Училищна енциклопедия. Механично движение

Подробности Категория: Механика Публикувано на 17.03.2014 г. 18:55 ч. Преглеждания: 15415

Механично движениесе разглеждат за материална точка иЗа твърдо.

Движение на материална точка

Движение напред на абсолютно твърдо тяло е механично движение, по време на което всеки сегмент от права линия, свързан с това тяло, винаги е успореден на себе си във всеки момент от времето.

Ако мислено свържете две точки от твърдо тяло с права линия, тогава полученият сегмент винаги ще бъде успореден на себе си в процеса на транслационно движение.

При постъпателно движение всички точки на тялото се движат еднакво. Тоест те изминават едно и също разстояние за едно и също време и се движат в една и съща посока.

Примери за транслационно движение: движение на кабина на асансьор, механични везни, шейна, която се спуска по планина, педали на велосипед, платформа на влак, бутала на двигателя спрямо цилиндрите.

Ротационно движение

По време на въртеливо движение всички точки физическо тялодвижейки се в кръгове. Всички тези окръжности лежат в равнини, успоредни една на друга. И центровете на въртене на всички точки са разположени на една фиксирана права линия, която се нарича ос на въртене. Окръжности, които са описани от точки, лежат в успоредни равнини. И тези равнини са перпендикулярни на оста на въртене.

Ротационното движение е много често срещано. По този начин движението на точки по ръба на колело е пример за ротационно движение. Въртеливото движение се описва с витло на вентилатор и др.

Ротационното движение се характеризира със следните физични величини: ъглова скорост на въртене, период на въртене, честота на въртене, линейна скоростточки.

Ъглова скорост Равномерно въртящо се тяло се нарича стойност, равна на съотношението на ъгъла на въртене към периода от време, през който е настъпило това въртене.

Времето, необходимо на тялото да извърши един пълен оборот, се нарича период на въртене (T).

Броят на оборотите, които тялото прави за единица време, се нарича скорост (f).

Честотата и периодът на въртене са свързани помежду си чрез връзката T = 1/f.

Ако една точка се намира на разстояние R от центъра на въртене, тогава нейната линейна скорост се определя по формулата:

механика -клон на физиката, който изучава механичното движение.

Механиката се дели на кинематика, динамика и статика.

Кинематика е дял от механиката, в който се разглежда движението на телата, без да се идентифицират причините за това движение. Кинематикаизучава начините за описание на движението и връзката между величините, характеризиращи тези движения.

Кинематичен проблем:определяне на кинематични характеристики на движение (траектории на движение, движение, изминато разстояние, координати, скорост и ускорение на тялото), както и получаване на уравнения за зависимостта на тези характеристики от времето.

Механично движение на тялотонаричаме промяната в позицията му в пространството спрямо други тела с течение на времето.

Механично движение относително, изразът „тялото се движи“ е безсмислен, докато не се определи във връзка с това какво движение се разглежда. Движение на същото тяло спрямо различни теласе оказва различно. За да се опише движението на тяло, е необходимо да се посочи спрямо кое тяло се разглежда движението. Това тяло се нарича референтно тяло. Почивката също е относителна (примери: пътник във влак в покой гледа към минаващия влак)

Основната задача на механиката – можете да изчислявате координатите на точките на тялото по всяко време.

За да разрешите това, трябва да имате тяло, от което се измерват координатите, да свържете координатна система с него и да имате устройство за измерване на времеви интервали.

Формират се координатната система, референтното тяло, с което е свързана, и устройството за отчитане на времето справочна система, спрямо които се разглежда движението на тялото.

Координатни системиима:

1. едномерен– положението на тялото върху права се определя от една координата x.

2. двуизмерен– позицията на точка в равнината се определя от две координати x и y.

3. триизмерен– позицията на точка в пространството се определя от три координати x, y и z.

Всяко тяло има определени размери. Различните части на тялото са на различни места в пространството. В много задачи по механика обаче не е необходимо да се посочват позициите на отделните части на тялото. Ако размерите на едно тяло са малки в сравнение с разстоянията до други тела, то това тяло може да се счита за негова материална точка. Това може да се направи например при изследване на движението на планетите около Слънцето.

Ако всички части на тялото се движат еднакво, тогава такова движение се нарича транслационно.

Например, кабините в атракциона „Гигантско колело“, колата на прав участък от пистата и т.н. се движат постъпателно, когато едно тяло се движи напред, то също може да се разглежда като материална точка.

Материална точка е тяло, чиито размери могат да бъдат пренебрегнати при дадени условия.

Концепцията за материална точка играе важна роля в механиката. Едно тяло може да се счита за материална точка, ако размерите му са малки в сравнение с разстоянието, което изминава, или в сравнение с разстоянието от него до други тела.

Пример. Размерите на орбиталната станция, разположена в орбита близо до Земята, могат да бъдат пренебрегнати и при изчисляване на траекторията на движение космически корабКогато се скачвате със станция, не можете да направите, без да вземете предвид нейния размер.

Характеристики на механичното движение: движение, скорост, ускорение.

Механичното движение се характеризира с три физични величини: движение, скорост и ускорение.

Придвижвайки се във времето от една точка в друга, тялото (материална точка) описва определена линия, която се нарича траектория на тялото.

Линията, по която се движи точка от тялото, се нарича траектория на движение.

Дължината на траекторията се нарича изминато разстояние начин.

Определен л,измерено в метра. (траектория – следа, път – разстояние)

Изминато разстояниелравна на дължината на дъгата на траекторията, измината от тялото за известно време t. Пътека– скаларно количество.

Чрез движение на тялотонаречен насочен сегмент от права линия, свързващ първоначалното положение на тялото с последващото му положение. Преместването е векторна величина.

Векторът, свързващ началната и крайната точка на траекторията, се нарича движещ се.

Определен С, измерено в метри (отместването е вектор, модулът отместване е скаларен).

скорост - векторно физическо количество, характеризиращо скоростта на движение на тялото, числено равно на съотношението на движението за кратък период от време към стойността на този интервал.

Определен v

Формула за скорост: или

SI единица за измерване – Госпожица.

На практика използваната единица за скорост е km/h (36 km/h = 10 m/s).

Измерете скоростта скоростомер.

Ускорение- векторна физическа величина, характеризираща скоростта на промяна на скоростта, числено равна на отношението на промяната на скоростта към периода от време, през който е настъпила тази промяна.

Ако скоростта се променя еднакво през цялото движение, тогава ускорението може да се изчисли по формулата:

Измерва се ускорението акселерометър

SI единица m/s 2

По този начин основните физични величини в кинематиката на материална точка са изминатото разстояние л,движение, скорост и ускорение. Пътека ле скаларна величина. Преместването, скоростта и ускорението са векторни величини. За да зададете векторна величина, трябва да зададете нейната величина и да посочите посоката. Векторните величини се подчиняват на определени математически правила. Векторите могат да се проектират върху координатни оси, да се добавят, изваждат и т.н.

Механично движение тяло се нарича промяна в положението му в пространството спрямо други тела с течение на времето. Например, човек, който се вози на ескалатор в метрото, е в покой спрямо самия ескалатор и се движи спрямо стените на тунела

Видове механични движения:

• праволинейни и криволинейни - според формата на траекторията;
• равномерни и неравномерни - според закона на движението.

Механично движениеотносително. Това се проявява във факта, че формата на траекторията, изместването, скоростта и други характеристики на движението на тялото зависят от избора на референтна система.

Тялото, спрямо което се разглежда движението, се нарича референтно тяло. Формират се координатната система, референтното тяло, с което е свързана, и устройството за отчитане на времето справочна система , спрямо които се разглежда движението на тялото.

Понякога размерът на тялото в сравнение с разстоянието до него може да бъде пренебрегнат. В тези случаи се разглежда тялото материална точка.

Определянето на позицията на тялото по всяко време е основната задача на механиката.

Важни характеристики на движението са траектория на материална точка, преместване, скорост и ускорение. Линията, по която се движи материална точка, се нарича траектория . Дължината на траекторията се нарича път (L). Единицата за измерване на пътя е 1 m. Векторът, свързващ началната и крайната точка на траекторията, се нарича изместване (). Изместващ агрегат-1.

м Най-простият тип движение е равномернотоправолинейно движение . Движение, при което тялото извършва едни и същи движения през равни интервали от време, се нарича праволинейно равномерно движение.() е векторно физическо количество, характеризиращо скоростта на движение на тялото, числено равно на съотношението на движението за кратък период от време към стойността на този интервал. Определящата формула за скорост има формата v = s/t. Единица за скорост - Госпожица. Скоростта се измерва със скоростомер.

Движението на тяло, при което скоростта му се променя еднакво за всеки период от време, се нарича равномерно ускореноили еднакво променлива.

— физическо количество, което характеризира скоростта на промяна на скоростта и е числено равно на отношението на вектора на промяна на скоростта за единица време. SI единица за ускорение — m/s 2 .

равномерно ускорено, ако модулът на скоростта нараства, условието за равномерно ускорено движение. Например ускоряващи превозни средства - автомобили, влакове и свободно падащи тела близо до повърхността на Земята ( = ).

Еднакво променливо движениеНаречен еднакво бавно, ако скоростният модул намалява. — състояние на равномерно забавено движение.

Мигновена скорост равномерно ускорено праволинейно движение

Днес ще говорим за систематичното изучаване на физиката и нейния първи раздел - механика. Проучвания по физика различни видовепромени или процеси, протичащи в природата, и какви процеси са били от интерес за нашите предци? Разбира се, това са процеси, свързани с движението. Те се чудеха дали копието, което хвърлиха, ще достигне мамута; те се чудеха дали пратеникът с важни новини ще има време да стигне до съседната пещера преди залез слънце. Всички тези видове движение и механичното движение като цяло се изучават от раздела, наречен механика.

Накъдето и да погледнем, около нас има много примери за механично движение: нещо се върти, нещо скача нагоре и надолу, нещо се движи напред-назад, а други тела могат да бъдат в покой, което също е пример за механично движение, чиято скорост е нула.

Определение

Механично движениесе нарича промяната в положението на телата в пространството спрямо други тела с течение на времето (фиг. 1).

Ориз. 1. Механично движение

Както физиката е разделена на няколко раздела, така и механиката има свои раздели. Първият от тях се нарича кинематика. Раздел механика кинематикаотговаря на въпроса как се движи тялото. Преди да започнете да работите върху изучаването на механичното движение, е необходимо да дефинирате и научите основните понятия, така наречената ABC на кинематиката. В този урок ще научим:

Изберете референтна система за изучаване на движението на тялото;

Опростете задачите, като мислено замените тялото с материална точка;

Определете траекторията на движение, намерете път;

Разграничете видовете движения.

При определянето на механичното движение изразът е от особено значение спрямо други тела. Винаги трябва да избираме така нареченото референтно тяло, тоест тялото, спрямо което ще разглеждаме движението на обекта, който изучаваме. Прост пример: преместете ръката си и ми кажете дали се движи? Да, разбира се, по отношение на главата, но по отношение на копчето на ризата ви няма да мръдне. Следователно изборът на референция е много важен, тъй като спрямо едни тела има движение, но спрямо други тела движение не се извършва. Най-често за референтно тяло се избира тялото, което винаги е под ръка, или по-скоро под краката, - това е нашата Земя, която в повечето случаи е референтното тяло.

Учените отдавна спорят дали Земята се върти около Слънцето или Слънцето се върти около Земята. Всъщност, от гледна точка на физиката, от гледна точка на механичното движение, това е просто спор за отправното тяло. Ако считаме Земята за референтно тяло, тогава да, Слънцето се върти около Земята; ако считаме Слънцето за референтно тяло, тогава Земята се върти около Слънцето. Следователно референтното тяло е важно понятие.

Как да опишем промяна в позицията на тялото?

За да уточним точно положението на тялото, което ни интересува спрямо референтното тяло, е необходимо да свържем координатна система с референтното тяло (фиг. 2).

Когато едно тяло се движи, координатите се променят и за да опишем промяната им, ни трябва устройство за измерване на времето. За да опишете движението, трябва да имате:

Еталонно тяло;

Координатна система, свързана с референтното тяло;

Устройство за измерване на времето (часовник).

Всички тези обекти заедно представляват референтна рамка. Докато не сме избрали референтна система, няма смисъл да описваме механичното движение - няма да сме сигурни как се движи тялото. Прост пример: куфар, лежащ на рафт в купето на влака, който се движи, е просто в покой за пътника, но за човек, стоящ на платформата, той се движи. Както виждаме, едно и също тяло се движи и е в покой, целият проблем е, че референтните системи са различни (фиг. 3).

Ориз. 3. Различни системиотчет

Зависимост на траекторията от избора на отправна система

Да отговорим на един интересен и важен въпросдали формата на траекторията и пътя, изминат от тялото, зависят от избора на отправна система. Помислете за ситуация, в която има пътник от влака, до когото има чаша вода на масата. Каква ще бъде траекторията на стъклото в системата за отчитане, свързана с пътника (референтното тяло е пътникът)?

Разбира се, стъклото е неподвижно спрямо пътника. Това означава, че траекторията е точка, а преместването е равно (фиг. 4).

Ориз. 4. Траекторията на стъклото спрямо пътника във влака

Каква ще бъде траекторията на стъклото спрямо пътника, който чака влака на перона? За този пътник ще изглежда, че стъклото се движи по права линия и има различен от нула път (фиг. 5).

Ориз. 5. Траекторията на стъклото спрямо пътника на платформата

От горното можем да заключим, че траекторията и пътя зависят от избора на отправна система.

За да се опише механичното движение, първо е необходимо да се вземе решение за референтна система.

Ние изучаваме движението, за да предвидим къде ще бъде този или онзи обект в желания момент. Основната задача на механиката- определяне на позицията на тялото по всяко време. Какво означава да се опише движението на тяло?

Нека разгледаме един пример: автобус пътува от Москва до Санкт Петербург (фиг. 6). Интересуваме ли се от размера на автобуса в сравнение с разстоянието, което ще измине?

Ориз. 6. Автобусно движение от Москва до Санкт Петербург

Разбира се, размерът на автобуса в този случай може да бъде пренебрегнат. Можем да опишем автобуса като една движеща се точка, иначе се нарича материална точка.

Определение

Тяло, чиито размери могат да бъдат пренебрегнати в тази задача, се нарича материална точка.

Едно и също тяло, в зависимост от условията на проблема, може да бъде или да не е материална точка. При преместване на автобус от Москва до Санкт Петербург автобусът може да се счита за материална точка, тъй като размерите му не са сравними с разстоянието между градовете. Но ако муха влетя в автобуса и ние искаме да проучим движението му, тогава в този случай размерите на автобуса са важни за нас и той вече няма да бъде материална точка.

Най-често в механиката ще изучаваме именно движението на материална точка. При движение материалната точка последователно преминава позиция по определена линия.

Определение

Линията, по която се движи тяло (или материална точка), се нарича траектория на движение на тялото (ориз. 7).

Ориз. 7. Траектория на точка

Понякога наблюдаваме траектория (например процеса на оценяване на урок), но най-често траекторията е някаква въображаема линия. Ако разполагаме с измервателни уреди, можем да измерим дължината на траекторията, по която се е движило тялото и да определим величина, т.нар. път(фиг. 8).

Определение

Пътекапреминат от тялото за известно време е дължина на участъка от траекторията.

Ориз. 8. Пътека

Има два основни вида движение - праволинейно и криволинейно движение.

Ако траекторията на тялото е права линия, тогава движението се нарича праволинейно. Ако едно тяло се движи по парабола или по друга крива, говорим за криволинейно движение. Когато се разглежда движението не само на материална точка, а движението на реално тяло, се разграничават още два вида движение: транслационно движение и ротационно движение.

Транслационно и ротационно движение. Пример

Кои движения се наричат ​​транслационни и кои ротационни? Нека разгледаме този въпрос на примера на виенско колело. Как се движи кабината на виенското колело? Нека маркираме две произволни точки от кабината и да ги свържем с права линия. Колелото се върти. След известно време маркирайте същите точки и ги свържете. Получените линии ще лежат на успоредни линии (фиг. 9).

Ориз. 9. Движение напред на кабината на виенското колело

Ако права линия, прекарана през които и да е две точки на тялото, остане успоредна на себе си по време на движение, тогава движениеНаречен прогресивен.

В противен случай имаме работа с ротационно движение. Ако правата линия не беше успоредна на вас, тогава пътникът най-вероятно би изпаднал от кабината на колелото (фиг. 10).

Ориз. 10.Въртеливо движение на колелото на кабината

Ротационене движение на тяло, при което неговите точки описват окръжности, лежащи в успоредни равнини. Правата, свързваща центровете на окръжностите, се нарича ос на въртене.

Много често трябва да имаме работа с комбинация от постъпателно и въртеливо движение, така нареченото постъпателно-въртеливо движение. Най-простият пример за такова движение е движението на скок във вода (фиг. 11). Той извършва въртене (салто), но в същото време центърът на масата му се измества напред по посока на водата.

Ориз. 11. Постъпателно-въртеливо движение

Днес изучавахме ABC на кинематиката, тоест основните, най-важни понятия, които по-късно ще ни позволят да преминем към решаването на основния проблем на механиката - определяне на позицията на тялото във всеки един момент.

Библиография

1. Тихомирова С.А., Яворски Б.М. Физика (основно ниво) - М.: Мнемозина, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Физика 10 клас. - М.: Мнемозина, 2014.
3. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика - 9, Москва, Образование, 1990г.

1. Интернет портал „Av-physics.narod.ru” ().
2. Интернет портал „Rushkolnik.ru” ().
3. Интернет портал „Testent.ru“ ().

Домашна работа

Помислете какво е референтното тяло, когато казваме:

• книгата лежи неподвижно върху маса в купето на движещ се влак;
• стюардеса преминава през пътническата кабина на самолета след излитане;
• Земята се върти около оста си.

Механично движениее промяна в положението на тялото в пространството спрямо други тела.

Например, кола се движи по пътя. В колата има хора. Хората се движат заедно с колата по пътя. Тоест хората се движат в пространството спрямо пътя. Но спрямо самата кола хората не се движат. Това показва относителността на механичното движение. След това ще разгледаме накратко основни видове механични движения.

Движение напред- това е движение на тяло, при което всички негови точки се движат еднакво.

Например същата кола се движи напред по пътя. По-точно, само тялото на автомобила извършва постъпателно движение, докато колелата му извършват въртеливо движение.

Ротационно движениее движението на тялото около определена ос. При такова движение всички точки на тялото се движат в кръгове, чийто център е тази ос.

Колелата, които споменахме, извършват въртеливо движение около осите си, като в същото време колелата извършват постъпателно движение заедно с купето на автомобила. Тоест колелото извършва въртеливо движение спрямо оста и постъпателно движение спрямо пътя.

Осцилаторно движение- Това е периодично движение, което се случва последователно в две противоположни посоки.

Например, махало в часовник извършва колебателно движение.

Прогресивен и въртеливо движение- повечето прости типовемеханично движение.

Относителност на механичното движение

Всички тела във Вселената се движат, така че няма тела, които да са в абсолютен покой. По същата причина е възможно да се определи дали едно тяло се движи или не само спрямо някое друго тяло.

Например, кола се движи по пътя. Пътят се намира на планетата Земя. Пътят е неподвижен. Следователно е възможно да се измери скоростта на автомобил спрямо неподвижен път. Но пътят е неподвижен спрямо Земята. Самата Земя обаче се върти около Слънцето. Следователно пътят заедно с колата също се върти около Слънцето. Следователно колата извършва не само транслационно движение, но и ротационно движение (спрямо Слънцето). Но спрямо Земята колата прави само постъпателно движение. Това показва относителността на механичното движение.

Относителност на механичното движение– това е зависимостта на траекторията на тялото, изминатото разстояние, движението и скоростта от избора референтни системи.

Материална точка

В много случаи размерът на тялото може да бъде пренебрегнат, тъй като размерите на това тяло са малки в сравнение с разстоянието, което това тяло се движи, или в сравнение с разстоянието между това тяло и други тела. За да се опростят изчисленията, такова тяло може условно да се счита за материална точка, която има масата на това тяло.

Материална точкае тяло, чиито размери могат да бъдат пренебрегнати при дадени условия.

Колата, която споменахме много пъти, може да се приеме за материална точка спрямо Земята. Но ако човек се движи вътре в тази кола, тогава вече не е възможно да се пренебрегне размерът на колата.

Като правило, когато решаваме задачи по физика, ние разглеждаме движението на тялото като движение на материална точка, и оперират с такива понятия като скорост на материална точка, ускорение на материална точка, импулс на материална точка, инерция на материална точка и др.

Референтна рамка

Материалната точка се движи спрямо други тела. Тялото, по отношение на което се разглежда това механично движение, се нарича референтно тяло. Референтно тялосе избират произволно в зависимост от задачите, които се решават.

Свързан с референтния орган координатна система, която е отправна точка (начало). Координатната система има 1, 2 или 3 оси в зависимост от условията на движение. Позицията на точка върху права (1 ос), равнина (2 оси) или в пространството (3 оси) се определя съответно от една, две или три координати. За да се определи позицията на тялото в пространството във всеки момент от времето, е необходимо също да се зададе началото на отброяването на времето.

Референтна рамкае координатна система, референтно тяло, с което е свързана координатната система, и устройство за измерване на времето. Движението на тялото се разглежда спрямо отправната система. Едно и също тяло има спрямо различни референтни тела в различни системикоординатите могат да бъдат напълно различни координати.

Траектория на движениесъщо зависи от избора на референтна система.

Видове отправни системимогат да бъдат различни, например неподвижна отправна система, подвижна отправна система, инерциална отправна система, неинерциална отправна система.

статия взета от сайта av-physics.narod.ru