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
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» .
Действительно, еще в древности Аристотель очень наглядно и убедительно объяснил причину движения. Он задал простой вопрос - если по дороге осел тащит арбу, то в чем причина движения арбы? - имеющий простой интуитивных ответ - причина движения арбы - действие осла.
Этот ответ не подвергался сомнению вплоть до Галилея, который увидел ошибку Аристотеля - причины прямолинейного равномерного движения вообще не существует, если тело приведено в движение, то при отсутствии помехи тело будет двигаться бесконечно долго:
...степень скорости, обнаруживаемая телом, ненарушимо лежит в самой его природе, в то время как причины ускорения или замедления являются внешними; это можно заметить лишь на горизонтальной плоскости, ибо при движении по наклонной плоскости вниз наблюдается ускорение, а при движении вверх— замедление. Отсюда следует, что движение по горизонтали является вечным, ибо если оно является равномерным, то оно ничем не ослабляется, не замедляется и не уничтожается.
Эта интуитивная ошибка присутствует и на уроках физики: если спросить учащихся до изучения данной темы (а иногда и после ее изучения) «В чем причина прямолинейного равномерного движения, например, автомобиля по ровной прямолинейной дороге?», то очень часто можно услышать, что причина движения автомобиля в данном случае в работе двигателя. Этот ответ связан с тем, что действительно, если выключить двигатель, то автомобиль очень быстро остановится.
Именно поэтому необходимо очень подробно объяснять основные законы динамики, пользуясь не только формулировками из учебника,
Вот, например, какие формулировки первого, второго и третьего законов Ньютона можно найти в учебниках:
Автор 1 закон Ньютона 2 закон Ньютона 3 закон Ньютона
О.Ф. Кабардин Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущие тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела Сила, действующая на тело равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение Тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению
С.В. Громов
10 класс Любое тело, до тех пор, пока оно остается изолированным, сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения Если на частицу массой m окружающие тела действуют с силой F, то эта частица приобретает такое ускорение а, что произведение ее массы на ускорение будет равно действующей силе Силы взаимодействия двух частиц всегда равны по модулю и направлены в противоположные стороны вдоль соединяющей их прямой
С.В. Громов
8 класс. Любое тело, до тех пор, пока оно остается изолированным, сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения Произведение массы тела на его ускорение равно силе, с которой на него действуют окружающие тела Силы, с которыми взаимодействуют два тела, всегда равны по величине и противоположны по направлению
И.К. Кикоин Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущее тело сохраняет скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действие других тел скомпенсировано) Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение Тела действуют друг на друга с силами равными по модулю и противоположными по направлению
Но и возвращаться к первоисточникам:
1 закон (в авторской формулировке Ньютона)
Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если только оно не вынуждено изменять его под влиянием действующих сил.
Ньютон писал в своих «Началах»:
Приложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Сила проявляется, единственно, только в действии и по прекращении его в теле не остается. Тело продолжает затем удерживать свое новое состояние вследствие одной только (силы) инерции. Происхождение приложенной силы может быть различное: от удара, от давления, от центростремительной силы.
Кроме этого, нужно проводить ряд демонстрационных экспериментов
, в том числе и мысленный опыт Галилея.
Опыты Галилея. Возьмем наклонную плоскость, поместим на ее вершину шарик. Если шарик будет скатываться с наклонной плоскости и попадать на неровный горизонтальный участок, то он скоро остановится. Если горизонтальный участок будет ровным, шарик прокатится дальше. Значит, если бы со стороны горизонтального участка не было никаких помех движению, то шарик бы двигался бесконечно долго. А это значит, что для того, чтобы тело двигалось, не нужно воздействие другого тела. Значит, причин равномерного прямолинейного движения нет.
Кроме этого Галилей доказывает тот факт, что в двигающемся равномерно и прямолинейно теле нет никаких изменений. Он говорит: никаким опытом нельзя доказать присутствие прямолинейного равномерного движения или его отсутствие. Если нет изменений - равномерное прямолинейное движение, как и покой, - это состояние тела, а не процесс.
Основные выводы:
Причин равномерного прямолинейного движения нет:
- Если на тело не действуют другие тела или действие тел скомпенсировано, то тело движется равномерно и прямолинейно
- Если тело движется равномерно и прямолинейно, то на него не действуют другие тела или действие тел скомпенсировано.
- Если тело находится в состоянии равномерного прямолинейного движения, то система отсчета связанная с ним инерциальна.
- Только в инерциальных системах отсчета имеет место применение законов динамики.
Еще одна проблема возникает при изучении понятия "инерция". Данное понятия проще всего рассматривать, ставя его в противопоставление понятию инертность, так лучше запоминается. Инертность и инерция слова похожие, но имеющие разный смысл.
Инертность - свойство тел препятствовать изменению характера своего движения (скорости).
Инерция - это состояние равномерного прямолинейного движения или покоя.
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.
Часть 2. Динамика изучает законы движения тел и причины, которые вызывают или изменяют это движение. Отвечает на вопрос:Почему движение тела меняется?
Часть 3. Статика изучает условия (законы) равновесия тела или системы тел. Отвечает на вопрос:Что надо, чтобы тело не двигалось?
Часть 4. Законы сохранения задают фундаментальные инварианты во всех изменениях. Отвечают на вопрос:Что сохраняется в системе при данных в ней изменениях?
Объектом рассмотрения бывает одно тело или система тел. Например, есть разница в том, что называется импульсом одного тела и что есть импульс системы тел. Дай соответствующие определения!
Материальная точка – модель тела, обладающего массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь. Изучение движения произвольного тела (имеющего размеры и некоторую форму) сводится к изучению движения системы материальных точек.
Методические указания. Необходимо отметь, что в основном все, что изучается на уровне средней школы, относится лишь к механике материальной точки . Так, координаты задают положение лишь одной точки, и если имеется в виду тело, всегда имеющее некоторые размеры, то задать его положение с помощью одной тройки (в пространстве) координат нельзя! Можно лишь указать положение некоторой его точки, чаще имеется в виду центр масс (точка С) этого тела.
Кроме того, смысл термина «расстояние» (в случае когда речь идет о двух объектах) всегда сводится к расстоянию между двумя точками . Если два тела имеют формы шаров, то за расстояние между ними можно принять расстояние между точками их центров. Например, если рассматривать движение Земли вокруг Солнца, то, пренебрегая линейными размерами этих тел, за расстояние между ними принимают расстояние между точками их центров тяжести (считая Землю и Солнце симметричными по плотности шарами, получим, что центр тяжести каждого из них совпадает по положению в пространстве с его геометрическим центром). Если формы тел произвольны, то, скорее всего, расстоянием между ними будет считается кратчайшее расстояние между какими-то двумя точками их поверхностей.
В связи с этим использование модели материальной точки теоретически избавляет нас от многих неудобств и двусмысленностей. Но важно также следить за тем, насколько сильно отличаются результаты, полученные при использовании этой абстракции, от того, что есть в реальности. Иначе говоря, насколько точно модель соответствует изучаемой реальной ситуации. Необходимость введения абстракций (моделей) часто обусловлена требованием использования точного математического аппарата.
Если тело моделируется материальной точкой, то оно может двигаться одним из следующих простых 1 способов:
прямолинейно и равномерно,
прямолинейной с постоянный ускорением (равнопеременно),
равномерно по окружности,
по окружности с ускорением,
колебание – периодическое движение или движение с повторением.
Движение тела, брошенного под углом к горизонту – составной вид движения: =1+2, т.е. равномерно по оси х и равнопеременно по осиу . Сложение этих движений дает движение по данному типу.
Если тело моделируется как АТТ, то и виды движения иные и это отражается в терминологии.
Поступательное движение - движение, при котором любая прямая, жестко связанная с движущимся телом, остается параллельной своему первоначальному положению. Траектории всех точек совершено одинаковы (полностью совмещаются), одинаковы параметры движения в любой момент времени. А потому для описания поступательного движения АТТ, достаточно описать движение любой одной его точки.
Вращательное движение – движение, при котором все точки тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной прямой, называемойосью вращения. У всех точек одинаковы угловыехарактеристики движения и различны линейные.
Для описания механического движения нужны свои средства. Их совокупность названа системой отсчета.
Учет относительности движения предполагает задание положения материальной точки по отношению к какому-то другому, произвольно выбранному телу, называемому телом отсчета. С ним связывается система координат.Система отсчета – совокупность тела отсчета, системы координат и часов. Начало отсчета времени начинается с момента «включения» часов (часы будем понимать как прибор для отсчета промежутков времени). Понятия «момент времени» и «промежуток времени» различны! Значение промежутка времени не зависит от того, по каким именно часам его засекают (в случае, если все рассматриваемые часы измеряют время в одинаковых единицах). Момент времени, напротив, полностью определяется тем, когда часы «были включены», т.е. положениемначала отсчета времени .
Описывать движение можно на разных языках:
Формула, выражающая зависимость координат тела (или пройденного пути) от времени, называется законом движения.
Замечание . Относительность движения выражается в том, что положение (координата или расстояние от тела отсчета), скорость и время движения рассматриваемого тела могут быть различными в разных системах отсчета. В этой связи и формула закона движения одного и того же объекта имеет различный вид в разных системах отсчета, т.е. форма записи закона движения (одного и того же вида движения) зависит от выбора положения начал отсчета времени и расстояния (а в случае задания координаты еще и от выбора положительного направления координатной оси). Чаще всего, в связи с этим, выбираемое начало отсчета времени совпадает с началом рассматриваемого движения тела, а начало координат помещают в точку начального положения этого тела.
Заметим также, что и вид движения какого-то тела может быть различным при его рассмотрении относительно разных систем отсчета.
Траектория –линия , вдоль которой движется тело.
Путь –длина траектории (расстояние, пройденное телом вдоль траектории); скалярная неотрицательная величина. Обозначаютl , иногдаS .
П
еремещение
–вектор
, соединяющий начальное
и конечное положения тела. Обозначают
.
Скорость
–векторная
физическая
величина (характеризующая изменение
положения точки),равная
первой
производной от пути (или координаты) по
времени инаправленная
по касательной
к траектории в сторону движения.
Обозначают
.Замечание. Скорость
всегда
направлена по касательной к траектории
в соответствующей точке в сторону
движения.
Средняя скорость – величина, равная отношению всего пути к затраченному на его прохождение времени (соответствует некоторомупромежутку времени).Мгновенная скорость характеризует скорость в какой-томомент времени.
У
скорение
–векторная
величина, характеризующая
изменение скорости (по величинеравно
первой производной от скорости по
времени или второй производной от пути(или координаты)по времени;направлено
как и вызывающая
егосила
).
Методические указания. Необходимо подчеркнуть, что в физике надо четко различать два типа величин: вектор и скаляр. Скалярная физическая величина полностью задается своей величиной (иногда с учетом знака «+» или «-»). Векторная физическая величина определяется по меньшей мере двумя характеристиками: числовым значением (числовое значение иногда называют модулем векторной величины, оно в некотором масштабе равно ДЛИНЕ изображающего его отрезка, а потому - всегда положительное число) и направлением (которое можно изобразить на рисунке или задать численно через угол, образованный этим вектором с каким-либо выделенным направлением: горизонт, вертикаль и пр.). Будем говорить, что вектор (векторная физическая величина) известен, если мы можем точно сказать про него: 1) чему он равен, И 2) как направлен. Это особенно важно иметь в виду при анализе изменения любой векторной физической величины!
При решении задач возможны следующие ситуации: 1) речь идет о векторной величине (скорости, силе, ускорении и т.д.), но рассматривается только ее значение (направление в этом случае или очевидно, или не важно, или просто не требует определения и др.). Об этом может, в частности, свидетельствовать вопрос задачи (например, «С какой скоростью v движется …», т.е. дано обозначение лишь модуля скорости. 2) Требуется найти величину как вектор: «Какова скорость v тела?» – где жирным курсивом обозначены векторные величины. 3) Нет прямого указания на тип искомого: «Какова скорость тела?». В этом случае, если позволяют данные задачи, необходимо дать полный ответ (как о векторе), исходя из определения (скорости или др.).
