Лекция. Системы отсчета

Со школьной скамьи, наверное, все помнят, что называется механическим движением тела. Если нет, то в этой статье постараемся не только вспомнить этот термин, но и обновить базовые знания из курса физики, а точнее из раздела "Классической механики". Также будут показаны примеры того, что это понятие употребляется не только в определенной дисциплине, но и в иных науках.

Механика

Для начала разберем, что обозначает это понятие. Механика - это раздел в физике, изучающий движение различных тел, взаимодействие между ними, а так же влияние на эти тела третьих сил и явлений. Движение автомобиля по шоссе, пущенный ударом ноги в ворота футбольный мяч, идущий на - все это изучается именно этой дисциплиной. Обычно, употребляя термин "Механика", имеют в виду "Классическую механику". Что это такое, мы разберем с вами ниже.

Классическую механику делят на три больших раздела.

1. Кинематика - она изучает движение тел, не рассматривая вопроса, почему они движутся? Здесь интересуют такие величины, как путь, траектория, перемещение, скорость.
2. Второй раздел - это динамика. Она изучает причины возникновения движения, оперируя такими понятиями, как работа, сила, масса, давление, импульс, энергия.
3. И третий раздел, самый небольшой - изучающая такое состояние, как равновесие. Она делится на две части. Одна освещает равновесие твердых тел, а вторая - жидкостей и газов.

Очень часто классическую механику называют ньютоновой, ибо основывается она на трех законах Ньютона.

Три закона Ньютона

Впервые они были изложены Исааком Ньютоном в 1687 году.

1. Первый закон гласит об инерции тела. Это свойство, при котором сохраняется направление и скорость движения материальной точки, если на него не действует никаких внешних сил.
2. Второй закон утверждает, что тело, приобретая ускорение, совпадает с этим ускорением по направлению, но становится зависимым от своей массы.
3. Третий закон утверждает, что сила действия всегда равна силе противодействия.

Все три закона являются аксиомами. Иными словами, это постулаты, которые не требуют доказательств.

Что называется механическим движением

Это изменение положения какого-либо тела в пространстве, относительно других тел с течением времени. Материальные точки при этом взаимодействуют по законам механики.

Подразделяется на несколько видов:

• Движение материальной точки измеряется с помощью нахождения ее координат и отслеживания изменений координат со временем. Найти эти показатели, значит вычислить значения по осям абсцисс и ординат. Изучением этого занимается кинематика точки, которая оперирует такими понятиями, как траектория, перемещение, ускорение, скорость. Движение объекта при этом может быть прямолинейное и криволинейное.
• Движение твердого тела складывается из перемещения какой-то точки, взятой за основу, и вращательного движения вокруг нее. Изучается кинематикой твердых тел. Перемещение может быть поступательным, то есть вращения вокруг заданной точки не происходит, и все тело движется равномерно, а также плоским - если все тело перемещается параллельно плоскости.
• Существует так же движение сплошной среды. Это перемещение большого количества точек, связанных только каким-либо полем или областью. Ввиду множества движущихся тел (или материальных точек) одной системы координат здесь недостаточно. Поэтому сколько тел, столько и систем координат. Примером тому может служить волна на море. Она - непрерывна, но состоит из большого количества отдельно взятых точек на множестве систем координат. Вот и получается, что движение волны - перемещение сплошной среды.

Относительность движения

Есть еще такое понятие в механике, как относительность движения. Это влияние какой-либо системы отсчета на механическое движение. Как это понимать? Система отсчета - это система координат плюс часы для Проще говоря, это оси абсцисс и ординат в сочетании с минутами. Посредством такой системы определяется, за какой промежуток времени материальная точка проделала заданное расстояние. Иными словами, переместилось относительно оси координат или других тел.

Системы отсчета могут быть: сопутствующая, инерциальная и неинерциальная. Поясним:

• Инерциальная СО - это система, где тела, производя то, что называется механическим движением материальной точки, совершают это прямолинейно и равномерно либо вообще находятся в состоянии покоя.
• Соответственно, неинерциальная СО - система, движущаяся с ускорением или поворачивающаяся по отношению к первой СО.
• Сопутствующая же СО - это система, которая совместно с материальной точкой, совершает то, что называется механическим движением тела. Иными словами, куда и с какой скоростью перемещается объект, вместе с ним перемещается и данная СО.

Материальная точка

Почему иногда употребляется понятие "тело", а иногда - "материальная точка"? Второй случай указывается, когда размерами самого объекта можно пренебречь. То есть такие параметры, как масса, объем и прочее, не имеют значения для решения возникшей задачи. Например, если цель состоит в том, чтобы узнать, с какой скоростью движется пешеход относительно планеты Земля, то ростом и весом пешехода можно пренебречь. Он является материальной точкой. Механическое движение этого объекта не зависит от его параметров.

Используемые понятия и величины механического движения

В механике оперируют различными величинами, с помощью которых задаются параметры, пишется условие задач и находится решение. Перечислим их.

• Изменение местоположения тела (или материальной точки) относительно пространства (или системы координат) с течением времени называется перемещение. Механическое движение тела (материальной точки), по сути дела, - это синоним к понятию "перемещение". Просто второе понятие используют в кинематике, а первое - в динамике. Разница между этими подразделами была пояснена выше.
• Траектория - это линия, по которой тело (материальная точка) совершает то, что называется механическим движением. Ее длина называется путь.
• Скорость - перемещения какой-либо материальной точки (тела), относительно заданной системы отчета. Определение системы отчета так же давалось выше.

Неизвестные величины, используемые для определения механического движения, в задачах находятся с помощью формулы: S=U*T, где "S" - расстояние, "U" - скорость, а "T" - время.

Из истории

Само понятие "классической механики" появилось еще в древности, и подтолкнуло к этому развивающееся быстрыми темпами строительство. Архимед сформулировал и описал теорему о сложении параллельных сил, ввел понятие "центр тяжести". Так зачиналась статика.

Благодаря Галилею, в 17 веке стала развиваться "Динамика". Закон инерции и принцип относительности - это его заслуга.

Исаак Ньютон, как уже говорилось выше, ввел три закона, которые легли в основу ньютоновой механики. Также он открыл закон всемирного тяготения. Так были заложены основы классической механики.

Неклассическая механика

С развитием физики, как науки, и с появлением больших возможностей в сферах астрономии, химии, математики и прочего классическая механика постепенно стала не основной, но одной из многих восстребованных наук. Когда активно стали вводить и оперировать такими понятиями, как скорость света, квантовая теория поля и так далее, законов, лежащих в основе "Механики", стало не хватать.

Квантовая механика - это раздел физика, который занимается изучением сверхмалых тел (материальных точек) в виде атомов, молекул, электронов и фотонов. Эта дисциплина очень хорошо описывает свойства сверхмалых частиц. Помимо этого, она предсказывает их поведение в той или иной ситуации, а также в зависимости от воздействия. Предсказания, выполненные квантовой механикой, могут очень существенно отличаться от предположений классической механики, так как вторая не способна описать все явления и процессы, протекающие на уровне молекул, атомов и прочего - очень маленького и невидимого невооруженным глазом.

Релятивистская механика - это раздел физики, занимающийся изучением процессов, явлений, а так же законов при скоростях, сопоставимых со скоростью света. Все события, изучаемые этой дисциплиной, происходят в четырехмерном пространстве, в отличие от "классического" - трехмерного. То есть к высоте, ширине и длине мы прибавляем еще один показатель - время.

Какое еще бывает определение механического движения

Мы рассмотрели только базовые понятия, связанные с физикой. Но сам термин употребляется не только в механике, будь то классическая или неклассическая.

В науке под названием "Социально-экономическая статистика" определение механического движения населения дается, как миграция. Иными словами, это перемещение людей на большие расстояния, например, в соседние страны или на соседние континенты с целью смены места жительства. Причинами такого перемещения могут быть, как невозможность продолжать жить на своей территории из-за природных катаклизмов, например, постоянные наводнения или засуха, экономических и социальных проблем в своем государстве, так и вмешательство внешних сил, например, война.

В этой статье рассмотрено то, что называется механическим движением. Примеры приведены не только из физики, но и из других наук. Это указывает на то, что термин является многозначным.

Механическое движение - это изменение, происходящее с течением времени, взаимного расположения тел в пространстве.

Примером может служить движение транспортных средств, летательных аппаратов и даже колебания земной коры.

Виды механического движения:

• поступательное механическое движение;
• вращательное механическое движение;
• колебательное механическое движение.

При поступательном движении все точки тела совершают одинаковые движения. Если провести любую прямую в теле при его движении, то она останется параллельной самой себе. Например, такое движение происходит при использовании лифта.
При вращательном движении точки тела будут описывать окружность. Например, в составе генератора есть ротор, который описывает окружность относительно оси этого ротора.

Ротор

При колебательном движении точки тела совершают движение, то вверх, то вниз. Этот вид движения можно рассмотреть на примере обычно пружины и груза. Для этого на пружину надо привязать груз, и она начнет совершать колебательное движение.

Колебательное движение на примере пружины

Относительность механического движения и понятие системы отсчета

Понятие «относительность механического движения » подразумевает, что какое-то тело может покоиться относительно одних тел, но совершать движение относительно других тел. Из-за этого важно указать, говоря, что тело движется или покоится, относительно чего рассматривается состояние. Например, лодка неподвижна относительно воды, но движется относительно берега.

Поэтому и надо указывать относительно какого тела движется или покоится предмет.

В разных системах отсчета скорости тел будут неодинаковы.

Система отсчета - это система, объединяющая тело отсчета, связанную с ними отсчета и прибор для измерения времени.

1. Прибор для измерения времени
2. Система отсчета
3. Тело отсчета

Например, если человек будет двигаться в поезде, то скорость его будет разной и зависеть будет от системы отсчета, относительно которой мы будем рассматривать движение, а именно, от системы отсчета, связанной с неподвижной Землей или от системы отсчета поезда.

Стоит отметить, что в разных системах отсчета различными будут еще и траектории движения тела. Примером могут служить капли дождя, которые на землю падают вертикально, а на окне мчащейся машины они будут оставлять след в виде косых струй.

Путь в разных системах отсчета тоже будет различным. В этом можно убедиться на примере пассажира, который сидит в автобусе. Так путь, который он проделал относительно автобуса во время поездке равен практически 0, а вот относительно Земли он преодолел сравнительно больший путь.

Немного об относительности скорости

Допустим, что в одной системе отсчета совершают движение два тела со скоростями V1 и V2. В этом случае, чтобы узнать скорость первого тела относительно второго, необходимо найти разность скоростей:

Это справедливо только в том случае, если тела движутся в одном направлении, а вот при встречном движении необходимо скорости складывать

Механическое движение – это изменение положения тела в пространстве относительно других тел.

Например, автомобиль движется по дороге. В автомобиле находятся люди. Люди движутся вместе с автомобилем по дороге. То есть люди перемещаются в пространстве относительно дороги. Но относительно самого автомобиля люди не движутся. В этом проявляется . Далее кратко рассмотрим основные виды механического движения .

Поступательное движение – это движение тела, при котором все его точки движутся одинаково.

Например, всё тот же автомобиль совершает по дороге поступательное движение. Точнее, поступательное движение совершает только кузов автомобиля, в то время как его колёса совершают вращательное движение.

Вращательное движение – это движение тела вокруг некоторой оси. При таком движении все точки тела совершают движение по окружностям, центром которых является эта ось.

Упоминавшиеся нами колёса совершают вращательное движение вокруг своих осей, и в то же время колёса совершают поступательное движение вместе с кузовом автомобиля. То есть относительно оси колесо совершает вращательное движение, а относительно дороги – поступательное.

Колебательное движение – это периодическое движение, которое совершается поочерёдно в двух противоположных направлениях.

Например, колебательное движение совершает маятник в часах.

Поступательное и вращательное движения – самые простые виды механического движения.

Относительность механического движения

Все тела во Вселенной движутся, поэтому не существует тел, которые находятся в абсолютном покое. По той же причине определить движется тело или нет, можно только относительно какого-либо другого тела.

Например, автомобиль движется по дороге. Дорога находится на планете Земля. Дорога неподвижна. Поэтому можно измерить скорость автомобиля относительно неподвижной дороги. Но дорога неподвижна относительно Земли. Однако сама Земля вращается вокруг Солнца. Следовательно, дорога вместе с автомобилем также вращается вокруг Солнца. Следовательно, автомобиль совершает не только поступательное движение, но и вращательное (относительно Солнца). А вот относительно Земли автомобиль совершает только поступательное движение. В этом проявляется относительность механического движения .

Относительность механического движения – это зависимость траектории движения тела, пройденного пути, перемещения и скорости от выбора системы отсчёта .

Материальная точка

Во многих случаях размером тела можно пренебречь, так как размеры этого тела малы по сравнению с расстоянием, которое походит это тело, или по сравнению с расстоянием между этим телом и другими телами. Такое тело для упрощения расчетов условно можно считать материальной точкой, имеющей массу этого тела.

Материальная точка – это тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь.

Многократно упоминавшийся нами автомобиль можно принять за материальную точку относительно Земли. Но если человек перемещается внутри этого автомобиля, то пренебрегать размерами автомобиля уже нельзя.

Как правило, решая задачи по физике, рассматривают движение тела как движение материальной точки , и оперируют такими понятиями, как скорость материальной точки, ускорение материальной точки, импульс материальной точки, инерция материальной точки и т.п.

Система отсчёта

Материальная точка движется относительно других тел. Тело, по отношению к которому рассматривается данное механическое движение, называется телом отсчёта. Тело отсчёта выбирают произвольно в зависимости от решаемых задач.

С телом отсчёта связывается система координат , которая представляет из себя точку отсчёта (начало координат). Система координат имеет 1, 2 или 3 оси в зависимости от условий движения. Положение точки на линии (1 ось), плоскости (2 оси) или в пространстве (3 оси) определяют соответственно одной, двумя или тремя координатами. Для определения положения тела в пространстве в любой момент времени также необходимо задать начало отсчёта времени.

Система отсчёта – это система координат, тело отсчета, с которым связана система координат, и прибор для измерения времени. Относительно системы отсчёта и рассматривается движение тела. У одного и того же тела относительно разных тел отсчёта в разных системах координат могут быть совершенно различные координаты.

Траектория движения также зависит от выбора системы отсчёта.

Виды систем отсчёта могут быть различными, например, неподвижная система отсчёта, подвижная система отсчёта, инерциальная система отсчёта, неинерциальная система отсчёта.

Что такое механическое движение и чем оно характеризуется? Какие параметры вводятся для понимания этого вида движения? Какими терминами при этом чаще всего оперируют? В данной статье мы ответим на эти вопросы, рассмотрим механическое движение с разных точек зрения, приведем примеры и займемся решением задач из физики соответствующей тематики.

Основные понятия

Еще со школьной скамьи нас учат тому, что механическое движение представляет собой изменение положения тела в любой момент времени относительно других тел системы. На самом деле все так и есть. Давайте примем обыкновенный дом, в котором мы находимся, за ноль координатной системы. Представьте визуально, что дом будет началом координат, а из него в любых направлениях будет выходить ось абсцисс и ось ординат.

В таком случае наше движение в пределах дома, а также за его пределами будет наглядно демонстрировать механическое движение тела в системе отсчета. Представьте, будто точка перемещается по системе координат, в каждый момент времени изменяя свою координату относительно как оси абсцисс, так и относительно оси ординат. Все будет просто и понятно.

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.

Механическое движение населения

Этот вид движения не имеет практически абсолютно никакого отношения к физике. Хотя, смотря с какой точки зрения мы его воспринимаем. Что, вообще, называется механическим движением населения? Им называется переселение индивидуумов, которое происходит в результате проведения миграционных процессов. Это может быть как внешняя, так и внутренняя миграция. По продолжительности механическое движение населения подразделяется на постоянное и временное (плюс маятниковое и сезонное).

Если мы будем рассматривать этот процесс с физической точки зрения, то можно сказать только одно: это движение будет прекрасно демонстрировать движение материальных точек в системе отсчета, связанной с нашей планетой - Землей.

Равномерное механическое движение

Как ясно из названия, это такой тип движения, при котором скорость тела имеет определенное значение, сохраняемое постоянным по модулю. Иными словами, скорость тела, которое движется равномерно, не изменяется. В реальной жизни мы практически не можем заметить идеальных примеров равномерного механического движения. Вы можете вполне резонно возразить, мол, можно ехать на автомобиле со скоростью 60 километров в час. Да, безусловно, спидометр транспортного средства может демонстрировать подобное значение, но это не означает, что на самом деле скорость автомобиля будет равной именно шестидесяти километрам в час.

О чем идет речь? Как мы знаем, во-первых, все измерительные приборы имеют определенную погрешность. Линейки, весы, механические и электронные приборы - у всех у них есть определенная погрешность, неточность. Вы можете сами убедиться в этом, взяв с десяток линеек и приложив их одна к другой. После этого вы сможете заметить некоторые несовпадения между миллиметровыми отметками и их нанесением.

То же самое касается и спидометра. Он имеет определенную погрешность. У приборов неточность численно равна половине цены деления. В автомобилях неточность спидометра будет составлять 10 километров в час. Именно поэтому в определенный момент нельзя точно сказать, что мы движемся с той или иной скоростью. Вторым фактором, который будет вносить неточность, будут силы, действующие на автомобиль. Но силы неразрывно связаны с ускорением, поэтому на эту тему мы поговорим несколько позже.

Очень часто равномерное движение встречается в задачах математического характера, нежели физического. Там мотоциклисты, грузовые и легковые автомобили движутся с одной и той же скоростью, равной по модулю в разные моменты времени.

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.

Вывод

Но ведь масса - это у нас величина постоянная, и она априори не может быть нулевой. В таком случае логичным будет вывод о том, что при отсутствии действия внешних сил (или при их компенсированном действии) ускорение у тела отсутствует. Значит, оно либо покоится, либо движется с постоянной скоростью.

Формула равноускоренного движения

Иногда встречается в научной литературе подход, согласно которому сначала даются легкие формулы, а потом с учетом некоторых факторов они усложняются. Мы сделаем все наоборот, а именно, рассмотрим сначала равноускоренное движение. Формула, согласно которой вычисляется пройденная дистанция, выглядит следующим образом: S = V0t + at^2/2. Здесь V0 - начальная скорость тела, a - ускорение (может быть отрицательным, тогда знак + изменится в формуле на -), а t - время, прошедшее с начала движения до остановки тела.

Формула равномерного движения

Если же мы будем говорить о равномерном движении, то вспомним, что при этом ускорение равно нулю (a = 0). Подставим ноль в формулу и получим: S = V0t. Но ведь скорость на всем участке пути у нас постоянна, если говорить грубо, то есть придется пренебречь силами, действующими на тело. Что, кстати, в кинематике практикуется повсеместно, поскольку кинематика не изучает причины возникновения движения, этим занимается динамика. Так вот, если скорость на всем участке пути у нас постоянна, то ее начальное значение совпадает с любым промежуточным, а также конечным. Поэтому формула расстояния будет выглядеть следующим образом: S = Vt. Вот и все.

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=2*1,5*3*10 -2 =9*10 -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 *Z*t, 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=k*A / U m=3,29*10 -7 *1,4*10 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.

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.

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...