Механика (Зубов В.Г.)
Механика (Зубов В.Г.)
ОглавлениеПРЕДИСЛОВИЕВВЕДЕНИЕ I. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КИНЕМАТИКИ § 1. Основные опыты и наблюдения. Что такое механическое движение? § 2. Относительность движений. Система отсчета § 3. Как определить положение тел друг относительно друга? Радиус-вектор § 4.  § 5°. Другой способ определения положения тел. Координаты § 6°. Как связан радиус-вектор с декартовыми координатами? § 7. Как определить конечный результат движения? Вектор перемещения § 8. Как связан вектор перемещения с приращением радиус-вектора? § 9°. Определение вектора перемещения по координатам § 10. Через какие точки проходило тело во время движения? Траектория § 11. Как связана траектория движения с векторами перемещения? § 12. Как определить положение тела на траектории? Длина пути § 13. Закон движения тела по заданной траектории § 14. Первые итоги. Примеры § 15. Как определить состояние движения в данной точке? Скорость § 17°. Определение скорости по изменению координат тела § 18. Две основные задачи кинематики § 19. Формула закона равномерного движения § 20. Порядок действий при решении задач кинематики § 21. Некоторые особенности практических транспортных задач § 22.  Как количественно определить изменения скорости? Ускорение§ 23. Изменение модуля скорости. Тангенциальное ускорение § 24. Изменение направления скорости. Нормальное ускорение § 25. Формула скорости равнопеременного движения § 26. Формула закона равнопеременного движения § 28. Свободное падение тел. Закон Галилея § 29. Два примера свободного падения тел § 30. Принцип независимого сложения движений § 31°. Расчет криволинейного движения по координатам § 32. Правила перехода от одной системы отсчета к другой. Преобразования Галилея § 33. Поступательное и вращательное движения твердого тела § 34. Некоторые вопросы измерений. Системы единиц § 35°. Кинематика движения тел с большими скоростями § 36. Краткие сведения из истории II. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ДИНАМИКИ § 37. Выбор системы отсчета. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета § 39.  Влияние собственных свойств тела на его ускорение§ 40°. Влияние скорости движения тела на его ускорение § 41. Двусторонний характер действия тел § 42°. Взаимодействия тел и невозможность создания вечного двигателя § 43. Итоги основных опытов и наблюдений § 44. Как количественно определить действия тел друг на друга? Сила § 45. Измерение сил § 46. Сила — вектор. Принцип независимого действия сил § 47. Разложение сил на составляющие § 48. Связь между силой и ускорением § 49. Инертные свойства тел. Масса § 51. Второй закон Ньютона § 52. Третий закон Ньютона § 53. Полная система законов динамики § 54. Две основные задачи динамики § 55. Порядок действий при решении задач на применение законов Ньютона § 56. Пример решения сложной задачи § 57. Краткие сведения из истории III. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕЛ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ В РЕШЕНИИ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ § 58. Как ведут себя тела в свободном состоянии? Способность тел сохранять свою форму и объем § 59.  Определение результата движения частей тела. Деформации§ 61. Упругие напряжения § 62. Упругие свойства твердых тел. Закон Гука § 63. Упругие пружины. Динамометры § 64. Упругие свойства жидкостей § 65. Упругие свойства газов. Закон Бойля — Мариотта § 66. Трение в жидкостях и газах § 67. Прыжок с парашютом § 68. Сухое трение § 69. Всемирное тяготение § 70. Пример применения закона всемирного тяготения. Первая космическая скорость § 71. Вес и невесомость § 72. Общий обзор механических свойств тел § 73. Принцип относительности механических явлений § 74°. Основные положения теории относительности IV. ИМПУЛЬС СИЛЫ. КОЛИЧЕСТВО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ДВИЖЕНИЯ § 76. Преобразование второго закона Ньютона § 77. Упругий удар шара о стенку § 78. Расчет силы давления струи воды на препятствие § 79.  Гидромонитор§ 80. Турбина § 81. Системы тел § 82. Новая форма третьего закона Ньютона. Закон сохранения количества движения § 83. Порядок действий при решении задач на применение закона сохранения количества движения § 84. Реактивная сила тяги § 85. Ракетные и реактивные двигатели § 86°. Применение второго закона Ньютону к движению тел переменной массы § 87°. Уравнение движения тел с большими скоростями § 88. Еще один путь преобразования законов Ньютона § 89. Работа постоянной силы § 90. Работа переменной силы § 91. Кинетическая энергия тела § 92. Еще одна форма второго закона Ньютона § 93. Примеры применения разных форм второго закона Ньютона § 94. Работа силы тяжести § 95. Графический способ расчета работы. Работа упругой силы § 96°. Работа сил всемирного тяготения § 97. Работа силы трения § 98. Потенциальная энергия системы тел § 99°. Потенциальная энергия сил всемирного тяготения.  § 100. Связь между работой внутренних сил и потенциальной энергией § 101. Полная энергия системы тел. Закон сохранения энергии § 102. Значение закона сохранения энергии § 103. Примеры применения закона сохранения энергии § 104. Мощность двигателей § 105. Краткие сведения из истории VI. ВРАЩЕНИЕ ТЕЛ § 106. Угловое перемещение тела § 107. Угловая скорость тела § 108. Угловое ускорение тела § 109. Динамика вращения тел. Основные опыты и наблюдения § 110. Момент силы § 111°. Момент инерции тела § 112°. Уравнение моментов § 113°. Независимое сложение моментов сил § 114°. Примеры применения уравнения моментов § 116. Сводка основных понятий и законов динамики вращения § 117. Общие условия равновесия тел § 118. Пример расчета простых механизмов ЗАКЛЮЧЕНИЕ |
| Всероссийский фестиваль педагогического творчества (2015/16 учебный год) Номинация: Педагогические идеи и технологии: профессиональное образование Название работы: «Законы Ньютона в литературных произведениях» Авторы: преподаватель русского языка и литературы Синцова Ю. Место выполнения работы: ГБПОУ ИО «Братский политехнический колледж» Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Иркутской области «Братский политехнический колледж» (ГБПОУ ИО «БрПК») Конспект учебного занятия «Законы Ньютона в литературных произведениях» (открытый урок) Авторы: Синцова Юлия Валерьевна, Черненко Вера Ивановна, преподаватели ГБПОУ ИО «БрПК» Братск, 2015 Законы Ньютона в литературных произведениях Цель: -обучающая: уметь находить законы Ньютона и физические явления в литературных произведениях -развивающая: умение видеть мир в многообразии; умение находить решение проблемы, применять знания в различных областях; -воспитательная: развитие познавательного интереса к русскому языку, литературе, физике. ХОД УРОКА I. Организационный момент (2 мин). I. Организационный момент. (2 минуты)Учитель физики: Сегодня мы проводим интегрированный урок: Законы Ньютона в литературных произведениях. Исходя из темы урока, вы, наверное, легко можете представить, чем мы будем заниматься на уроке. Да, и не только определять законы Ньютона в литературных произведениях, но и решать задачи. Перед уроком мы вам поставили вопрос: Что вы ожидаете от такого урока? Ваши ответы – на ладони руки. Прочитаем. Рука у нас символизирует тесную связь между всеми нами, взаимопонимание, дружелюбное отношение. С таким настроем мы приступаем к работе. Учитель русского языка и литературы: С давних пор идет спор о том, кто важнее физики или лирики. Учитель физики: Эпиграфом к уроку мы взяли слова Уинстона Черчилля «Кто владеет информацией, тот владеет миром!», вложив в них профессиональную направленность, т.е. как вы думаете, насколько в вашей профессии нужны знания наших предметов? II. Повторение. ( 8 минут )Мы приступаем к повторению законов Ньютона. Стихотворный экскурс в 17 век, в ньютоновский мир проведут девочки Виктория и Юлия:Стихотворение: I ведущий : Слыхала ли о таком учёном – Английском физике Ньютоне? II ведущий : Конечно, слышала про Ньютона Про три его «крутых» Закона. 1 ведущий: Тогда, не тратя слов пустых, Давай-ка мы припомним их Итак, без лишних разговоров. II ведущий: Стремится тело свою скорость Как можно дольше сохранять Не надо лишь ему мешать! I ведущий: Любого тела ускорение Пропорционально отношению Извне идущей силы к массе. Второй Закон нам тоже ясен! II ведущий: На всякое действие Найдём противодействие! Противодействие — оно Прямому действию равно. Хоть лбом ударил невзначай, Обратно сдачу получай! I и II ведущий (вместе): Люби и почитай Ньютона, И помни три «крутых» Закона! И как вы знаете законы Ньютона? Время на обдумывание не дается, отвечайте сразу. За каждый правильный ответ – жетон.
III. Законы Ньютона в литературных произведениях (10 минут) Мы переходим к теме нашего занятия. Предлагаются отрывки литературного произведения /видеофрагменты/, об учащиеся отвечают на вопросы: 1. Кто автор этих произведений? 2.Определить законы Ньютона и физические явления в литературных произведениях. 1. Фрагмент фильма по произведению А.Н. Островского «Гроза» . 2. Фрагмент фильма по произведению А.Н. Островского «Гроза». 3. Фрагмент фильма по произведению А.Н Островского «Бесприданница». 4. Фрагмент фильма по произведению И. А Гончарова «Обломов». IV.Решение задач. Учитель физики: Важнейшим умением в физике является умение решать задачи Предлагаются задачи: 1.Карлсон, считая себя лучшим пылесосчиком в мире, решил сделать уборку в комнате Малыша после того, как мама только что убрала комнату своего сына. – Не надо, не надо, – просил Малыш. – Зря упираешься, – сказал Карлсон и потянул пылесос на себя с силой 30 Н. А Малыш тянул на себя – с силой 28 Н. В чью сторону сдвинется пылесос? Чему равна равнодействующая сил Малыша и Карлсона? Сделайте схематический чертеж и изобразите на нем все силы в выбранном масштабе. Укажите автора и название произведения. 2.На Илью Ильича, героя знаменитого произведения, при его продолжительном лежании на кровати действовала сила тяжести 1,2кН.Интересно узнать, какова его масса и вес? 3. Э. Распе. Приключения барона Мюнхгаузена. “Я стал рядом с огромнейшей пушкой,… и когда из пушки вылетело ядро, я вскочил на него верхом и лихо понесся вперед… мимо меня пролетело встречное ядро, … я пересел на него и как ни в чем не бывало, помчался обратно”. С каким ускорением вылетело ядро из пушки, если масса ядра 20 кг, а сила, подействовавшая на ядро, равна 300 Н.? 4. Сцена драки с Тарантьевым В комнате раздалась громкая оплеуха. Пораженный Обломовым в щеку, Тарантьев мгновенно смолк, опустился на стул и в изумлении ворочал вокруг одуревшими глазами. – Что это? Что это – а? Что это! – бледный, задыхаясь, говорил он, держась за щеку. Обломов толкает Тарантьева с силой 105 Н. С какой силой действует Тарантьев на Обломова? Изобразите графически эти силы. О каком законе идет речь в задаче? 5. Посмотрите на рисунок. Какую басню проиллюстрировали физики? Где физическая ошибка? Однажды Лебедь, Рак да Щука V. Закрепление. Внести физический смысл в отрывок литературного произведения. 1ряд работает с отрывком из произведением Гончарова «Обломов»: В Гороховой улице, в одном из больших домов, народонаселения, которого стало бы на целый уездный город, лежал утром в постели, на своей квартире, Илья Ильич Обломов. С лица беспечность переходила в позы всего тела, даже в складки шлафрока. Движения его, когда он был даже встревожен, сдерживались также мягкостью и не лишенною своего рода грации ленью. Вся тревога разрешалась вздохом и замирала в апатии или в дремоте. Лежанье у Ильи Ильича не было ни необходимостью, как у больного или как у человека, который хочет спать, ни случайностью, как у того, кто устал, ни наслаждением, как у лентяя: это было его нормальным состоянием. Когда он был дома – а он почти всегда дома,- он все лежал, и все постоянно в одной комнате, где мы его нашли, служившей ему спальней, кабинетом и приемной. 2 ряд – «Лягушка-путешественница»,В.М.Гарин: “Тут лягушка уж не выдержала и, забыв всякую осторожность, закричала изо всей мочи: “Это я! Я!” И с этим криком она полетела вверх тормашками на землю. Утки громко закричали; одна из них хотела подхватить бедную спутницу на лету, но промахнулась. Лягушка, дрыгая всеми четырьмя лапками, быстро падала на землю; но так как утки летели очень быстро, то она упала не прямо на то место, над которым закричала и где была твердая дорога, а гораздо дальше, что было для нее большим счастьем, потому что она бултыхнулась в грязный пруд на краю деревни”. 3 ряд – «Ночь перед Рождеством» Н.В.Гоголь: «Последний день перед рождеством прошел. Зимняя, ясная ночь наступила. Глянули звезды. Месяц величаво поднялся на небо посветить добрым людям и всему миру, чтобы всем было весело колядовать и славить Христа. Морозило сильнее, чем с утра; но зато так было тихо, что скрип мороза под сапогом слышался за полверсты. Еще ни одна толпа парубков не показывалась под окнами хат; месяц один только заглядывал в них украдкой, как бы вызывая принаряжавшихся девушек выбежать скорее на скрыпучий снег. Тут через трубу одной хаты повалился дым и пошел тучею по небу, и вместе с дымом поднялась ведьма верхом на метле». VI. Общий итог.Выставление оценок, исходя из того, кто сколько набрал жетоновДомашнее задание. Составить и решить 2 задачи (законы Ньютона) с привлечением литературных произведений. VII. Рефлексия.Устно сказать, каковы ваши впечатления от урока(включить романс и закончить урок)ЛИТЕРАТУРА 1. |
В., преподаватель физики и математики Черненко В.И.
Повторение (8 мин.).
Сегодня мы с вами попробуем разрешить этот спор. А может, они решают одну задачу, но каждый по – своему? И сегодня мы хотим показать вам это.
..
Тихомирова С.А. Дидактический материал по физике: Физика в художественной литературе: 7-11 класс – М.: Просвещение,1996 г.Законы движения Ньютона
Законы движения НьютонаЭтот раздел семинара был посвящен трем законам движения Ньютона. практически для всей классической механики. Называть их законами Ньютона несколько неправильно. поскольку первый был разработан не сэром Исааком, а Галилео Галилеем. В нем указано:
Тело продолжает находиться в состоянии покоя или в движении с постоянной скоростью, если только вынужден измениться под действием неуравновешенной силы
Многие считают этот закон результатом первого успешного применения научных
метод. До Галилея большинство ученых считали естественным состоянием объекта состояние покоя. Это в
на самом деле, в это до сих пор верят многие люди, поскольку наш повседневный опыт указывает на это.
За
например, если вы уберете ногу с педали газа (прекратите прилагать результирующую силу), автомобиль замедлится. если ты
сдвиньте книгу по столу, она останавливается. Только когда мы осознаем, что результирующая сила (трение в этих
примеры) действует на объекты, которые мы видим, что закон инерции
Второй закон Ньютона количественно определяет взаимосвязь между наблюдаемым движением и чистой сила. Очень просто, там написано:
Ускорение объекта прямо пропорционально действующей на него чистой силе и
обратно пропорциональна его массе.
Математически это означает F = ма, где F = чистая сила, м = масса объекта, а а = масса
ускорение объекта = скорость изменения скорости во времени. Следует отметить, что
направление ускорения совпадает с направлением чистой силы. Замедление – это чистая сила в
направление, противоположное скорости, что, конечно, означает, что это форма ускорения.
Третий закон Ньютона широко известен как закон действия-противодействия. В нем указано:
Для каждой силы действия существует равная и противоположная сила противодействия .
Хороший пример этого закона — два фигуриста на катке. Если один давит на другого, оба двигаются, один из-за силы действия, а другой из-за силы реакции. Пока мы этого не замечаем, это то же самое происходит каждый раз, когда мы прыгаем в воздух. Мы отталкиваемся от Земли, и за счет сила реакции, Земля отталкивается от нас. Однако, поскольку Земля настолько массивна в по сравнению с нами, он не очень сильно разгоняется.
В этом разделе можно найти следующие темы
- Инерция
- Кровать из гвоздей
- Силы равновесия
- Проектор Superball
- Водный велосипед
- Ракеты
- Центр масс
- Композитный центр масс
Инерция
Сначала мы исследуем понятие инерции.
Для этого нам понадобятся следующие материалы:
стакан с гладким дном, чашка, 5-10 монет одинакового размера, карточка 3х5 дюймов, лист бумаги или небольшой отрезок
гладкая ткань (носовой платок), шнур длиной 3 фута, большой вес (1 фунт или более) с крючками на противоположной стороне
стороны, дюбель 8 дюймов.
Демонстрация 1: частично наполните стакан водой и положите его на бумагу или ткань. Медленно потяните за бумагу или ткань и наблюдайте за движением стекла. Теперь резко дерните бумагу или ткань. быстро и наблюдать. В чем разница между двумя ситуациями?
Демонстрация 2: Разрежьте нить пополам и привяжите одну часть к верхней части стойки для ринга. Свяжите вес
к другому концу веревки, а затем привяжите другой кусок веревки к противоположному концу груза.
Наконец, привяжите нижнюю нить к середине дюбеля. Очень осторожно, медленно потяните вниз
дюбель (убедитесь, что груз не ударит вас по голове, когда пружина сломается). Откуда
обрыв струны? Восстановите демонстрацию.
Теперь быстро рывком вниз на дюбель. Где же
обрыв струны?
Эксперимент 1: Положите карту на чашку. Возьмите одну монету и положите ее в центр карта. Не поднимая карту, попытайтесь попасть монетой в чашку. Какая процедура лучше?
Эксперимент 2: Сложите несколько монет (4 или более) на гладкую поверхность стола. Поместите одну монету в шорт расстояние от этого стека. Бросьте монету очень быстро в стопку. Что случается? Варьируйте скорость вашего щелчка и наблюдать за результатами.
Оценка: Демонстрация 1 работает достаточно хорошо с химическим стаканом среднего размера (500-100 мл). Быть
убедитесь, что он хотя бы наполовину заполнен водой, и очень быстро дерните бумагу или ткань прямо
вниз. Демонстрация 2 не проводилась во время семинара из-за отсутствия соответствующего оборудования.
вес с крючками. Эксперимент 1 прошел успешно, дав участникам возможность
креативны в своих решениях. Было обнаружено, что наилучший способ — выдернуть карту из-под
пенни очень быстро пальцем.
Эксперимент 2 дал результаты, которые казались несколько
озадачивает на первый взгляд. Было обнаружено, что если очень сильно подбрасывать монеты, вся стопка
быть расстроенным. Это, казалось, шло вразрез с идеей инерции. Однако мы обнаружили, что переход на
hard заставил пенни слегка взлететь в воздух и ударить более чем по одному пенни.
Кровать из гвоздей
ПРИМЕЧАНИЕ. Это демо, которое было объявлено опасным из-за значительной части физики. сообщество. На этом семинаре он демонстрируется как пример демонстрации, не следует делать.
Равновесные силы
Для этого эксперимента нам понадобится набор стальных шайб, веревка или нить, скрепки и
приподнятая круглая платформа, отмеченная полными 360 градусами (это можно сделать довольно легко с помощью
плотный картон или мазонит на конце стойки для ринга). Найдите массу отдельной шайбы.
Эта масса станет нашей единицей массы. Отрежьте четыре куска веревки одинаковой длины, которые должны быть длинными.
достаточно, чтобы дотянуться от середины платформы до середины стола. со строками
все вместе, завяжите один конец, завязав все нити вместе. На другом конце каждой струны
привязать скрепку. Поместите узел в середине платформы, свесив концы веревки с
скрепки через край.
Теперь мы готовы начать применение сил. Когда шайбы надеваются на скрепку, на них будет действовать гравитация, притягивая всю систему в этом направлении. Если не равная сила примененная в другом направлении, вся струнная система упадет за край платформы. За В этом эксперименте мы установим грузы на трех скрепках под разными углами. Цель эксперимента состоит в том, чтобы найти, какой вес под некоторым другим углом будет точно уравновешивать все другой вес.
Оценка: Этот эксперимент работал хорошо на нескольких уровнях. Для учащихся средних классов, имеющих
не было тригонометрии, этот эксперимент дал бы отличный практический опыт решения проблемы
решение и критическое мышление. Для старшеклассников, у которых были триггеры, это хороший
упражнение на решение математических задач.
Проектор Superball
Третий закон Ньютона о равных и противоположных силах очень важен при рассмотрении столкновения между объектами или движением. В этих ситуациях все силы являются внутренними, что означает, что для каждой силы будет равная по величине сила в противоположном направлении. Ан Например, два фигуриста вышли на лед. Если один фигурист толкает другого, не только фигурист который толкает движение, но также фигурист, который толкает. Скорость, с которой они движутся определяется их относительным размером. Если они имеют одинаковую массу, то удаляются друг от друга с той же скоростью. Если один больше другого, то меньший отдаляется с гораздо большую скорость, вне зависимости от того, толкали они их или нет.
Причина этого в том, что импульс (p=mv, где m — масса, а v — скорость) равен
законсервированный. Один из способов показать это — попросить двух людей разного роста сесть на тележки и толкать их.
друг с другом. Другой способ заключается в следующем.
Бросьте теннисный мяч и мячик для пинг-понга на землю
отдельно с высоты около метра. Вы должны заметить, что оба шара возвращаются примерно в
той же высоты, что меньше высоты, с которой они были сброшены. Теперь с пингом
шарик для тенниса поверх теннисного мяча (они должны соприкасаться), бросьте оба одновременно. В то время как
теннисный мяч возвращается примерно на ту же высоту, мячик для пинг-понга взлетает в воздух над
в два раза больше высоты, с которой он падает.
Причиной этого является сохранение импульса. Оба мяча отскочили от пола
примерно с той же скоростью. Однако теннисный мяч примерно в 20 раз массивнее, чем
шарик для пинг-понга. Таким образом, в то время как шары обмениваются равными количествами импульса, разница
в массах означает, что скорость шарика для пинг-понга намного больше скорости теннисного мяча.
С такой скоростью, с которой отрывается теннисный мяч, мячик для пинг-понга может взлететь намного выше в воздухе.
чем то, что было бы, если бы оно только приземлилось на пол.
| Чтобы просмотреть фильм Quicktime, демонстрирующий этот эксперимент, нажмите здесь. В этом фильме показано, как мяч для пинг-понга падает с высоты на теннисный мяч. 20 см (каждая горизонтальная линия в фильме соответствует 10 см). Обратите внимание на высоту, до которой пинг мяч для понга отскакивает. Это более чем в 3,5 раза выше исходного положения. |
Оценка: Две тележки работали хорошо. Использование людей разного роста показывает сохранение
импульс вполне приличный. Тем не менее, вы должны быть уверены, что получите колеса с очень хорошими подшипниками или
иначе тележки останавливаются очень скоро после толкания. Вероятно, лучше всего приобрести колеса для скейтборда.
проектор superball также хорошо показывает закон сохранения импульса. Однако очень трудно
бросьте шары так, чтобы верхний шар приземлился прямо на другой шар. Потребовалось несколько попыток
заставить это работать для участников. Возможно, вы захотите построить что-то вроде капельницы для мячей.
Лодка с веслом
Лодка с веслом — еще один пример третьего закона Ньютона. Для этой деятельности
потребуются следующие материалы: кусок картона или тонкого пробкового дерева размером 10 см х 10 см, резиновая
лента, ножницы или строгальный нож, длинная емкость с водой (глубиной не менее 5 см), еда
раскраска, секундомер и измерительная линейка. Сначала разрежьте картон или дерево, как показано на
следующая картинка. Отверстие в лодке должно быть примерно 4 см х 4 см, а весло должно быть около
.5 см меньше в каждом направлении. Накиньте резинку на заднюю часть лодки так, чтобы она
пересекает слот. Вставьте лопатку между резинкой и накрутите ее так, чтобы она шла вперед.
назад, если смотреть сверху. Поставьте лодку на воду и наблюдайте за движением. После
поместив мерную рейку поперек контейнера, перемотайте лодку и отпустите, на этот раз измерив
расстояние и время в пути для оценки скорости. Чтобы увидеть, что делает вода, поместите
капля пищевого красителя примерно на 1 см позади лодки во время ее движения.
Наблюдайте за движением
уронить.
Оценка: Этот эксперимент не удался (мы использовали картон). резинки были слишком плотно между лодкой и веслом и часто застревает. После пары попыток лодки были настолько мокрые, что стали совершенно вялыми. Лучше пробовать пробковое дерево и рыхлую резину группы.
Ракеты
Еще одним проявлением третьего закона Ньютона является ракетное движение. Ракеты приводятся в движение путем «отталкивания» своего выхлопа, т. е. ракета толкает выхлоп в одном направлении и он вставлен в другой. Таким образом, даже в открытом космосе, где толкать нечего, ракета может двигаться. Интересным историческим примечанием является то, что один из пионеров, Роберт Годдард, в ракетной технике высмеяли за заявление о том, что ракета будет работать в космосе. Цитата из В редакционной статье New York Times в 1921 году указано:
Этот профессор Годдард со своим «кафедрой» в колледже Кларка и ликом
Смитсоновский институт не знает отношения между действием и реакцией, и необходимость иметь что-то лучшее, чем вакуум, на который можно было бы реагировать, — говорить об этом было бы абсурдом.
Конечно, ему только кажется, что ему не хватает знаний, которые он ежедневно черпает в
школы . (Цит. из College Physics, Пол Типлер, стр. 167)
Для наших ракет нам понадобятся следующие материалы: воздушные шарики (желательно длинные), соломинки, длинная веревка (не менее 10 футов), скотч, двухлитровые пластиковые бутылки из-под газировки, пробка или пробка номер 3, алюминиевая фольга, пищевая сода и уксус.
Эксперимент 1: Прикрепите один конец веревки к стене. Надуйте воздушный шар и закрепите соломинку или трубка к нему. Проденьте другой конец веревки через соломинку и держите ее натянутой. Релиз шар и наблюдайте за результатом. Измените конструкцию для достижения максимальной тяги. Используя секундомер и метр, оцените скорость вашей ракеты.
Оценка: Этот эксперимент удался. Вы обязательно должны использовать леску и пластик
соломинки. Форма шара не так важна. Однако линии должны располагаться ближе к полу.
и области заблокированы. Мы обнаружили, что существовала потенциальная опасность поймать линию в
troat, если эти меры предосторожности не были приняты.
Вы также можете использовать цветную леску.
Эксперимент 2: Как показывает предыдущий эксперимент, сжатые газы являются прекрасным топливом.
Другим их источником является смесь уксусной кислоты (уксус) и гидрокарбоната натрия (выпечка).
соды) в замкнутом объеме, создавая сжатый углекислый газ. Налейте около 1 стакана уксуса
(250 мл) в 2-литровую бутылку из-под газировки. Сложите небольшой кусок фольги в корыто в форме каноэ, небольшой
достаточно, чтобы пройти через отверстие бутылки, но достаточно большой, чтобы вместить около 3 столовых ложек выпечки
сода. Положите бутылку на бок на открытом воздухе (предпочтительно на бетонную плиту, которую можно
смывается). Держа пробку в одной руке, вставьте лодочку из фольги с пищевой содой в бутылку и
быстро заткните бутылку. Встряхните бутылку, чтобы смешать соду и уксус. ОТОЙДИ!! Когда
давление станет достаточно большим, пробка вытолкнется в одном направлении, и бутылка
зайди в другой. Бутылки и пробки, путешествующие на 30 метров, вполне реальны, поэтому убедитесь, что нет
один стоит перед или позади «ракеты».
Обратите внимание на содержимое бутылки после
движение. Сколько весит бутылка до и после движения? Обратите внимание на узоры на
бетонная плита.
Чтобы получить представление о том, как такие факторы, как количество «топлива» и герметичность пробки в отверстие влияет на ракету, вы можете провести следующий эксперимент: поставьте бутылку на заданный угол относительно земли. Выполните описанную выше процедуру для запуска ракеты, кроме как отрегулировать количество пищевой соды или плотность, с которой пробка вставляется в бутылка. Измерьте, насколько далеко пробка брошена ПО воздуху. Используя формулу
Пройденное расстояние = (v2 sin 2)/g , где g = 9,8 м/с2 и = угол над горизонтом
рассчитать скорость стопора. Для диапазона скоростей, которые вы получаете, сила пробка на бутылке, способная учитывать все движения бутылки (Примечание: посмотрите на закон сохранения импульса)?
Оценка: Хотя я много раз успешно проводил этот эксперимент, ракеты не работали.
для многих участников. Позже мы узнали причину. Поверхность, которую мы укладывали
бутылки были слегка наклонены вниз. Из-за этого начальный сброс давления не был
вызывая толчок вперед и отбрасывая жидкость назад, где она выбрасывается в качестве топлива.
Это означало, что ракеты просто оставались на месте и выбрасывали углекислый газ.
Однако идея с пушкой сработала. Для повышения повторяемости было упомянуто, что знак
на пробке сделать так, чтобы она вдавливалась в бутылку на одинаковое расстояние каждый
время.
Центр масс
Обсуждение законов движения Ньютона было бы неполным без обсуждения
центр массы. Как оказалось, мы можем считать, что результирующая сила действует через центр
масса любого предмета. В качестве примера найдем центр масс объекта неправильной формы
используя гравитацию в качестве нашей силы. Для этого занятия нам понадобится: кусок ткани неправильной формы.
картон, веревка, линейка и ручка или маркер. Сначала проткните маленькое отверстие рядом с краем
картона и проденьте через него нить.
Держите веревку за другой конец, пока объект не
перестал качаться. Так как сила тяжести будет действовать на картон через центр масс, мы знаем
что центр масс будет лежать где-то ниже отверстия на линии со струной (если бы это было не так,
тогда гравитация заставит объект раскачиваться, чтобы привести центр масс в самую нижнюю точку.). Помещать
линейку вдоль нити и проведите маркером линию на объекте. Развяжите нить, сделайте
еще одно отверстие рядом с краем предмета (не менее четверти оборота от первой точки), и завяжите
строка там. Снова проведите линию вдоль линии на объекте. Две линии должны встретиться в
центр массы. Проверьте это, повторив процедуру в третьей точке. После этого поместите
объект сверху вашего пальца в точке пересечения. Балансирует ли объект там?
Оценка: Участники сочли, что это хороший вес для демонстрации центра тяжести. Нужно как минимум два человека для демонстрации (один держит нить, другой рисует линии).
Композитный центр масс
При соединении еще двух объектов определяется центр масс объединенных объектов.
по следующей формуле
M Итого R Центр масс = M 1 R 1 + M 2 R 2 + M 3 R 3 909165 6 0 +5 6 0 + 6 где индексы 1,2,3,… относятся к массе и положению отдельных объектов. Следовательно, добавление объектов в существующую структуру может резко изменить положение объединенной центр массы. Следующие действия и демонстрации показывают это.
Демонстрация 1: Для этой демонстрации нам понадобятся: две легкие доски, скрепленные вместе
петля, зажим, молоток и веревка или ремень, чтобы прикрепить молоток к доске. Сначала зажмите
навесную доску к столу так, чтобы петля находилась на нижней стороне доски. Наблюдайте за тем, что происходит
к внешней доске. Поскольку его центр масс находится вне шарнира, сила тяжести создает чистый крутящий момент на
доска, из-за чего она качается вниз. Теперь привяжите или привяжите молоток к внешней доске.
так, чтобы головка молотка свисала ниже зажатой доски. В качестве центра масс
молоток подводится все дальше и дальше под зажатую доску, достигается ситуация, при которой
объединенный центр масс внешней доски и молотка находится на внутренней стороне шарнира.
Таким образом, гравитация действует на этот объединенный центр масс, создавая результирующий крутящий момент, направленный вверх.
доска. Посмотрите, сможете ли вы найти эту точку.
| Чтобы просмотреть ролик этой демонстрации в формате Quicktime, щелкните здесь. |
Оценка: Сначала участники семинара были ошеломлены этой демонстрацией. Это должны работать очень хорошо в классе, если должным образом объяснены.
Эксперимент 1: Для этого эксперимента нам понадобятся: зубочистки, глина, вилки и бутылки из-под газировки с
кепки. Сделайте небольшой шарик из глины, примерно 1-2 см в диаметре. Поместите зубочистку частично в один
сторону глины и попытайтесь сбалансировать глину на зубочистке в верхней части крышки бутылки содовой.
Это должно оказаться довольно сложно. Теперь прикрепите 2 вилки к обеим сторонам глины, чтобы сформировать букву V.
с зубочисткой в центре буквы V. Теперь попробуйте снова сбалансировать глину. Для некоторых
конфигурации вилок, вы должны быть в состоянии сбалансировать композитную систему.
Оценка: Этот эксперимент не удался. Вероятно, это произошло из-за того, что мы использовали пластиковые вилки. из столовой. Они недостаточно опустили центр масс, чтобы ломтики картофеля лежали на конец зубочистки, которую мы использовали.
Эксперимент 2: Для этого занятия нам понадобятся: шесть одинаковых отрезков (хорошо 10 см) сосна размером 2 x 2 дюйма.
доски с серединами (в продольном направлении) доски, обозначенными линией. Первое место
на доске на краю стола и обратите внимание, что доска начинает падать со стола, как только
центр масс больше не поддерживается над столом. Цель этого упражнения состоит в том, чтобы сложить
доски таким образом, что верхняя доска не имеет части над столом (т.
е. стол не находится под верхним
доска). Попробуйте посмотреть, как мало досок необходимо, чтобы получить эту ситуацию. Как только вы это сделали,
поздравления. Вы сделали половину арки.
Оценка: Этот эксперимент удался. Мы обнаружили, что как минимум пять блоков вырезаны, как указано выше. были необходимы, чтобы снять верхний блок со стола. Хорошее практическое занятие для детей.
Эксперимент 3: Для этого эксперимента нам понадобится метровая палка, объект, на котором можно вращать
метровая палка и гири для подвешивания на метровой палке. Сначала найдите массу измерительной линейки с помощью
баланс. Затем найдите центр масс измерительной линейки, поместив ее на стержень в точке на
который уравновешивает палка. Эта точка должна быть на расстоянии 50 сантиметров, если палка однородная.
на протяжении; однако, поскольку древесина не совсем однородна, она может незначительно отличаться от этой точки.
Теперь поместите 100 грамм груза на измерительную рейку на отметке 10 сантиметров.
Найдите новую точку опоры
точка. Используя уравнение центра масс, проверьте правильность этой точки. Проверьте это уравнение на
несколько других весов и позиций.
Оценка: Хороший эксперимент для классной комнаты. Позволяет учащимся использовать свои математические навыки для проверить центр масс.
ньютоновская механика — пример нарушения законов движения Ньютона
спросил
Изменено 1 год, 4 месяца назад
Просмотрено 450 раз
$\begingroup$
Может ли кто-нибудь привести повседневный пример, то есть места, где три закона движения Ньютона не работают? Я искал на этом сайте, но он отвечает только за 3-й закон движения
Недавно я прочитал в книге, что закон Ньютона может нарушиться при круговом движении.
Но это не объясняет.
Итак, кто-нибудь может объяснить примеры нарушения 3 законов Ньютона из повседневной жизни?
Первый закон Ньютона гласит, что – Объект, находящийся в состоянии покоя или движущийся с постоянной скоростью по прямой линии, останется в таком состоянии до тех пор, пока к нему не будет приложена внешняя сила.
Я не думаю, что этот закон когда-нибудь не сработает. Но если вы знаете ситуацию, когда он выйдет из строя, пожалуйста, сообщите!
Второй закон Ньютона – Второй закон Ньютона относится к поведению объектов, для которых все существующие силы не уравновешены.
3-й закон Ньютона – На каждое действие есть равное и противоположное противодействие.
Кто-нибудь может объяснить примеры?
- ньютоновская механика
- инерционная рама
$\endgroup$
2
$\begingroup$
В целом законы движения Ньютона верны в инерциальных системах отсчета.
Представьте, что вы находитесь в лифте, движущемся вниз с постоянной скоростью. Предположим, у вас есть весенняя мера. Ясно, что здесь действует третий закон. Пружина уравновешивает вес тела $mg$ с помощью силы $kx$, направленной вверх, тело действует на пружину с силой $mg$, и пружина действует с такой же силой.
С другой стороны, пусть лифт движется вверх с постоянным ускорением $a$, растяжение пружины явно не равно $\frac{kx}{m}$ и пружина прикладывает силу $m(g +a)$ на тело, но масса тела не может приложить больше силы, чем $mg$. Третий закон не совсем справедлив. Оно становится верным, если на тело действует псевдосила $ma$ в направлении, противоположном ускорению.
Точно так же мы можем сказать, что при круговом движении (с ускорением по нормали к движению) третий закон движения не совсем верен, если только мы не примем во внешнее направление псевдосилу, называемую центробежной силой.
$\endgroup$
1
$\begingroup$
Насколько нам известно, законы Ньютона всегда верны, если их правильно применять.
В частности, вы должны быть осторожны с тем, какую систему отсчета вы используете для количественной оценки положения и движения объектов. Например, если вы попытаетесь сыграть в бильярд, скажем, на круизном лайнере, то пока лайнер находится в равномерном движении, бильярдные шары будут подчиняться законам Ньютона. Но если бы корабль вдруг изменил направление, то при взгляде из системы отсчета корабля казалось бы, что шарики сами по себе ускоряются на столе, тем самым как бы нарушая законы Ньютона. Конечно, если вы примете во внимание тот факт, что корабль ускоряется, вы поймете, что шары действительно продолжают подчиняться законам, просто их движение относительно корабля как бы говорит об обратном.
Итак, ключевые принципы относительно тел, находящихся в покое или в равномерном движении, если к ним не приложены силы, верны при условии, что вы рассматриваете движение из системы отсчета, которая сама по себе каким-либо образом не ускоряется.
Если вы измеряете движение объектов относительно ускоряющейся системы отсчета, то законы Ньютона нельзя применить напрямую.