Скачать презентацию Введение Физика как наука Окружающий Скачать презентацию Введение Физика как наука Окружающий

Мех.1 Кинематика.ppt

  • Количество слайдов: 42

Введение Физика как наука Введение Физика как наука

• Окружающий мир материален. « Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, • Окружающий мир материален. « Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая отображается нашими ощущениями и существует независимо от них» . • Неотъемлемое свойство материи – движение. 5 основных форм движения материи: 1) механическое, 2) физические, 3) химическое, 4) биологическое, 5) социальное. • Поле и вещество – две формы материи. На микроскопическом уровне форма едина – элементарные частицы и их образования.

• Физика – наука о наиболее простых и вместе с тем наиболее общих • Физика – наука о наиболее простых и вместе с тем наиболее общих формах движения материи. Эти формы присутствуют во всех других, более сложных движениях. • Физика изучает окружающий мир в исключительно широком пространственно-временном интервале: 10 -18 – 1025 м; 10 -26 с – 20 млрд. лет. • Физика тесно связана с другими науками и является основой техники.

• Физика использует различные методы исследования – экспериментальные и теоретические: наблюдение, опыт, анализ, • Физика использует различные методы исследования – экспериментальные и теоретические: наблюдение, опыт, анализ, синтез, компьютерное моделирование и т. д. «Верховным судьей всякой физической теории является опыт» . (А. Эйнштейн). • Механика изучает механическое движение. В ней выделяют 1) классическую (υ «с), 2) релятивистскую (υ ~ с), 3) квантовую механику, описывающую поведение микрочастиц.

• Развитие механики начинается в III веке до н. э. с работ Архимеда. • Развитие механики начинается в III веке до н. э. с работ Архимеда. Основные законы установлены Галилеем и окончательно сформулированы И. Ньютоном в 17 веке. (1687 г. , «Математические начала натуральной философии» ). • Классическая механика использует ряд моделей: материальной точки, абсолютно твердого тела, абсолютно упругого и абсолютно неупругого тела. • Для неточечного тела рассматриваются поступательное и вращательное движения.

Галилей Галилео Ньютон Исаак (1564 -1642, ит. ) (1643 -1727, англ. ) Галилей Галилео Ньютон Исаак (1564 -1642, ит. ) (1643 -1727, англ. )

• Классическая механика опирается на определенные представления о пространстве и времени. Свойства пространства: • Классическая механика опирается на определенные представления о пространстве и времени. Свойства пространства: однородность, изотропность, абсолютность. Описываются геометрией Евклида. Свойства времени: однородность и абсолютность. Скорость движения, скорость передачи взаимодействий может быть бесконечно большой. • Как оказалось, эти представления не являются правильными и справедливы лишь при υ «с.

Единицы физических величин в СИ • Метр, килограмм, секунда, кельвин, моль, ампер, кандела, радиан, Единицы физических величин в СИ • Метр, килограмм, секунда, кельвин, моль, ампер, кандела, радиан, стерадиан. • Метр (м) – длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 с. • Секунда (с) – время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, возникающего при переходе между определенными уровнями атома цезия 133. • Килограмм (кг) – масса международного эталона, (платиноиридиевого цилиндра) хранящегося в международном бюро мер и весов в Севре.

• Радиан (рад) – угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми • Радиан (рад) – угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. • Стерадиан (ср) – телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

• Любое движение твердого тела можно представить как комбинацию поступательного и вращательного движений. • Любое движение твердого тела можно представить как комбинацию поступательного и вращательного движений. • Поступательное движение – это движение, при котором любая прямая, жестко связанная с движущимся телом, остается параллельной своему первоначальному положению. • Вращательное движение – это движение, при котором все точки тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной прямой, называемой осью вращения.

Кинематика Кинематика

• Механическое движение относительно: характеристики движения (форма траектории, перемещение, скорость и др. ) • Механическое движение относительно: характеристики движения (форма траектории, перемещение, скорость и др. ) зависят от выбора системы отсчета. • Система отсчета: тело отсчета, система координат и часы, жестко связанные с телом отсчета. • Траектория – линия, вдоль которой движется мат. точка. Путь – длина отрезка траектории. • Способы описания движений в кинематике: 1) векторный, 2) координатный, 3) естественный.

– вектор перемещения. – вектор перемещения.

x = x(t) … – кинематические уравнения движения в координатной форме. Далее примем обозначения: x = x(t) … – кинематические уравнения движения в координатной форме. Далее примем обозначения: – перемещение, проекция перемещения.

• Скорость материальной точки – производная вектора перемещения по времени: • Движение называется • Скорость материальной точки – производная вектора перемещения по времени: • Движение называется равномерным, если Если вектор меняется, движение называется ускоренным. Любое криволинейное движение является ускоренным.

• Скорость материальной точки – производная вектора перемещения по времени: • Движение называется • Скорость материальной точки – производная вектора перемещения по времени: • Движение называется равномерным, если Если вектор меняется, движение называется ускоренным. Любое криволинейное движение является ускоренным.

• Ускорение – производная вектора скорости по времени: • Движение называется равноускоренным, если • Ускорение – производная вектора скорости по времени: • Движение называется равноускоренным, если • Примеры движений: 1) тело брошено вертикально вверх… 2) точка движется по окружности так, что модуль скорости не изменяется во времени…

3) движение тела, брошенного под углом к горизонту: 3) движение тела, брошенного под углом к горизонту:

3) движение тела, брошенного под углом к горизонту: Движение является равноускоренным. 3) движение тела, брошенного под углом к горизонту: Движение является равноускоренным.

Кинематика равноускоренного движения • В случае равноускоренного движения • Для проекции скорости на ось Кинематика равноускоренного движения • В случае равноускоренного движения • Для проекции скорости на ось Х имеем выражение Отсюда

• Постоянную интегрирования С найдем из условия нормировки: при t = 0 υx • Постоянную интегрирования С найдем из условия нормировки: при t = 0 υx = υ0 x. Это дает: C= υ0 x. Окончательно: (1) • Найдем далее зависимость проекции перемещения от времени.

• Воспользуемся определением скорости: Отсюда Постоянную интегрирования С найдем из условия нормировки: при • Воспользуемся определением скорости: Отсюда Постоянную интегрирования С найдем из условия нормировки: при t = 0 Sx = S 0 x. Тогда С = S 0 x , и (2)

• Соответственно, для координаты материальной точки имеем уравнение: (3) • Если из уравнений • Соответственно, для координаты материальной точки имеем уравнение: (3) • Если из уравнений (1) и (2) исключить время, получим еще одно полезное выражение (при S 0 x= 0): (4)

• Задачи: 1. С балкона, находящегося на высоте h=25 м, вертикально вверх бросили • Задачи: 1. С балкона, находящегося на высоте h=25 м, вертикально вверх бросили мяч с начальной скоростью υ0= 20 м/с. Через сколько времени мяч упадет на землю?

• Задачи: 1. С балкона, находящегося на высоте 25 м, вертикально вверх бросили • Задачи: 1. С балкона, находящегося на высоте 25 м, вертикально вверх бросили мяч с начальной скоростью 20 м/с. Через сколько времени мяч упадет на землю? Падение на землю означает: х=0. Имеем уравнение 25+20 t – 5 t 2 = 0. Решение дает: t 1 = -1 c; t 2 = 5 c.

2. Тело бросили под углом α = 30º к горизонту с начальной скоростью υ0 2. Тело бросили под углом α = 30º к горизонту с начальной скоростью υ0 = 50 м/с. Найти: время полета, высоту подъема, дальность полета, а также скорость тела через 4 с от начала движения.

Время полета тела до верхней точки: Общее время полета Время полета тела до верхней точки: Общее время полета

Высота h подъема равна проекции ния тела за время t 1. перемеще- Высота h подъема равна проекции ния тела за время t 1. перемеще-

Дальность полета: l = 216 м. Дальность полета: l = 216 м.

• Скорость в момент времени t 2 = 4 с: υ = 46 • Скорость в момент времени t 2 = 4 с: υ = 46 м/с

Закон сложения скоростей в классической механике Закон сложения скоростей в классической механике

• Задача. Самолет летит на восток. Скорость самолета относительно воздуха u´. Дует южный • Задача. Самолет летит на восток. Скорость самолета относительно воздуха u´. Дует южный ветер, его скорость υ. Какой курс относительно параллели должен держать летчик, и какова скорость самолета относительно Земли?

Криволинейное движение мат. точки • Любое криволинейное движение является движением ускоренным. В общем случае Криволинейное движение мат. точки • Любое криволинейное движение является движением ускоренным. В общем случае скорость изменяется по направлению и по модулю. • Рассмотрим случай, когда За время Δt точка переходит из положения 1 в 2. Чтобы найти среднее ускорение, необходимо построить.

• При Δt → 0 из подобия треугольников следует: • Отсюда . Это • При Δt → 0 из подобия треугольников следует: • Отсюда . Это ускорение направлено по нормали к , и называется нормальным или центрострем. уск-ем.

• Т. о. , нормальное ускорение an характеризует быстроту изменения скорости по направлению. • Т. о. , нормальное ускорение an характеризует быстроту изменения скорости по направлению. • Быстроту изменения скорости по модулю характеризует тангенциальное ускорение направленное по касательной к траектории движения точки. • Полное ускорение ,

• При движении тела, брошенного под углом к горизонту… • При движении тела, брошенного под углом к горизонту…

Движение точки по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение dφ – угловое перемещение; рассматривается Движение точки по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение dφ – угловое перемещение; рассматривается как вектор. Его направление связано с направлением движения правилом правого винта (правилом буравчика). • Угловая скорость, по определению,

• Угловое ускорение • Рисунок соответствует ситуации, когда угловая скорость с течением времени • Угловое ускорение • Рисунок соответствует ситуации, когда угловая скорость с течением времени уменьшается.

• Далее учтем, что длина дуги Тогда линейная скорость точки Соотношению можно придать • Далее учтем, что длина дуги Тогда линейная скорость точки Соотношению можно придать вид:

• Нормальное (центростремительное) ускорение точки • Тангенциальное ускорение • Нормальное (центростремительное) ускорение точки • Тангенциальное ускорение

• При справедливы соотношения: • При справедливы соотношения:

• При справедливы соотношения: • Период обращения точки по окружности ν – частота • При справедливы соотношения: • Период обращения точки по окружности ν – частота (линейная).