Механическое движение

Система отсчёта

Материальная точка перемещается сравнительно инерции иных тел. Тело, согласно отношению к какому рассматривается это автоматическое перемещение, именуется телом отсчёта. Тело отсчета выбирают свободно в зависимости с поставленными заданиями.

С телом отсчёта вяжется система местоположение, что предполагает из себя точку отсчёта (основание координат). Концепция местоположение обладает 1, 2 либо 3 оси в связи с условием перемещения. Состояние точки на линии (1 ось), плоскости (2 оси) либо в месте (3 оси) устанавливают в соответствии с этим одной, 2-мя либо 3-мя координатами.

С целью установления положения тела в пространственной области в любой период времени необходимо установить старт отсчета времени. Устройство для замера времени, система координат, точка отсчета, с которым соединена система координат — это и есть система отсчёта.

Относительно этой системы рассматривается передвижение тела. У одной и той же точки в сравнении с различными телами отсчёта в различных концепциях координат имеют все шансы быть совершенно другие координаты. Система отсчёта также зависит от выбора траектория движения

Разновидности систем отсчёта могут быть разнообразными, например: недвижимая система отсчёта, подвижная система отсчета, инерциальная система отсчета, неинерциальная система отсчёта.

Подготовка экспедиции

Отплытие Васко да Гамы в Индию Экспедиция была тщательно подготовлена. Специально для неё ещё при жизни короля Жуана II под руководством опытного мореплавателя Бартоломеу Диаша, который ранее разведал путь вокруг Африки и знал, какой конструкции суда нужны для плавания в тех водах, были построены четыре корабля. «Сан-Габриэл» (флагманский корабль) и «Сан-Рафаэл» под командованием брата Васко да Гамы, Паулу, представлявшие собой так называемые «нау» — крупные трёхмачтовые корабли водоизмещением 120—150 тонн, с четырёхугольными парусами, более лёгкая и маневренная каравелла «Берриу» с косыми парусами (капитан — Николау Коэльо) и транспортное судно для перевозки припасов под командованием Гонсалу Нуниша. В распоряжении экспедиции были лучшие карты и навигационные приборы. Главным штурманом был назначен выдающийся моряк Перу Аленкер, ранее плававший к мысу Доброй Надежды с Диашем. В плаванье отправлялись не только моряки, но и священник, писарь, астроном, а также несколько переводчиков, знающих арабский и туземные языки экваториальной Африки. Общая численность экипажа, по разным оценкам, составляла от 100 до 170 человек. 10 из них являлись осуждёнными преступниками, которых предполагалось использовать для самых опасных поручений.

Учитывая то, что плаванье должно было продлиться много месяцев, в трюмы кораблей постарались загрузить как можно больше питьевой воды и провизии. Рацион матросов был стандартным для дальних плаваний того времени: основу питания составляли сухари и каша из гороха или чечевицы. Также каждому участнику в день полагалось полфунта солонины (в постные дни заменялась рыбой, которую ловили по пути), 1,25 литра воды и две кружки вина, немного уксуса и оливкового масла. Иногда, чтобы разнообразить питание, выдавались лук, чеснок, сыр и чернослив.

Кроме казённого довольствия, каждому матросу полагалось жалованье — по 5 крузаду за каждый месяц плавания, а также право на определённую долю в добыче. Офицеры и штурманы, разумеется, получали намного больше.

С максимальной серьёзностью португальцы отнеслись к вопросу вооружения экипажа. Моряки флотилии были вооружены разнообразным холодным клинковым оружием, пиками, алебардами и мощными арбалетами, носили в качестве защиты кожаные нагрудники, а офицеры и часть солдат имели металлические кирасы. О наличии какого-либо ручного огнестрельного оружия не упоминалось, а вот артиллерией армада была снабжена превосходно: даже на небольшом «Берриу» было размещено 12 пушек, «Сан-Габриэл» и «Сан Рафаэл» же несли по 20 тяжёлых орудий, не считая фальконетов.

Разновидности движения

Поступательное движение — автоматическое перемещение твердого тела, при этом любой этап прямой, четко связанный с движущейся точкой, остается синхронным своему изначальному положению.

Важной характеристикой движения тела считается её траектория, представляющая пространственную кривую, которую можно показать в виде сопряженных дуг разного радиуса, исходящего каждый из своего центра. Различного для любых точек тела положение, которого может изменяться с течением времени

Поступательно двигается кабина лифта или кабинка колеса обозрения. Поступательное движение проходит в 3-х мерном пространстве, но его главная отличительная черта — сохранение параллельности всякого отрезка самому себе, остается в силе.

Период обозначаем буквой $T$. Чтобы найти период обращения, надо время вращения разделить на число оборотов: $\frac{\delta t}{N} = {T}$

Вращательное движение — материальная точка описывает круг. При вращательном процессе совершенно твёрдого тела все его точки описывают круг, которые находятся в параллельных плоскостях. Центры этих окружностей лежат при этом на одной прямой, перпендикулярной к плоскостям окружностей и называются осью вращения.

Ось вращения может быть расположена внутри тела и за ним. Ось вращения в системе бывает подвижной и неподвижной. Например, в системе отсчёта, соединенной с Землей, ось вращения ротора генератора на станции недвижна.

Иногда ось вращения получает сложное вращательное движение — сферическое, когда точки тела двигаются по сферам. Точка передвигается вокруг неподвижной оси, не проходящей через центр тела или вращающуюся материальную точку, такое движение называется круговым.

Характеристики прямолинейного движения: перемещение, скорость, ускорение. Становятся их аналогами при вращательном движении: угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение:

• роль передвижения во вращательном процессе имеет угол;
• величина угла поворота за единицу времени является угловой скоростью;
• изменение угловой скорости в промежуток времени — это угловое ускорение.

Основные направления, формулы и пояснения

В механике выделяют следующие основные разделы:

• кинематику (науку, которая описывает количественные характеристики движения: время, расстояние, скорость);
• статику (науку о телах, находящихся в равновесии при воздействии на них внешних сил);
• динамику (науку о движении тел при воздействии на них внешних сил).

Механика изучает движения материальных тел, при этом все материальные объекты делятся на 3 вида:

1. Материальная точка (это материальное тело, чьи размеры можно не учитывать). 
2. Твердое тело (тело, в котором расстояние между любыми его точками неизменно).
3. Сплошная среда (газ, жидкость и другие вещества, подверженные деформации).

По предмету изучения механику подразделяют на:

• теоретическую (наука об общих законах движения, которая изучает и описывает движение материальных точек и твердых тел);
• механику сплошных сред (наука, которая изучает движение тел, непрерывно заполняющих пространство и представляющих собой сплошную среду);
• прикладную (наука, которая описывает принцип работы технических механизмов).

Рассмотрим детальнее основные разделы механики. И начнем с кинематики.

Часть 2 Траектория. Пройденный телом путь

Изменяя сове положение в пространстве, тело движется по некоторой линии, которую называют траекторией движения. Она может быть как видимой (например, след, оставленный на снегу лыжником), так и невидимой (например, перемещение по воздуху брошенного мяча).Таким образом, траектория – это видимая или невидимая линия, в каждой точке которой побывало тело вов время движения.Траектория может быть прямой линией (например, автомобиль, движущейся по скоростному шоссе) или ломанной (например, самолет, совершающий фигуры высшего пилотажа). Рис.4 Виды траекторииОдин из примеров траектории нам проиллюстрирует

Видео №3 «Траектория»

Длина траектории, по которой движется тело в течение определенного промежутка времени, называется пройденным путем.Путь – это физическая величина, которую можно измерить.Основная единица измерения в «СИ» — 1 метр.Используются также:1 килиметр= 1000  метров1 дециметр=0,1 метра1 сантиметр=0,01 метра1 млиметр=0,001 метра.

Движение в живой природе

Знаете ли вы, что в окружающей нас природе, не существует таких тел, которые находились бы в абсолютном покое. Во Вселенной, все без исключения тела, находятся в постоянном движении. Но чтобы понять, движется ли тело на самом деле или нет, необходимо определить относительно какого тела это происходит.

В мире вокруг нас постоянно происходят какие-то движения. Они происходят и в живой и неживой природе. Движение есть в любых организмах, хотя на первый взгляд они совершенно незаметны. В растениях происходит движение соков, в клетках циркулирует межклеточная жидкость.

Наверное, каждый из вас наблюдал, как к солнцу поворачиваются листья растений и цветы. Полет птиц, ходьба, бег и прыжки животных – это также механическое движение.

Даже течение реки, перемещение воздуха и выпадение осадков выполняют механические движения.

Задание. Наведите свои примеры механического движения в живой природе.

Равноускоренное движение

В физике такой вид движения встречается достаточно часто. Даже в задачах части “А” как 9-ого, так и 11-ого класса встречаются задания, в которых нужно уметь производить операции с ускорением. Например, “А-1”, где нарисован график движения тела в координатных осях и требуется вычислить, какое расстояние автомобиль прошел за тот или иной промежуток времени. Причем один из промежутков может демонстрировать равномерное движение, в то время как на втором необходимо вычислить сначала ускорение и только потом считать пройденное расстояние.

Как же узнать, что движение равноускоренное? Обычно в задачах информация об этом подается напрямую. То есть имеется либо численное указание ускорения, либо даются параметры (время, изменение скорости, дистанция), которые позволяют нам определить ускорение. Следует отметить, что ускорение – векторная величина. А значит она может быть не только положительной, но и отрицательной. В первом случае мы будем наблюдать ускорение тела, во втором – его торможение.

Но бывает, что информация о типе движения ученику преподается в несколько скрытной, если ее можно так назвать, форме. Например, говорится, что на тело ничего не действует или сумма всех сил равна нулю. Ну что же, в этом случае нужно четко понимать, что речь идет о равномерном движении либо о покое тела в определенной системе координат. Если вы вспомните второй закон Ньютона (в котором говорится о том, что сумма всех сил есть не что иное, как произведение массы тела на ускорение, сообщаемое под действием соответствующих сил), то легко заметите одну интересную вещь: если сумма сил равна нулю, то произведение массы на ускорение также будет равно нулю.

Характеристика механического движения

Каким же может быть такой тип движения? Сильно углубляться в дебри физики мы не будем. Рассмотрим простейшие случаи, когда происходит движение материальной точки. Оно подразделяется на прямолинейное движение, а также на криволинейное движение. В принципе, из названия все уже должно быть понятно, но давайте на всякий случай поговорим об этом конкретнее.

Прямолинейным движением материальной точки будет называться такое движение, которое осуществляется по траектории, имеющий вид прямой линии. Ну, например, машина едет прямо под дороге, которая не имеет поворотов. Или по участку подобной дороги. Вот это и будет прямолинейное движение. При этом оно может быть равномерным или равноускоренным.

Криволинейным движением материальной точки будет называться такое движение, которое осуществляется по траектории, которая не имеет вид прямой линии. Траектория может представлять собой ломанную линию, а также замкнутую линию. То есть круговая траектория, эллипсоидная и так далее.

Проект «Движение по окружности и тангенциальное ускорение»

Ускорение – это показатель изменения положения объекта, который
включает скорость и направление движения. Вероятно, вы уже знакомы с понятием
скорости, которое определяет то, насколько быстро или медленно движется объект.
По спидометру автомобиля водитель может определить, сколько миль или километров
он проедет за час, продолжая двигаться с одинаковой скоростью всё время. Однако
водители и другие объекты часто меняют скорость. Когда водитель нажимает педаль
газа, машина начинает ехать быстрее. Увеличение скорости происходит при
изменении ускорения. Вы можете почувствовать, как в этот момент какая-то сила
прижимает вас к спинке сидения автомобиля. Любое воздействие, которое
заставляет объект подвергнуться каким-либо изменениям, называется силой. Когда
водитель резко нажимает педаль тормоза, происходит замедление. Если вы едете на
одинаковой скорости, вы не чувствуете увеличения скорости. Ваш живот – лучший
индикатор того, испытываете ли вы влияние ускорения или нет. Слишком резкие
изменения ускорения вызовут чувство тошноты (в связи с укачиванием).

Перед тем как отправиться в парк развлечений, вы должны узнать о таком
явлении физики, как равномерное
движение по окружности, особенно если это вызывает у вас чувство
тошноты. Ускорение, влияние которого вы испытываете из-за кругового движения,
называется тангенциальным ускорением. Во многих аттракционах задействованы
ускорение и сила. Та сила, влияние которой мы чувствуем в парке развлечений,
называется центростремительной. Она заставляет объект двигаться по искривлённой
траектории.

Этот эксперимент по физике поможет вам
изучить круговое движение в домашних условиях,
без катания на каруселях.

Что
нам понадобится:

Ход
эксперимента:

1. Освободите большой участок пола.
2. Поместите шарик внутрь рулона клейкой ленты.
3. Возьмите рулон пальцами одной руки. Начните
   двигать рулон по кругу, не отрывая его от пола. Шарик, находящийся внутри, тоже
   будет двигаться по кругу. Как, по вашему мнению, будет двигаться шарик, если вы
   уберёте рулон?
4. Теперь поднимите рулон и посмотрите на
   траекторию движения шарика.
5. Повторите несколько раз.

Вывод:

Как круговое движение влияет на ускорение?

Когда вы поднимете рулон клейкой ленты, шарик начнет двигаться прямо.
Направление движения шарика зависит от того, когда вы уберёте рулон. Однако он
всегда будет катиться по прямой линии в обратном направлении от рулона. Почему?
Многие люди предполагают, что после того, как они поднимут с пола рулон, шарик
продолжит двигаться по кругу некоторое время, пока не остановится. Если вы
толкаете шар в одном направлении, он продолжает катиться по прямой до тех пор,
пока вы его не остановите или трение не замедлит его. Круговое
движение более сложное. Пока шарик находится в центре рулона, здесь
задействована центробежная сила. Если же рулон резко убрать, центробежная сила
больше не противодействует импульсу шарика, поэтому он начинает катиться по
прямой.

Ускорение объекта при круговом движении постоянно меняется. Даже если
скорость объекта постоянная, направление движения, которое является другой
составляющей ускорения, всегда меняется. Если вас укачивает в машине, знайте,
что вы подвергаете влиянию центробежной силы. Поэтому вам лучше держаться
подальше от каруселей и американских горок.

На олимпийских играх по метанию молота спортсмен раскручивает его,
чтобы задействовать центробежную силу, а затем выпускает из рук. Тот участник,
чей молот преодолеет самое большое расстояние, побеждает. Спортсмен использует
ускорение, и когда он выпускает молот из рук, эта сила несёт его на поле.
Центробежная сила также является причиной, по которой вы можете раскручивать
ведро с водой над головой и не пролить на себя ни капли. Можете ли вы привести
другие примеры действия центробежной силы?

Работа и механическая энергия

Энергия — это способность физических объектов совершать определенную работу, поэтому количественно работа и энергия измеряются в одних и тех же единицах — джоулях (Дж).

Механическая работа будет численно равна изменениям механической энергии. Работа в механике бывает постоянной и переменной силы.

Работа постоянной и переменной силы

Сила, воздействующая на тело, когда перемещает его на определенное расстояние, совершает работу. В том случае, когда сила постоянна по величине и направлению, а движение прямолинейно, можно говорить о работе постоянной силы.

Если траектория движения объекта не прямолинейна, а сила, действующая на тело, не является постоянной, нужно говорить о работе переменной силы. Чтобы ее рассчитать, необходимо весь путь разбить на прямолинейные отрезки. Полная работа будет в таком случае равна сумме работ на всех прямолинейных участках.

Энергия

Энергия — это скалярная величина, которая является количественной мерой различных форм движения материи. Энергия, которая является мерой механического движения и механического взаимодействия тел с другими объектами и между собой, называется механической.

Изменение механической энергии системы (\(\Delta W\)) определяется работой (\(A\)), которую совершают внешние силы, воздействующие на систему:

\(\Delta W=A\)

Механическая энергия бывает двух видов:

• кинетической;
• потенциальной.

Кинетическая

Кинетическая энергия — это скалярная функция, которая является количественной мерой движения материальных тел, рассматриваемых в конкретной механической системе. Кинетическая энергия зависит только от массы (\(m\)) и модуля скорости материальной точки (\(v\)).

Рассчитывается кинетическая энергия (\(E\)) по формуле:

\(E=\frac{m\times v^2}2\)

Измеряется в джоулях.

Потенциальная 

Потенциальная энергия — это физическая величина, которая обозначает энергию взаимодействия тел или их частей между собой. Потенциальная энергия зависит только от расстояния, на котором находятся объекты. Имеет числовое значение, но не имеет вектора направления. 

Потенциальной энергией обладают следующие виды тел: 

• объекты, находящиеся на какой-либо высоте от поверхности земли;
• упруго деформированные тела (пружина);
• сжатые газы.

Потенциальная энергия тела, поднятого над землей (\(E\)), рассчитывается по формуле:

\(E=m\times g\times h\)

где \(m\) — масса тела, \(h\) — высота над землей, \(g\) — ускорение свободного падения на нашей планете.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела (\(E\)) определяется по формуле:

\(E=\frac{k\times x^2}2\)

где \(x\) — удлинение, \(k\) — жесткость.

Потенциальная энергия измеряется в джоулях.

Закон сохранения механической энергии

Закон сохранения энергии в механике известен всем со школы.

Энергия не исчезает и не возникает снова, она только переходит из одного вида энергии в другой или передается от одного объекта к другому.

Интересные факты

• Васко да Гама стал первым европейцем, обогнувшим Африку. По мнению многих современников, мореплаватель обладал суровым, тяжелым характером. Он был очень гневлив, что сказывалось как на подчиненных ему моряках, так и на индийском населении.
• Еще одной неприглядной чертой да Гама была жадность. Он был плохим дипломатом и то и дело пускал в ход кулаки или оружие.
• В непримиримой борьбе с арабскими конкурентами им принимались беспрецедентные меры даже для пятнадцатого столетия. Однажды, захватив арабское судно у Малабарских берегов, да Гама велел его сжечь вместе с пассажирами, совершавшими паломничество.

Вариант 1

1. Какое тело движется поступательно?

А. искусственный спутник Земли
Б. лифт
В. ребёнок на качелях
Г. камешек, застрявший в покрышке колеса движу­щегося автомобиля

2. Пассажир, стоящий в движущемся автобусе, нахо­дится в покое относительно:

А. здания, стоящего на обочине дороги
Б. другого пассажира, который идёт внутри автобу­са к выходу
В. водителя автобуса
Г. машины, движущейся навстречу автобусу

3. Скорость автомобиля 36 км/ч, это составляет:

А. 5 м/с
Б. 10 м/с
В. 20 м/с
Г. 100 м/с

4. Плот равномерно плывёт по течению реки со ско­ростью 0,5 м/с. За какое время он пройдёт путь, равный 150 м?

А. 5 мин
Б. 10 мин
В. 30 мин
Г. 75 с

5. На рисунке представлен график зависимости ско­рости движения тела от времени. Определите путь, пройденный телом за 5 с.

А. 5 м
Б. 10 м
В. 15 м
Г. 20 м

6. На рисунке представлен график зависимости пути, пройденного телом, от вре­мени. Определите скорость движения тела.

А. 0,5 м/с
Б. 1 м/с
В. 2 м/с
Г. 3 м/с

Решите задачи

7. Трактор за 5 мин проехал 600 м. Какой путь он про­едет за 0,5 ч, двигаясь с той же скоростью?

8. Постройте графики зависимости скорости трактора (см. задачу 7) от времени движения v(t) и пройден­ного пути от времени s(t).

Интересные факты о португальском путешественнике

Вместе с Васко да Гама в первое плавание в качестве капитана корабля отправился и его старший брат, Паулу де Гама.

Привязанность к кровному родственнику, смертельно заболевшему на обратном пути в Португалию, и желание уважить его просьбу умереть на родной земле, вынудили Васко изменить маршрут и прежде Лиссабона отправиться на Азорские острова.

За исключением этого эпизода, Васко да Гама в течение экспедиции проявлял себя как жестокий, равнодушный человек.

В частности, карательный поход на Калькутту во время второго плавания в Индию погрузил в ужас все прибрежные селения: суда обычных туземцев были потоплены, арабские торговые корабли взяты на абордаж, все члены команды перерезаны, индийский флот был сожжен, а город разрушен практически до основания.

Несмотря на жестокость, этот человек ценился королем Португалии за его безукоризненную честность, смелость и железную волю. В пользу последней свидетельствует эпизод, когда Васко да Гама выкинул за борт квадранты, чтобы подавить бунт на корабле и пресечь неповиновение команды, желавшей повернуть назад.

Механическое движение. 7 класс

Подробности

Просмотров: 511

1. Что называется механическим движением?

Изменение с течением времени положения тела относительно других тел называется механическим движением.
Чтобы узнать движется тело или нет, надо узнать, меняется ли положение этого тела среди окружающих его тел.

2. В чем заключается относительность движения?
Если положение тела меняется относительно других тел, то говорят, что тело движется относительно этих тел.
Например, если положение человека меняется относительно домов или деревьев, поверхности Земли, то говорят, что человек движется относительно этих тел.
Если положение движущегося тела не меняется относительно другого тела, то относительно друг друга они не движутся, а находятся в состоянии покоя.
Например, когда человек едет в автобусе, который движется с той же скоростью, что и автомобиль.
Можно двигатся относительно одного тела, но одновременно относительно другого тела находиться в покое.
Например, если человек сидит в движущемся автобусе, то он движется относительно дороги, но находится в покое относительно автобуса.

Примеры механического движения:
Движение человека, автомобиля, самолета относительно поверхности земли.
Колебания маятника, течение воды, перемещение воздуха (ветер).
Движение молекул и атомов.2. Что такое траектория движения?

Траектория — это линия, вдоль которой движется тело.

Траектория движения тела может быть видимой или невидимой.
Траектории могут быть прямолинейные и криволинейные.

Например:
Видимую траекторию оставляет на песке след от колес велосипеда, а траектория движения летящей птицы не видима.
Траектория движения молекулы газа — ломаная линия,.
Траектория движения лыжника, прыгающего с трамплина, — кривая линия.

3. Что такое путь?

Длина траектории, по которой движется тело в течение некоторого промежутка времени, называется путем.
Например:
Самый простой вариант, если тело движется по прямой. Здесь путь — это длина отрезка прямой.
Определить путь, пройденный молекулой за какое-то время, значит найти сумму длин всех отрезков ломаной линии.
Определить путь лыжника при прыжке с трамплина — значит измерить длину кривой линии, по которой он двигался.
Путь обозначают буквой s.
Путь — это физическая величина.
Путь
можно измерить.

4. Единицы пути.
Основной единицей пути в Международной системе (СИ) является 1 метр (м).
Используются также дольные и кратные единицы длины:

миллиметр — 1 мм = 0,001 м = 10-3 м
сантиметр — 1 см = 0,01 м = 10-2 м
дециметр — 1 дм = 0,1 м == 10-1 м
километр — 1 км = 1000 м = 103 м

Следующая страница — смотреть

Назад в «Оглавление» — смотреть