Лекция. Относительность механического движения

Механическое движение тела - это изменение его положения относительно других тел в выбранной системе отсчета, при этом изменение положения тела происходит за какой-либо промежуток времени.

Система отсчета предполагает наличие в ней тела отсчета, начала (точки) отсчета на этом теле, имеющего нулевую координату и как минимум одну ось координат. Например, пусть телом отсчета будет шоссе, началом отсчета некий столб около него. Координатная ось будет тянуться вдоль шоссе; направо от нуля будет ее положительное направление, налево - отрицательное. В 500-х метрах от столба в положительном направлении оси пусть находится бензоколонка.

Допустим, по шоссе едет автобус в сторону бензоколонки. Если за точку отсчета принять столб, то по отношению к нему автобус совершает механическое движение, так как расстояние между ними меняется. А вот бензоколонка в выбранной системе отсчета не совершает движения (ее расстояние до столба не меняется).

Теперь в качестве системы отсчета выберем автобус, на нем будет находиться начало отсчета. Расстояние между ним и бензоколонкой меняется; допустим, автобус к ней подъезжает. Теперь можно сказать, что бензоколонка меняет свое положение относительно автобуса, а это значит, что она совершает механическое движение.

Получается, что в одной системе отсчета (автобус) тело совершает механическое движение, а в другой (шоссе) - нет. Поэтому и говорят, что механическое движение относительно . Под его относительностью имеют в виду, что оценить наличие механического движения можно лишь указав конкретную систему отсчета.

Кроме того, скорость механического движения тела зависит от выбранной системы отсчета. Пусть относительно столба на шоссе: автобус едет со скоростью 60 км/ч, а рядом с ним в том же направлении проезжает автомобиль со скоростью 100 км/ч. Какова скорость автомобиля, если в качестве системы отсчета принять автобус? Через час автомобиль удалится от автобуса всего на 40 км, значит, скорость автомобиля в системе отсчета, связанной с автобусом, равна 40 км/ч.

Рассмотрим человека, сидящего в автобусе. По отношению к столбу на шоссе он двигается также, как все части автобуса. Если в качестве начала отсчета выбрать какое-либо место в самом автобусе, то сидящий человек не совершает никакого механического движения, т. е. покоится. В данном случае мы опять имеем дело с относительностью механического движения.

Пусть человек в автобусе встал и начал перемещаться по нему. Теперь он совершает механическое движение и в системе отсчета, связанной с автобусом. Однако скорость человека по отношению к столбу на шоссе, и выбранной точке отсчета в автобусе будет различной.

Предлагаю игру: выбрать предмет в комнате и описать его местонахождение. Выполнить это так, чтобы угадывающий не смог ошибиться. Вышло? А что выйдет из описания, если другие тела не использовать? Останутся выражения: "слева от...", "над..." и подобное. Положение тела можно задать толькоотносительно какого-нибудь другого тела .

Местонахождение клада: "Стань у восточного угла крайнего дома села лицом на север и, пройдя 120 шагов, повернись лицом на восток и пройди 200 шагов. В этом месте вырой яму в 10 локтей и найдешь 100 слитков золота". Клад найти невозможно, иначе его давно откопали бы. Почему? Тело, относительно которого совершается описание не определено, неизвестно в каком селе находится тот самый дом. Необходимо точно определиться с телом, которое возьмется за основу нашего будущего описания. Такое тело в физике называетсятелом отсчета . Его можно выбрать произвольно. Например, попробуйте выбрать два различных тела отсчета и относительно их описать местонахождение компьютера в комнате. Выйдет два непохожих друг на друга описания.

Система координат

Рассмотрим картинку. Где находится дерево, относительно велосипедиста I, велосипедиста II и нас, смотрящих на монитор?

Относительно тела отсчета - велосипедист I - дерево находится справа, относительно тела отсчета - велосипедист II - дерево находится слева, относительно нас оно впереди. Одно и то же тело - дерево, находящееся постоянно в одном и том же месте, одновременно и "слева", и "справа" и "впереди". Проблема не только в том, что выбраны различные тела отсчета. Рассмотрим его расположение относительно велосипедиста I.

На этом рисунке деревосправа от велосипедиста I

На этом рисунке деревослева от велосипедиста I

Дерево и велосипедист не меняли своего месторасположения в пространстве, однако дерево одновременно может быть "слева" и "справа". Для того, чтобы избавиться от неоднозначности описания самого направления, выберем определенное направление за положительное, противоположное выбранному будет отрицательным. Выбранное направление обозначают осью со стрелкой, стрелка указывает положительное направление. В нашем примере выберем и обозначим два направления. Слева направо (ось, по которой движется велосипедист), и от нас внутрь монитора к дереву - это второе положительное направление. Если первое, выбранное нами направление, обозначить за X, второе - за Y, получим двухмернуюсистему координат .

Относительно нас велосипедист движется в отрицательном направлении по оси X, дерево находится в положительном направлении по оси Y

Относительно нас велосипедист движется в положительном направлении по оси X, дерево находится в положительном направлении по оси Y

А теперь определите, какой предмет в комнате находится в 2 метрах в положительном направлении по оси X (справа от вас), и в 3 метрах в отрицательном направлении по оси Y (позади вас).(2;-3) - координаты этого тела. Первой цифрой "2" принято обозначать расположение по оси X, вторая цифра "-3" указывает расположение по оси Y. Она отрицательная, потому что по оси Y находится не в стороне дерева, а в противоположной стороне. После того, как выбрано тело отсчета и направления, месторасположение любого предмета будет описано однозначно. Если вы повернетесь спиной к монитору, справа и позади вас будет уже другой предмет, но и координаты у него будут другие (-2;3). Таким образом, координаты точно и однозначно определяют расположение предмета.

Пространство, в котором мы живем, - пространство трех измерений, как говорят, трехмерное пространство. Кроме того, что тело может находится "справа" ("слева"), "впереди" ("позади"), оно может быть еще "выше" или "ниже" вас. Это третье направление - принято обозначать его осью Z

Можно ли выбирать не такие направления осей? Можно. Но нельзя менять их направления в течение решения, например, одной задачи. Можно ли выбрать другие названия осей? Можно, но вы рискуете тем, что вас не поймут другие, лучше так не поступать. Можно ли поменять местами ось X с осью Y? Можно, но не путайтесь в координатах:(x;y) .

При прямолинейном движении тела для определения его положения достаточно одной координатной оси.

Для описания движения на плоскости используется прямоугольная система координат, состоящая из двух взаимно перпендикулярных осей (декартовая система координат).

С помощью трехмерной системы координат можно определить положение тела в пространстве.

Система отсчета

Каждое тело в любой момент времени занимает определенное положение в пространстве относительно других тел. Определять его положение уже умеем. Если с течением времени положение тела не изменяется, то оно покоится. Если же с течением времени положение тела изменяется, то это означает, что тело движется. Все в мире происходит где-то и когда-то: в пространстве (где?) и во времени (когда?). Если к телу отсчета, системе координат, которые определяют положение тела, добавить способ измерения времени - часы, получимсистему отсчета . При помощи которой можно оценить движется или покоится тело.

Относительность движения

Космонавт вышел в открытый космос. В состоянии покоя или движения он находится? Если рассматривать его относительно друга космонавта, находящегося рядом, он будет покоиться. А если относительно наблюдателя на Земле, космонавт движется с огромной скоростью. Аналогично с поездкой в поезде. Относительно людей в поезде вы неподвижно сидите и читаете книгу. Но относительно людей, которые остались дома, вы двигаетесь со скоростью поезда.

Примеры выбора тела отсчета, относительно которого на рисунке а) поезд движется (относительно деревьев), на рисунке б) поезд покоится относительно мальчика.

Сидя в вагоне, ожидаем отправления. В окне наблюдаем за электричкой на параллельном пути. Когда она начинает двигаться, трудно определить кто движется - наш вагон или электричка за окном. Для того, чтобы определиться, необходимо оценить движемся ли мы относительно других неподвижных предметов за окном. Мы оцениваем состояние нашего вагона относительно различных систем отсчета.

Изменение перемещения и скорости в разных системах отсчета

Перемещение и скорость изменяются при переходе из одной системы отсчета в другую.

Скорость человека относительно земли (неподвижной системы отсчета) различная в первом и втором случаях.

Правило сложения скоростей:Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета - это векторная сумма скорости тела относительно подвижной системы отсчета и скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной.

Аналогично вектора перемещения. Правило сложения перемещений:Перемещение тела относительно неподвижной системы отсчета - это векторная сумма перемещения тела относительно подвижной системы отсчета и перемещения подвижной системы отсчета относительно неподвижной.

Пусть человек идет по вагону по направлению (или против) движения поезда. Человек - тело. Земля - неподвижная система отсчета. Вагон - подвижная система отсчета.

Изменение траектории в разных системах отсчета

Траектория движения тела относительна. Например, рассмотрим пропеллер вертолета, спускающегося на Землю. Точка на пропеллере описывает окружность в системе отсчета, связанного с вертолетом. Траектория движения этой точки в системе отсчета, связанной с Землей, представляет собой винтовую линию.

Поступательное движение

Движение тела - это изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени. Каждое тело имеет определенные размеры, иногда разные точки тела находятся в разных местах пространства. Как же определить положение всех точек тела?

НО! Иногда нет необходимости указывать положение каждой точки тела. Рассмотрим подобные случаи. Например, это не нужно делать, когда все точки тела движутся одинаково.

Одинаково движутся все токи чемодана, машины.

Движение тела, при котором все его точки движутся одинаково, называетсяпоступательным

Материальная точка

Не нужно описывать движение каждой точки тела и тогда, когда его размеры очень малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит. Например, корабль, преодолевающий океан. Астрономы при описании движения планет и небесных тел друг относительно друга не учитывают их размеров и их собственное движение. Несмотря на то, что, например, Земля громадная, относительно расстояния до Солнца она ничтожно мала.

Нет необходимости рассматривать движение каждой точки тела, когда они не влияют на движение тела всего целиком. Такое тело можно представлять точкой. Все вещество тела как бы сосредотачиваем в точку. Получаем модель тела, без размеров, но она имеет массу. Это и естьматериальная точка .

Одно и то же тело при одних его движениях можно считать материальной точкой, при других - нельзя. Например, когда мальчик идет из дома в школу и при этом проходит расстояние 1 км, то в этом движении его можно считать материальной точкой. Но когда тот же мальчик выполняет зарядку, то точкой его считать уже нельзя.

Рассмотрим движущихся спортсменов

В этом случае можно спортсмена моделировать материальной точкой

В случае прыжка спортсмена в воду (рисунок справа) нельзя моделировать его в точку, так как от любого положения рук и ног зависит движение всего тела

Главное запомнить

1) Положение тела в пространстве определяется относительно тела отсчета;
2) Необходимо задать оси (их направления), т.е. систему координат, которая определяет координаты тела;
3) Движение тела определяется относительно системы отсчета;
4) В разных системах отсчета скорость тела может быть разной;
5) Что такое материальная точка

Более сложная ситуация сложения скоростей. Пусть человек переправляется на лодке через реку. Лодка - это исследуемое тело. Неподвижная система отсчета - земля. Подвижная система отсчета - река.

Скорость лодки относительно земли - это векторная сумма

Чему равно перемещение какой-либо точки, находящейся на краю диска радиусом R при его повороте относительно подставки на 600? на 1800? Решить в системах отсчета, связанных с подставкой и диском.

В системе отсчета, связанной с подставкой, перемещения равны R и 2R. В системе отсчета, связанной с диском, перемещение все время равно нулю.

Почему дождевые капли в безветренную погоду оставляют наклонные прямые полосы на стеклах равномерно движущегося поезда?

В системе отсчета, связанной с Землей, траектория капли - вертикальная линия. В системе отсчета, связанной с поездом, движение капли по стеклу есть результат сложения двух прямолинейных и равномерных движений: поезда и равномерного падения капли в воздухе. Поэтому след капли на стекле наклонный.

Каким образом можно определить скорость бега, если тренироваться на беговой дорожке со сломанным автоматическим определением скорости? Ведь относительно стен зала не пробегаешь ни одного метра.

Сегодня мы поговорим о систематическом изучении физики и первом ее разделе - механике. Физика изучает разные виды изменений или процессов, происходящих в природе, а какие процессы в первую очередь интересовали наших предков? Конечно, это процессы, связанные с движением. Им было интересно, долетит ли копье, которое они бросили, и попадет ли оно в мамонта; им было интересно, успеет ли гонец с важной вестью добежать до заката к соседней пещере. Все эти виды движения и вообще механическое движение как раз и изучает раздел, который называется механика.

Куда бы мы ни посмотрели - вокруг нас масса примеров механического движения: что-то вращается, что-то прыгает вверх-вниз, что-то движется вперед-назад, а другие тела могут находиться в состоянии покоя, которое тоже является примером механического движения, скорость которого равна нулю.

Определение

Механическим движением называется изменение положения тел в пространстве относительно других тел с течением времени (рис. 1).

Рис. 1. Механическое движение

Как физика делится на несколько разделов, так и механика имеет свои разделы. Первый из них называется кинематика. Раздел механики кинематика отвечает на вопрос, как движется тело. Прежде чем начать работать над изучением механического движения, необходимо определить и выучить основные понятия, так называемую азбуку кинематики. На уроке мы научимся:

Выбирать систему отсчета для изучения движения тела;

Упрощать задачи, мысленно заменяя тело материальной точкой;

Определять траекторию движения, находить путь;

Различать виды движений.

В определении механического движения особое значение имеет выражение относительно других тел . Нам всегда необходимо выбрать так называемое тело отсчета, то есть тело, относительно которого мы будем рассматривать движение исследуемого нами объекта. Простой пример: подвигайте рукой и скажите - движется ли она? Да, конечно, по отношению к голове, но по отношению к пуговице на вашей рубашке она будет недвижима. Поэтому выбор отсчета очень важен, ведь относительно некоторых тел движение совершается, а относительно других тел движения не происходит. Чаще всего телом отсчета выбирают тело, которое всегда есть под руками, точнее под ногами, - это наша Земля, которая является телом отсчета в большинстве случаев.

Издавна ученые спорили о том, Земля ли вращается вокруг Солнца или Солнце вращается вокруг Земли. На самом деле, с точки зрения физики, с точки зрения механического движения это всего лишь спор о теле отсчета. Если телом отсчета считать Землю, то да - Солнце вращается вокруг Земли, если телом отсчета считать Солнце - то Земля вращается вокруг Солнца. Поэтому тело отсчета - это важное понятие.

Как же описывать изменение положения тела?

Чтобы точно задать положение интересующего нас тела относительно тела отсчета, надо связать с телом отсчета систему координат (рис. 2).

При движении тела координаты меняются, а для того чтобы описать их изменение, нам необходим прибор для измерения времени. Чтобы описывать движение, нужно иметь:

Тело отсчета;

Связанную с телом отсчета систему координат;

Прибор для измерения времени (часы).

Все эти объекты составляют вместе систему отсчета. До тех пор пока мы не выбрали систему отсчета, не имеет смысла описывать механическое движение - мы не будем уверены в том, как движется тело. Простой пример: чемодан, лежащий на полке в купе поезда, который движется, для пассажира просто покоится, а для человека, стоящего на перроне, движется. Как мы видим, одно и то же тело и движется, и покоится, вся проблема в том, что системы отсчета различны (рис. 3).

Рис. 3. Различные системы отчета

Зависимость траектории от выбора системы отсчета

Ответим на интересный и важный вопрос, зависит ли форма траектории и пройденный телом путь от выбора системы отсчета. Рассмотрим ситуацию, когда есть пассажир поезда, радом с которым на столе стоит стакан с водой. Какой же будет траектория стакана в системе отчета, связанной с пассажиром (телом отсчета является пассажир)?

Конечно, относительно пассажира стакан неподвижен. Это значит, что траектория является точкой, а перемещение равно (рис. 4).

Рис. 4. Траектория стакана относительно пассажира в поезде

Какой же будет траектория стакана относительно пассажира, который ожидает поезда на перроне? Для этого пассажира будет казаться, что стакан движется по прямой линии и у него ненулевой путь (рис. 5).

Рис. 5. Траектория стакана относительно пассажира на перроне

Из вышесказанного можно сделать вывод, что траектория и путь зависят от выбора системы отсчета.

Для того чтобы описывать механическое движение, в первую очередь необходимо определиться с системой отсчета.

Движение изучается нами для того, чтобыпредсказать, где окажется тот или иной объект в необходимый момент времени. Основная задача механики - определить положение тела в любой момент времени. Что же значит описать движение тела?

Рассмотрим пример: автобус едет из Москвы в Санкт-Петербург (рис. 6). Важны ли нам размеры автобуса по сравнению с расстоянием, которое он преодолеет?

Рис. 6. Движение автобуса из Москвы в Санкт-Петербург

Конечно же, размерами автобуса в данном случае можно пренебречь. Мы можем описывать автобус как одну движущуюся точку, по-другому ее называют материальной точкой.

Определение

Тело, размерами которого в данной задаче можно пренебречь, называют материальной точкой.

Одно и то же тело, в зависимости от условий задачи, может быть или не быть материальной точкой. При перемещении автобуса из Москвы в Санкт-Петербург автобус можно считать материальной точкой, ведь его размеры несопоставимы с расстоянием между городами. Но если в салон автобуса влетела муха и мы хотим исследовать ее движение, тогда в этом случае нам важны размеры автобуса, и он уже не будет являться материальной точкой.

Чаще всего в механике мы будем изучать именно движение материальной точки. При своем перемещении материальная точка последовательно проходит положение вдоль некоторой линии.

Определение

Линия, вдоль которой движется тело (или материальная точка), называется траекторией движения тела (рис. 7).

Рис. 7. Траектория точки

Иногда мы наблюдаем траекторию (например, процесс выставления оценки за урок), но чаще всего траектория - это какая-то воображаемая линия. При наличии средств измерения мы можем замерить длину траектории, вдоль которой двигалось тело, и определим величину, которая называется путь (рис. 8).

Определение

Путь , пройденный телом за некоторое время, - это длина участка траектории .

Рис. 8. Путь

Разделяют два основных вида движения - это прямолинейное и криволинейное движение.

Если траектория тела - это прямая линия, то движение называется прямолинейным. Если тело движется по параболе или по любой другой кривой - мы говорим о криволинейном движении. При рассмотрении движения не просто материальной точки, а движения реального тела различают еще два вида движения: поступательное движение и вращательное движение.

Поступательное и вращательное движение. Пример

Какие же движения называются поступательными, а какие - вращательными? Рассмотрим этот вопрос на примере колеса обозрения. Как движется кабина колеса обозрения? Отметим две произвольные точки кабины и соединим их прямой. Колесо вращается. Через некоторое время отметим те же точки и соединим их. Полученные прямые будут лежать на параллельных прямых (рис. 9).

Рис. 9. Поступательное движение кабины колеса обозрения

Если прямая, проведенная через любые две точки тела, при движении остается параллельной сама себе, то такое движение называют поступательным .

В противном случае мы имеем дело с вращательным движением. Если бы прямая не была параллельной сама тебе, то пассажир, скорее всего, вывалился бы из кабины колеса (рис. 10).

Рис. 10. Вращательное движение кабины колеса

Вращательным называют такое движение тела, при котором его точки описывают окружности, лежащие в параллельных плоскостях. Прямая, соединяющая центры окружностей, называется осью вращения .

Очень часто нам приходится сталкиваться с комбинацией поступательного и вращательного движения, так называемым поступательно-вращательным движением. Самый простой пример такого движения - это движение прыгуна в воду (рис. 11). Он выполняет вращение (сальто), но при этом центр его масс поступательно движется в направлении воды.

Рис. 11. Поступательно-вращательное движение

Мы сегодня изучили азбуку кинематики, то есть основные, самые важные понятия, которые в дальнейшем позволят нам перейти к решению главной задачи механики - определению положения тела в любой момент времени.

Список литературы

Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) - М.: Мнемозина, 2012.
Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. - М.: Мнемозина, 2014.
Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика - 9, Москва, Просвещение, 1990.

Интернет-портал «Av-physics.narod.ru» ().
Интернет-портал «Rushkolnik.ru» ().
Интернет-портал «Testent.ru» ().

Домашнее задание

Подумайте, что является телом отсчета, когда мы говорим:

книга неподвижно лежит на столике в купе движущегося поезда;
стюардесса после взлета проходит по пассажирскому салону самолета;
Земля вращается вокруг своей оси.

БИЛЕТ №1

Механическое движение. Относительность движения. Система отсчёта. Материальная точка. Траектория. Путь и перемещение. Мгновенная скорость. Ускорение. Равномерное и равноускоренное движение.

Механическим движением тела называется изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени.

Траектория движения тела, пройденный путь и перемещение зависят от выбора системы отсчёта. Другими словами, механическое движение относительно. Система координат, тело отсчёта, с которым она связана, и указание начала отсчёта времени образуют систему отсчёта.

Тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь, называют материальной точкой.

Линия, по которой движется точка тела, называется траекторией движения. Длина траектории называется пройденным путём.

Вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории, называют перемещением.

Мгновенной скоростью поступательного движения тела в момент времени t называется отношение очень малого перемещения S к малому промежутку времени, за который произошло это перемещение:

υ=S/t υ =1 м/1 с=1 м/с

Движение с постоянной по модулю и направлению скоростью называется равномерным прямолинейным движением.

При изменении скорости тела вводится понятие ускорения тела.

Ускорением называется векторная величина, равная отношению очень малого изменения вектора скорости к малому промежутку времени, за которое произошло это изменение:

a= υ /t a=1 м/с 2

Равноускоренным называется движение с ускорением, постоянным по модулю и направлению:

С какой силой действует магнитное поле с B=1,5 T на проводник длиною l=0,03 м, расположенного перпендикулярно магнитному полю. Сила тока I=2 A


	=90 0 Sin90 0 =1

	F=21,5310 -2 =910 -2 H

БИЛЕТ №2

Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона.

Причиной изменения скорости движения тела всегда является его взаимодействие с другими телами. После выключения двигателя, автомобиль постепенно замедляет движение и останавливается. Основная причина изменения скорости движения автомобиля – взаимодействие его колёс с дорожным покрытием. В физике для количественного выражения действия одного тела на другое вводится понятие «сила». Примеры сил:
силы упругости, тяжести, тяготения и т.д.

Сила - векторная величина, её обозначают символом F. За направление вектора силы принимается направление вектора ускорения тела, на которое действует сила. В системе СИ:

F=1 H=1 кг*м/с 2

2 закон Ньютона:

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение:

Смысл закона в том, что действующая на тело сила определяет изменение скорости тела, а не скорость движения тела.

Лабораторная работа «Измерение показателя преломления стекла»

БИЛЕТ №3

Импульс тела. Закон сохранения импульса. Проявление закона сохранения импульса в природе и его использование в технике.

Существует физическая величина, одинаково изменяющаяся у всех тел под действием одинаковых сил, если время действия силы одинаково.

Величина, равная произведению массы тела на скорость его движения, называется импульсом тела или количеством движения.

Изменение импульса тела равно импульсу силы, вызывающей это изменение.

Физическая величина, равная произведению силы F на время t её действия, называется импульсом силы.

Импульс тела является количественной характеристикой поступательного движения тел. Единицей измерения импульса тела является величина: кг*м/с.

Закон сохранения импульса:

В замкнутой системе геометрическая сумма импульсов тел остаётся постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой:

m 1 υ 1 +m 2 υ 2 =m 1 υ 1 I + m 2 υ 2 I

где υ 12 , υ 12 I - скорости первого и второго тела до и после взаимодействия.

Система тел, не взаимодействующих с другими телами, не входящими в эту систему, называется замкнутой системой.

Закон сохранения импульса проявляется в инерциальных системах отсчёта (т.е. в тех, в которых тело при отсутствии внешних воздействий двигается прямолинейно и равномерно). Этот закон используется в технике: реактивный двигатель. При сгорании топлива газы, нагретые до высокой температуры, выбрасываются из сопла ракеты со скоростью. Ракета начинает двигаться в результате этого взаимодействия и в соответствии с данным законом.

M – масса ракеты

υ – скорость ракеты

m – масса топлива

U – скорость сгоревшего и выбрасываемого топлива.

Аккумулятор с ЭДС 6 в и внутренним сопротивлением r=0,1 Ом питает внешнюю цепь с R=11,9 Ом.. какое количество теплоты выделится за 10 мин во всей цепи?

	Q=I 2 Zt, где Z – полное сопротивление



	Q= 2 (R+r)t / (R+r) 2
	Q= 2 *t / (R+r)
	Q=36*600 / 12=1800 Дж

БИЛЕТ №4

Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость.

Ньютон доказал, что движение и взаимодействие планет Солнечной системы происходит под действием силы притяжения, направленной к Солнцу и убывающей обратно пропорционально квадрату расстояния от него. Все тела во Вселенной взаимно притягивают друг друга.

Силу взаимного притяжения между телами во Вселенной, Ньютон назвал силой всемирного тяготения. В 1682 году Ньютон открыл закон всемирного тяготения:

Все тела притягиваются друг к другу. Сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

F=G*m 1 *m 2 / R 2

G- гравитационная постоянная.

Сила притяжения, действующая со стороны Земли на все тела, называется силой тяжести:

Эта сила убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от центра Земли.

В технике и быту широко используется понятие веса тела – P

Весом тела называют силу, с которой тело вследствии его притяжения к Земле действует на горизонтальную опору или подвес.

Вес тела на неподвижной или равномерно движущейся горизонтальной опоре равен силе тяжести, но приложены они к разным телам.

При ускоренном движении вес тела, направление ускорения которого совпадает с направлением ускорения свободного падения, меньше веса покоящегося тела.

Если тело вместе с опорой свободно падает и ускорение тела равно ускорению свободного падения, а их направления совпадает, то вес тела исчезает. Это явление получило назание невесомости:

A=g P=0 невесомость

При какой температуре внутренняя энергия 20 кг. Аргона составит 1,25*10 6 Дж?

БИЛЕТ №5

Превращение энергии при механических колебаниях. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс.

В природе и технике встречается вид механического движения-колебание.

Механическим колебанием называют движение тела, повторяющееся точно или приблизительно через одинаковые промежутки времени.

Силы, действующие между телами внутри системы, называются внутренними. Силы, действующие извне системы, на тела данной системы называются внешними.

Свободными колебаниями называют колебания, возникающие под действием внутренних сил. Колебания под действием внешних периодически изменяющихся сил, называют вынужденными.

При отклонении маятника от положения равновесия его потенциальная энергия увеличивается, т.к. увеличивается расстояние от поверхности Земли. При движении к положению равновесия скорость маятника возрастает, его кинетическая энергия увеличивается за счёт уменьшения запаса потенциальной, в результате уменьшения расстояния от поверхности Земли. В положении равновесия кинетическая энергия имеет максимальное значение, а потенциальная минимальна. После прохождения положения равновесия происходит превращение кинетической энергии в потенциальную, скорость маятника уменьшается и при максимальном отклонении становится равной нулю. Таким образом происходит периодическое превращение энергии. Но т.к. при движении, тела взаимодействуют с другими телами, поэтому часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию теплового движения атомов и молекул. Амплитуда колебаний будет уменьшаться и через некоторое время маятник остановится. Свободные колебания всегда являются затухающими.

В системе, при возбуждении колебаний под действием периодически изменяющейся внешней силы амплитуда, сначала, постепенно увеличивается. Через некоторое время устанавливается колебания с постоянной амплитудой и с периодом, равным периоду внешней силы.

Амплитуда тоже зависит от частоты изменения силы. При условии, когда частота внешней силы ν совпадает с собственной частотой системы ν 0 , амплитуда имеет максимальное значение.

Резонансом называется резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты изменения внешней силы, действующей на систему, к частоте свободных колебаний. Чем меньше трение в системе, тем отчётливее резонанс (на рис. Кривая №1).

Лабораторная работа «Определение фокусного расстояния собирающей линзы».

БИЛЕТ №6

Опытное обоснование основных положений молекулярно-кинетической теории строения вещества. Масса и размер молекул. Постоянная Авогадро.

В начале 19 века английский учёный Д.Дальтон показал, что многие явления природы можно объяснить, используя молекулярное строение вещества. К началу 20 столетия была окончательно создана и подтверждена опытами молекулярно-кинетическая теория вещества. Основные положения МКТ:

вещества состоят из молекул, между которыми имеются межмолекулярные интервалы.

Молекулы непрерывно и хаотически двигаются.

На небольших расстояниях между молекулами и атомами действут как силы притяжения, так и силы отталкивания. Природа этих сил электромагнитная.

Хаотическое движение называют ещё и тепловым, т.к. оно зависит от температуры.

Опытное обоснование:

То, что вещества состоят из молекул, было доказано снимками, сделанными с помощью электронного микроскопа. На фотографиях видно расположение молекул.

То, что молекулы непрерывно двигаются, доказано опытом Броуна. Он наблюдал в 1827 г. как двигаются крупинки глины в воде. Объяснить не смог. Броуновское движение – движение крупинок глины, обусловленное ударами хаотически движущихся молекул воды. И ещё одно явление природы – диффузия, доказывает непрерывное движение молекул. Диффузия – явление проникновения молекул одного вещества в молекулы другого вещества. Даже в твёрдых телах, где медлее всего происходит данный поцесс проникновения, все равно наблюдается диффузия. Например: золотая пластина лежит на свинцовой. Находятся под грузом. Через некоторое время обнаружат молекула каждого вещества в соседнем соприкасающемся теле.

3. То, что молекулы притягиваются к друг другу доказывает опыт со свинцовыми цилиндрами. Они выдерживают вес до 5 кг. Диффузия, также доказывает, что в твёрдых телах осуществляется взаимодействие молекул.

Между молекулами одновременно действуют как силы отталкивания так и взаимодействия. По природе они имеют магнитный характер. При деформациях в твёрдых телах силы проявляют себя в виде сил упругости и обуславливают прочность тел. Данные силы действуют на очень малых расстояниях – в пределах размера молекул. Но будет наблюдать эффект, если молекулы приблизить на расстояние больше их устойчивого равновесия (когда два вида сил равны по значению), то силы отталкивания увеличатся, а притяжения уменьшатся.

Экспериментальные исследования показали, что молекулы очень малы. Например: масса молекулы оливкого масла m 0 =2,5*10 -26 кг., а размер молекулы d=3*10 -10 м.

Число Авогадро – число атомов, содержащихся в 0, 012 кг изотопа углерода 12 С. Названо в честь итальянского ученого 19 века.

N A =6,02*10 23 моль -1

При электролизе раствора сульфата меди была совершена работа

А=1,4*10 7 Дж. Определите количество выделившейся меди, если напряжение между электродами ванны равно U=6 B.

K=3,29*10 -7 Дж


	m=kA / U m=3,2910 -7 1,410 7 / 6=4,6 / 6=0,76 кг

БИЛЕТ №7

Идеальный газ. Основное урвнение МКТ идеального газа. Температура и её измерение. Абсолютная температура.

В реальной жизни, изучая явления в природе и технике, невозможно учесть все факторы, влияющие на него. По этой причине можно учитывать важнейший фактор, например движение молекул, а другие (взаимодействие) не учитывать. На этой основе вводится модель явления.

Молекулы газа, ударяясь о поверхность тела или стенку сосуда, оказывают на неё давление –Р. Давление зависит от следующих факторов:

от кинетической энергии движения молекул. Чем она больше, тем больше давление;

количества молекул в единице объёма. Чем их больше, тем больше давление.

Основное уравнение идеального газа можно записать в виде формулы:

P=n*m 0 *υ 2 /3 или P=2*n*E/3

Где n – концентрация молекул в единице объёма (n=N/V), m 0 – масса одной молекулы, E- среднее значение кинетической энергии движения молекул, υ 2 – среднее значение квадрата скорости кинетического движения молекул.

Давление идеального газа прямо попорционально средней кинетической энергии поступательного движения его молекул и числу молекул в единице объёма. Давление измеряется в Паскалях Р=Па. Условия, близкие к идеальному газу создают в электровакуумных лампах и приборах. Там создаётся вакуум, т.к. молекулы газа являются помехой – нить лампы окислится и перегорит мгновенно.

Температура-величина, характеризующая степень нагретости тела. Для того, чтобы измерять температуру тела, был создан прибор – термометр. Эталонным был выбран водородный термометр, в котором в качестве вещества использовался разряженный водород. Он расширяется при нагревании одинаково, как кислород, азот и др. Закрытый сосуд с разряженным водородом соединили с манометром (прибор для измерения давления) и увеличивая температуру, газ расширялся, тем самым менялось и его давление. Давление и температура связаны между собой линейно, то по показанию манометра можно было определять температуру. Шкала температур, установленная по водородному термометру, называется шкалой Цельсия. За 0 0 С принята температура таяния льда при нормальном атмосферном давлении, а за 100 0 С- температура кипения воды, также при нормальном давлении 1 . Возможно и иное построение температурной шкалы. Для более глубокого понимания физического смысла явлений, Кельвин предложил другую шкалу – термодинамическую. Сейчас её называют шкалой Кельвина. В ней за начало принято –273 0 С. Это значение называют абсолютным нулём - температура, при которой прекращается поступательное движение молекул. Ниже температуры в природе не встречается. Температура по данной шкале называется абсолютной температурой и измеряется в Кельвинах – Т К.

Скорость движения молекул зависит от температуры, поэтому говорят, что температура является мерой кинетической энергии движения молекул. С увеличением температуры, увеличивается и средняя скорость поступательного движения молекул.

E=3*k*T/2 P=nkT Где k- постоянная Больцмана =1,38*10 -23 Дж/К

Дана электрическая схема. Определить сопротивление четырёх проводников с одинаковым сопротивлением R 1-4 =4 Ом, соединённых между собой по схеме:

Проводники 1,4-соединены последовательно, а 2,3- параллельно.

Найдём общее сопротивление проводников 2,3:

R 23 =R / n R 23 = 4 / 2=2 Ом.

Находим полное сопротивление всей цепи:

R=R 1 +R 23 +R 4 R=4+2+4=10 Ом.

БИЛЕТ №8

Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона). Изопроцессы.

Идеальный газ- модель реального газа. Это газ, размеры молекул которого малы по сравнению с объёмом сосуда и они практически не взаимодействуют.

Физические величины, значение которых определяется совместным действием огромного числа молекул, называются термодинамическими параметрами: P, V, T.

Идеальный газ описывается такими параметрами, которые входят в уравнение Менделеева- Клапейрона: PV = m*R*T/ M

где М –молярная масса вещества, R- универсальная газовая постоянная, не зависит от природы газа=8,31 Н*м/Кмоль*К, m-масса газа.

Изопроцесс – это процесс, при котором масса газа и один из его параметров остаются постоянными.

Определите красную границу фотоэффекта для металла с работой выхода А=3,2*10 -19 Дж.

БИЛЕТ №9

Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха.

Вещества переходят из одного состояния в другие. При хаотическом движении некоторые молекулы воды, имеющие больщую кинетическую энергию, покидают её. При этом они преодалевают силы притяжения со стороны остальных молекул. Такой процесс называется испарением. (см. плакат). Но может наблюдаться и другой процесс, когда молекулы пара возвращаются в жидкость, такой процесс называют конденсацией. Если над сосудом есть поток воздуха, то он уносит молекулы пара и процесс испарения происходит быстрее. Убыстряется процесс испарения и при повышении температуры жидкости.

Если сосуд накрыть крышкой, то через некоторое время установится динамическое равновесие – число молекул, покинувших жидкость=числу молекул, возвратившихся в жидкость.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным. Даже если мы начнём сжимать насыщенный пар при постоянной температуре, первоначально равновесие нарушится, но затем, концентрация молекул пара опять выравняется, как при динамическом равновесии.

Давление насыщенного пара Р 0 не зависит от объёма при постоянной температуре.

На Земле идёт непрерывное образовыание водяных паров: испарение с водоёмов, растительных покровов, пары выдыхаемые животными. Но данный водяной пар не является насыщенным, т.к. происходит перемещение воздушных масс в атмосфере.

Влажность – это количество водяных паров в атмосфере Земли.

Водяной пар – влажность- характеризуется параметрами. (далее см. плакаты кабинета и по ним рассказывай).

Относительную влажность можно измерить несколькими приборами, но рассмотрим один-психрометр. (Далее о устройстве и способе измерения рассказывай по плакатам).

Лабораторная работа «Измерение длины световой волны с использованием дифракционной решётки».

БИЛЕТ №10

Кристаллические аи аморфные тела. Упругие и пластичные деформации твёрдых тел.

Кристаллы окружают нас повсюду. Твердые тела все относятся к кристаллам. Но т.к. в природе не встречаются одиночные – монокристаллы, то мы их не видим. Чаще всего вещества состоят из множества сцепившихся кристаллических зернышек – поликристаллов. У кристаллических тел атомы распологаются в строгом порядке и образуют пространственную кристаллическую решётку. Вследствие этого у них правильная внешняя форма. Примеры кристаллических тел: поваренная соль, снежинка, слюда, графит и т.д. У данных тел наблюдаются определённые свойства – графит хорошо пишет слоями, соль ломается плоскими гранями, слюда расслаивается в долевом направлении. Т. об. у них совпадают физические свойства в одном направлении – называется анизотропностью. В действительности, чаще всего анизотропность не наблюдается, т.к. тело состоит из большого числа хаотически сросшихся кристаллов, суммарное действие анизотропии приводит к снятию данного явления. Но есть и другие тела, которые не состоят из кристаллов, т.е. у них нет кристаллической решётки, они называются аморфными. Они обладают свойствами упругих и жидких тел. При ударе они колются, при высоких температурах они текут. Примеры аморфных тел: стекло, пластмассы, смола, канифоль, сахарный леденец. У них наблюдаются одинаковые физические свойства по всем направлениям – наз. изотропностью.

Внешнее механическое воздействие на тело вызывает смещение атомов из равновесных положений и приводит к изменению формы и объёма тела, т.е. к его деформации. Самые простые виды деформации- это растяжение и сжатие. Растяжение испытывают тросы подъёмных кранов, канатных дорого, буксирные тросы, струны музыкальных инструментов. Сжатию подвергаются стены и фундаменты зданий. Деформацию можно характеризовать абсолютным удлинением ∆l = l 2 -l 1 , где l 1 -до растяжения, l 2 - после него. А отношение абсолютного удлинения к длине образца называют относительным удлинением: ε=∆l / l 1 . При деформации тела возникают силы упругости. Физическая величина, равная отношению модуля силы упругости к площади сечения тела, называется напряжением σ=F/S. При малых деформациях выполняется закон Гука, когда деформация увеличивается пропорционально с увеличением действия силы на тело. Но только до определённого предела прочности. Если увеличено напряжение и после его снятия размеры тела ещё восстанавливаются польностью, то такая деформация называется упругой, в противном случае она называется остаточной или пластической.

...); читает ли он «механически » или осознанно. Ошибки, ... требований) разделяется на относительно законченные в смысловом отношении... ; сила движений ; объем движений : точность движений ; плавность движений ; симметричность движений ; наличие синкинезий...

«Физика - 10 класс»

По характеру решаемых задач механику делят на кинематику и динамику .

В кинематике описывают движение тел без выяснения причин, вызывающих данное движение

Первое, что бросается в глаза при наблюдении окружающего нас мира, - это его изменчивость. Мир не является застывшим, статичным. Изменения в нём весьма разнообразны. Но если спросить вас, какие изменения вы замечаете чаще всего, то ответ, пожалуй, будет однозначным: изменяется положение предметов (или тел, как говорят физики) относительно земли и относительно друг друга с течением времени .

Бежит ли собака, или мчится автомобиль - с ними происходит один и тот же процесс: их положение относительно земли и относительно вас изменяется с течением времени. Они перемещаются. Сжимается пружина, прогибается доска, на которую вы сели, - изменяется положение различных частей тела относительно друг друга.

Изменение положения тела или частей тела в пространстве относительно других тел с течением времени называется механическим движением .

Определение механического движения выглядит просто, но простота эта обманчива. Прочтите определение ещё раз и подумайте, все ли слова вам ясны: пространство, время, относительно других тел . Скорее всего, эти слова требуют пояснения.

Пространство и время.

Пространство и время - наиболее общие понятия физики и... наименее ясные.

Исчерпывающих сведений о пространстве и времени мы не имеем. Но и те результаты, которые получены сегодня, изложить в самом начале изучения физики невозможно.

Обычно нам вполне достаточно уметь измерять расстояние между двумя точками пространства с помощью линейки и интервалы времени с помощью часов. Линейка и часы - важнейшие приспособления для измерений в механике, да и в быту. С расстояниями и интервалами времени приходится иметь дело при изучении многих явлений во всех областях науки.

«...Относительно других тел».

Если эта часть определения механического движения ускользнула от вашего внимания то вы рискуете не понять самого главного. Например, в купе вагона на столике лежит яблоко. Во время отправления поезда двух наблюдателей (пассажира и провожающего) просят ответить на вопрос: яблоко движется или нет?

Каждый наблюдатель оценивает положение яблока по отношению к себе. Пассажир видит, что яблоко находится на расстоянии 1 м от него и это расстояние сохраняется с течением времени. Провожающий на перроне видит, как с течением времени расстояние от него до яблока увеличивается.

Пассажир отвечает, что яблоко не совершает механического движения - оно неподвижно; провожающий говорит, что яблоко движется.

Закон относительности движения:
Характер движения тела зависит от того, относительно каких тел мы рассматриваем данное движение.

Приступим к изучению механического движения. Человечеству понадобилось около двух тысяч лет, чтобы встать на верный путь, который завершился открытием законов механического движения.

Попытки древних философов объяснить причины движения, в том числе и механического, были плодом чистой фантазии. Подобно тому, рассуждали они, как утомлённый путник ускоряет шаги по мере приближения к дому, падающий камень начинает двигаться всё быстрее и быстрее, приближаясь к матери-земле. Движения живых организмов, например кошки, казались в те времена гораздо более простыми и понятными, чем падение камня. Были, правда, и гениальные озарения. Так, греческий философ Анаксагор говорил, что Луна, если бы не двигалась, упала бы на Землю, как падает камень из пращи.

Однако подлинное развитие науки о механическом движении началось с трудов великого итальянского физика Г. Галилея.

Кинематика - это раздел механики, изучающий способы описания движений и связь между величинами, характеризующими эти движения.

Описать движение тела - это значит указать способ определения его положения в пространстве в любой момент времени.

Уже на первый взгляд задача описания кажется очень сложной. В самом деле, взгляните на клубящиеся облака, колышущиеся листья на ветке дерева. Представьте себе, какое сложное движение совершают поршни автомобиля, мчащегося по шоссе. Как же приступить к описанию движения?

Самое простое (а в физике всегда идут от простого к сложному) - это научиться описывать движение точки. Под точкой можно понимать, например, маленькую отметку, нанесённую на движущийся предмет - футбольный мяч, колесо трактора и т. д. Если мы будем знать, как происходит движение каждой такой точки (каждого очень маленького участка) тела, то мы будем знать, как движется всё тело.

Однако когда вы говорите, что пробежали на лыжах 10 км, то никто не станет уточнять, какая именно часть вашего тела преодолела расстояние в 10 км, хотя вы отнюдь не точка. В данном случае это не имеет сколько- нибудь существенного значения.

Введём понятие материальной точки - первой физической модели реальных тел.

Материальная точка - тело, размерами и формой которого можно пренебречь в условиях рассматриваемой задачи.

Система отсчёта.

Движение любого тела, как мы уже знаем, есть движение относительное. Это значит, что движение данного тела может быть различным по отношению к другим телам. Изучая движение интересующего нас тела, мы обязательно должны указать, относительно какого тела это движение рассматривается.

Тело, относительно которого рассматривается движение, называется телом отсчёта .

Чтобы рассчитать положение точки (тела) относительно выбранного тела отсчёта в зависимости от времени, надо не только связать с ним систему координат, но и суметь измерить время. Время измеряют с помощью часов. Современные часы - это сложные устройства. Они позволяют измерять время в секундах с точностью до тринадцатого знака после запятой. Естественно, ни одни механические часы такой точности обеспечить не могут. Так, одни из самых точных в стране механических часов на Спасской башне Кремля в десять тысяч раз менее точны, чем Государственный эталон времени. Если эталонные часы не корректировать, то на одну секунду они убегут или отстанут за триста тысяч лет. Понятно, что в быту нет необходимости измерять время с очень большой точностью. Но для физических исследований, космонавтики, геодезии, радиоастрономии, управления воздушным транспортом высокая точность в измерении времени просто необходима. От точности измерения времени зависит точность, с которой мы сумеем рассчитать положение тела в какой-либо момент времени.

Совокупность тела отсчёта, связанной с ним системы координат и часов называют системой отсчёта .

На рисунке показана система отсчёта, выбранная для рассмотрения полёта брошенного мяча. В данном случае телом отсчёта является дом, оси координат выбраны так, что мяч летит в плоскости XOY, для определения времени берётся секундомер.