором мы изучаем свойства объекта, который находится в форме движения под действием силы.

Классическая механика

Классическая механика — это модель физики сил, действующих на тела, которая содержит подполя для твердых тел, газов и жидкостей. После Исаака Ньютона и его правил движения ее обычно называют «ньютоновской механикой». Также включен классический подход, определяемый методами Гамильтона и Лагранжа.Он касается подвижности частиц и общей системы частиц.

Классическая механика имеет несколько разделов, в том числе статику, динамику, кинематику, механику сплошных сред (в которую входит механика жидкости), статистическую механику и т.д.

Механика — это область физики, изучающая предмет и его свойства как движение под действием силы.

Обзор термодинамики 

Первая глава Лекции Фейнмана. Лекции по предметной физике посвящены существованию атомов, которое рассматривается Фейнманом как наиболее компактное изложение физики, из которого можно было бы легко вывести область науки, если бы все знания был потерян. Изучение термодинамических эффектов изменения давления, температуры и объема в системах физики в макроскопическом масштабе и переноса тепловой энергии. Давным-давно термодинамика была разработана из-за желания повысить эффективность первых паровых двигателей.

Механика

В 1905 году великий ученый Альберт Эйнштейн в своей статье “Об электродинамике движущихся тел” предложил специальную теорию относительности. Название статьи указывает на тот факт, что теория относительности, которая является специальной, также разрешает противоречие между уравнениями Максвелла и классической механикой.Теория основана на двух постулатах, которые являются математическими формами законов физики и инвариантны во всех инерциальных системах, а второй состоит в том, что скорость света в вакууме постоянна и не зависит от наблюдателя и источника. Глядя на два постулата, мы видим, что это требует объединения времени и пространства в понятие, зависящее от фрейма.

Квантовая механика

Уравнение Шредингера играет очень важную роль в квантовой механике, которую закон Ньютона и закон сохранения энергии играют в классической механике.