Проекции вектора перемещения. Перемещение Определить величину перемещения тела

Когда мы говорим о перемещении, важно помнить, что перемещение зависит от системы отсчета, в которой рассматривается движение. Обратите внимание на рисунок.

Рис. 4. Определение модуля перемещения тела

Тело движется в плоскости XOY. Точка А – начальное положение тела. Ее координаты А(х 1 ; у 1). Тело перемещается в точку В (х 2 ; у 2). Вектор – это будет перемещение тела:

Урок 3. Определение координаты движущегося тела

Ерюткин Евгений Сергеевич

Тема урока – «Определение координаты движущегося тела». Мы уже обсуждали характеристики движения: пройденный путь, скорость и перемещение. Главной характеристикой движения является местоположение тел. Чтобы его характеризовать, необходимо использовать понятие «перемещение», именно оно дает возможность определить местоположение тела в любой момент времени, именно в этом и состоит главная задача механики.

Рис. 1. Путь как сумма множества прямолинейных перемещений

Траектория как сумма перемещений

На рис. 1 представлена траектория движения тела из точки А в точку В в виде кривой линии, которую можем представить как набор малых перемещений.Перемещение – это вектор, следовательно, весь пройденный путь мы можем представить как набор сумм очень малых перемещений вдоль кривой. Каждое из малых перемещений – это прямая линия, все вместе они составят всю траекторию. Обратите внимание:- именно перемещение определяет положение тела. Любое перемещение мы должны рассматривать в определенной системе отсчета.

Координаты тела

Рисунок надо совместить с системой отсчета движения тел. Самый простой из рассматриваемых нами способов – это движение по прямой, вдоль одной оси. Для характеристики перемещений будем использовать способ, связанный с системой отсчета – с одной линией; движение прямолинейное.

Рис. 2. Одномерное движение

На рис. 2 представлена ось ОХ и случай одномерного движения, т.е. тело движется вдоль прямой, вдоль одной оси. В данном случае тело переместилось из точки А в точку В, перемещение составил вектор АВ. Для определения координаты точки А мы должны сделать следующее: опустить перпендикуляр на ось, координата точки А на этой оси будет обозначаться Х 1 , а опустив перпендикуляр из точки В, получим координату конечной точки – Х 2 . Выполнив это, можно говорить о проекции вектора на ось ОХ. При решении задач нам будет нужна проекция вектора, скалярная величина.

Проекция вектора на ось

В первом случае вектор направлен вдоль оси ОХ, совпадает по направлению, поэтому проекция будет со знаком плюс.

Рис. 3. Проекция перемещения

со знаком минус

Пример отрицательной проекции

На рис. 3 изображена еще одна возможная ситуация. Вектор АВ в данном случае направлен против выбранной оси. В этом случае проекция вектора на ось будет иметь отрицательное значение. При вычислении проекции обязательно ставится символ вектора S, а внизу – индекс Х: S x .

Путь и перемещение при прямолинейном движении

Прямолинейное движение является простым видом движения. В данном случае можно говорить, что модуль проекции вектора – это и будет пройденный путь. Следует обратить внимание, что в данном случае длина модуля вектора равна пройденному пути.

Рис. 4. Пройденный путь совпадает

с проекцией перемещения

Примеры различной взаимной ориентации оси и перемещения

Чтобы окончательно разобраться с вопросом проекции вектора на ось и с координатами, рассмотрим несколько примеров:

Рис. 5. Пример 1

Пример 1.Модуль перемещения равен проекции перемещения и определяется как Х 2 – Х 1, т.е. из конечной координаты вычитаем начальную.

Рис. 6. Пример 2

Пример 2. Очень любопытен второй рисунок под буквой Б. Если тело движется перпендикулярно выбранной оси, то координата тела на этой оси не изменяется, и в этом случае модуль перемещения по этой оси равен 0.

Рис 7. Пример 3

Пример 3. Если тело движется под углом к оси ОХ, то, определяя проекцию вектора на ось ОХ, видно, что проекция по своему значению будет меньше, чем сам модуль вектора S. Путем вычитания Х 2 – Х 1 , определяем скалярное значение проекции.

Решение задачи на определение пути и перемещения

Рассмотрим задачу. Определить местоположение моторной лодки. Лодка отошла от пристани и прошла вдоль берега прямолинейно и равномерно сначала 5 км, а затем в обратном направлении еще 3 км. Необходимо определить пройденный путь и модуль вектора перемещения.

Тема: Законы взаимодействия и движения тел

Урок 4. Перемещение при прямолинейном равномерном движении

Ерюткин Евгений Сергеевич

Равномерное прямолинейное движение

Для начала, давайте вспомним определение равномерного движения . Определение: равномерным движением называется такое движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит одинаковые расстояния.

Необходимо отметить то, что равномерным может быть не только прямолинейное, но и криволинейное движение. Сейчас мы рассмотрим один частный случай – движение вдоль прямой. Итак, равномерное прямолинейное движение (РПД) – движение, при котором тело движется вдоль прямой и за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения.

Скорость

Важная характеристика такого движения – скорость . Из 7 класса вам известно, что скорость – это физическая величина, которая характеризует быстроту движения. При равномерном прямолинейном движении скорость – величина постоянная. Скорость величина векторная, обозначается , единицей измерения скорости является м/с.

Рис. 1. Знак проекции скорости

в зависимости от ее направления

Обратите внимание на рис. 1. Если вектор скорости направлен по направлению оси, то тогда проекция скорости будет . Если скорость направлена против выбранной оси, то проекция этого вектора будет отрицательной.

Определение скорости, пути и перемещения

Перейдем к формуле для расчета скорости . Скорость определяется как отношение перемещения ко времени, в течение которого это перемещение произошло: .

Обращаем ваше внимание на то, что при прямолинейном движении длина вектора перемещения равна пути пройденному этим телом. Поэтому мы можем сказать, что модуль перемещения равен пройденному пути. Чаще всего вы эту формулу встречали в 7 классе и в математике. Она записывается просто: S = V * t. Но важно понимать, что это лишь частный случай.

Уравнение движения

Если вспомнить, что проекция вектора определяется как разность конечной координаты и начальной координаты, т.е. S x = х 2 – х 1 , то можно получить закон движения при прямолинейном равномерном движении.

График скорости

Обратите внимание, что проекция скорости может быть как отрицательной, так и положительной, поэтому здесь ставится плюс или минус, в зависимости от направления скорости относительно выбранной оси.

Рис. 2. График зависимости проекции скорости от времени для РПД

График зависимости проекции скорости от времени, представленный выше, непосредственная характеристика равномерного движения. По горизонтальной оси откладывается время, по вертикальной оси – скорость. Если график проекции скорости располагается над осью абсцисс, то это означает, что тело будет двигаться вдоль оси Ох, в положительном направлении. В противоположном случае направление движения не совпадает с направлением оси.

Геометрическое толкование пути

Рис. 3. Геометрический смысл графика скорости от времени

Тема: Законы взаимодействия и движения тел

Урок 5. Прямолинейное равноускоренное движение. Ускорение

Ерюткин Евгений Сергеевич

Тема урока «Неравномерное прямолинейное движение, прямолинейное равноускоренное движение». Для описания такого движения мы введем важную величину – ускорение . Напомним, что на предыдущих занятиях мы обсуждали вопрос о прямолинейном равномерном движении, т.е. таком движении, когда скорость остается величиной постоянной.

Неравномерное движение

А если скорость изменяется, что тогда? В этом случае говорят о том, что движение неравномерное.

Мгновенная скорость

Для характеристики неравномерного движения вводится новая физическая величина – мгновенная скорость .

Определение: мгновенная скорость – это скорость тела в данный момент или в данной точке траектории.

Прибор, который показывает мгновенную скорость, есть на любом движущемся средстве: в автомобиле, поезде и т.д. Это прибор, который называется спидометр (от англ. – speed («скорость»)). Обращаем ваше внимание на то, что мгновенная скорость определяется как отношение перемещения ко времени, в течение которого это перемещение произошло. Но ведь это определение ничем не отличается от данного нами ранее определения скорости при РПД. Для более точного определения необходимо отметить, что промежуток времени и соответствующее ему перемещение берутся очень маленькими, стремящимися к нулю. Тогда скорость не успевает поменяться сильно, и мы можем пользоваться формулой, которую вводили ранее: .

Обратите внимание на рис. 1. х 0 и х 1 – это координаты вектора перемещения. Если этот вектор будет очень маленьким, то и изменение скорости произойдет достаточно быстро. Это изменение в данном случае мы характеризуем изменением мгновенной скорости.

Рис. 1. К вопросу об определении мгновенной скорости

Ускорение

Таким образом, неравномерное движение имеет смысл характеризовать изменением скорости от точки к точке, тем, как быстро это происходит. Это изменение скорости характеризуется величиной, которая называется ускорение. Обозначается ускорение , это векторная величина.

Определение: ускорение определяется как отношение изменения скорости ко времени, в течение которого это изменение произошло.

Ускорение измеряется м/с 2 .

По сути, скорость изменения скорости – это есть ускорение. Значение проекции ускорения, поскольку это вектор, может быть отрицательным и положительным.

Важно отметить, что, куда направлено изменение скорости, туда будет направлено ускорение. Особое значение это приобретает при криволинейном движении, когда изменяется значение.

Тема: Законы взаимодействия и движения тел

Урок 6. Скорость прямолинейного равноускоренного движения. График скорости

Ерюткин Евгений Сергеевич

Ускорение

Вспомним, что такое ускорение. Ускорение – это физическая величина, которая характеризует изменение скорости за определенный промежуток времени. ,

то есть ускорение – это величина, которая определяется изменением скорости за время, в течении которого это изменение произошло.

Уравнение скорости

Воспользовавшись уравнением, определяющим ускорение, удобно записать формулу для вычисления мгновенной скорости любого промежутка и для любого момента времени:

Это уравнение даёт возможность определить скорость в любой момент движения тела. При работе с законом изменения скорости от времени необходимо учитывать направление скорости по отношению к выбранной СО.

График скорости

График скорости (проекции скорости) представляет собой закон изменения скорости (проекции скорости) от времени для равноускоренного прямолинейного движения, представленный графически.

Рис. 1. Графики зависимости проекции скорости от времени для равноускоренного прямолинейного движения

Проанализируем различные графики.

Первый. Уравнение проекции скорости: . Скорость и время увеличиваются, обратите внимание, что на графике в том месте, где одна из осей – время, а другая – скорость, будет прямая линия. Начинается эта линия из точки , которая характеризует начальную скорость.

Второй – это зависимость при отрицательном значении проекции ускорения, когда движение замедленно, то есть скорость по модулю сначала уменьшается. В этом случае уравнение выглядит: .

График начинается в точке продолжается до точки , пересечения оси времени. В этой точке скорость тела становится равной нулю. Это означает, что тело остановилось.

Если вы внимательно посмотрите на уравнение скорости, то вспомните, что в математике была похожая функция. Это уравнение прямой, что подтверждается графиками, рассмотренными нами.

Некоторые частные случаи

Чтобы окончательно разобраться с графиком скорости рассмотрим частный случай. На первом графике зависимость скорости от времени связана с тем, что начальная скорость, , равняется нулю, проекция ускорения больше нуля.

Запись этого уравнения . Ну и сам вид графика достаточно простой (график 1):

Рис. 2. Различные случаи равноускоренного движения

Еще два случая равноускоренного движения представлены на следующих двух графиках. Второй случай – это ситуация, когда сначала тело двигалось с отрицательной проекцией ускорения, а затем начало разгоняться в положительном направлении оси ОХ.

Третий случай – это ситуация, когда проекция ускорения меньше нуля и тело непрерывно движется в направлении, противоположном положительному направлению оси ОХ. При этом модуль скорости постоянно возрастает, тело ускоряется.

Данный видеоурок поможет пользователям получить представление о теме «Перемещение при прямолинейном равноускоренном движении». В ходе этого занятия учащиеся смогут расширить свои знания о прямолинейном равноускоренном движении. Учитель расскажет, как правильно определять перемещение, координаты и скорость при таком движении.

Тема: Законы взаимодействия и движения тел

Урок 7.Перемещение при прямолинейном равноускоренном движении

Ерюткин Евгений Сергеевич

На предыдущих уроках мы обсуждали, как определить пройденный путь при равномерном прямолинейном движении. Настало время узнать, как определить координату тела, пройденный путь и перемещение при . Это можно сделать, если рассмотреть прямолинейное равноускоренное движение как набор большого количества очень малых равномерных перемещений тела.

Опыт Галилея

Первым решил задачу местоположения тела в определённый момент времени при ускоренном движении итальянский учёный Галилео Галилей. Свои опыты он проводил с наклонной плоскостью. По желобу он запускал шар, мушкетную пулю, а затем определял ускорение этого тела. Как же он это делал? Он знал длину наклонной плоскости, а время определял по биению своего сердца или по пульсу.

Определение перемещения по графику скорости

Рассмотрим график зависимости скорости равноускоренного прямолинейного движения от времени. Эта зависимость вам известна, она представляет собой прямую линию: v = v 0 + at

Рис.1. Определение перемещения

при равноускоренном прямолинейном движении

График скорости разбиваем на маленькие прямоугольные участки. Каждый участок будет соответствовать определённой постоянной скорости. Надо определить пройденный путь за первый промежуток времени. Запишем формулу: .

Теперь посчитаем суммарную площадь всех имеющихся у нас фигур. А сумма площадей при равномерном движении – это полный пройденный путь.

Обратите внимание, от точки к точке скорость будет изменяться, тем самым мы получим путь, пройденный телом именно при прямолинейном равноускоренном движении.

Заметим, что при прямолинейном равноускоренном движении тела, когда скорость и ускорение направлены в одну сторону, модуль перемещения равен пройденному пути, поэтому, когда мы определяем модуль перемещения – определяемпройденный путь . В данном случае можем говорить, что модуль перемещения будет равен площади фигуры, ограниченной графиком скорости и времени.

Воспользуемся математическими формулами для вычисления площади указанной фигуры.

Площадь фигуры, (численно равная пройденному пути), равна полусумме оснований, умноженной на высоту. Обратите внимание, что на рисунке одним из оснований является начальная скорость. А вторым основанием трапеции будет конечная скорость, обозначенная буквой , умноженная на . Это означает, что высота трапеции , это промежуток времени, за которое произошло движение.

Конечную скорость, рассмотренную на предыдущем уроке, мы можем записать как сумму начальной скорости и вклада, обусловленного наличием у тела постоянного ускорения. Получается выражение:

Если открыть скобки, то становится удвоенным. Мы можем записать следующее выражение:

Если по отдельности записать каждое из этих выражений, итогом будет следующее:

Это уравнение впервые было получено благодаря экспериментам Галилео Галилея. Поэтому можно считать, что именно этот ученый впервые дал возможность определить местоположение тела в любой момент. Это и есть решение главной задачи механики.

Определение координаты тела

Теперь давайте вспомним, что пройденный путь, равный в нашем случае модулю перемещения , выражается разностью:

Если в уравнение Галилея подставить полученное нами выражение для S, то запишем закон, по которому движется тело при прямолинейном равноускоренном движении:

Следует помнить, что скорость, ее проекция и ускорение могут быть отрицательными.

Следующим этапом рассмотрения движения станет исследование движения по криволинейной траектории.

Тема: Законы взаимодействия и движения тел

Урок 8. Перемещение тела при прямолинейном равноускоренном движении без начальной скорости

Ерюткин Евгений Сергеевич

Прямолинейное равноускоренное движение

Рассмотрим некоторые особенности перемещения тела при прямолинейном равноускоренном движении без начальной скорости. Уравнение, которое описывает это движение, было выведено Галилеем в XVI веке. Необходимо помнить, что при прямолинейном равномерном или неравномерном движении модуль перемещения совпадает по своему значению с пройденным путем. Формула выглядит следующим образом:

S=V o t + at 2 /2,

где а – это ускорение.

Случай равномерного движения

Первый, самый простой случай, это ситуация, когда ускорение равно нулю. Это означает, что уравнение, приведенное выше, превратится в уравнение: S = V 0 t. Это уравнение дает возможность найти пройденный путь равномерного движения. S, в данном случае, является модулем вектора. Его можно определить как разность координат: конечная координата х минус начальная координата х 0 . Если подставить это выражение в формулу, то получается зависимость координаты от времени.

Случай движения без начальной скорости

Рассмотрим вторую ситуацию. При V 0 = 0 начальная скорость равна 0, это значит, что движение начинается из состояния покоя. Тело покоилось, затем начинает приобретать и увеличивать скорость. Движение из состояния покоя будет записываться без начальной скорости: S = at 2 /2. Если S – модуль перемещения (или пройденный путь) обозначить как разность начальной и конечной координаты (из конечной координаты вычитаем начальную), то получится уравнение движения, которое дает возможность определить координату тела для любого момента времени: х = х 0 + at 2 /2.

Проекция ускорения может быть, как отрицательной, так и положительной, поэтому можно говорить о координате тела, которая может как увеличиваться, так и уменьшаться.

Пропорциональность пути квадрату времени

Важные закономерности уравнений без начальной скорости, т.е. когда тело начинает свое движение из состояния покоя:

S x – пройденный путь, он пропорционален t 2 , т.е. квадрату времени. Если рассматривать равные промежутки времени – t 1 , 2t 1 , 3t 1 , то можно заметить следующие соотношения:

S 1 ~ 1 S 1 = a/2*t 1 2

S 2 ~ 4 S 2 = a/2*(2t 1) 2

S 3 ~ 9 S 3 = a/2*(3t 1) 2

Если продолжить, закономерность сохранится.

Перемещения за последовательные промежутки времени

Можно сделать следующее заключение: пройденные расстояния увеличиваются пропорционально квадрату увеличения промежутков времени. Если был один промежуток времени, например 1 с, значит, пройденный путь будет пропорционален 1 2 . Если второй отрезок 2 с, то пройденное расстояние будет пропорционально 2 2 , т.е. = 4.

Если за единицу времени выбираем некий промежуток, то полные расстояния, пройденные телом за последующие равные промежутки времени, будут относиться как квадраты целых чисел.

Иными словами, перемещения, совершенные телом за каждую последующую секунду, будут относиться как нечетные числа:

S 1:S 2:S 3:…:S n =1:3:5:…:(2n-1)

Рис. 1. Перемещения

за каждую секунду относятся как нечетные числа

Рассмотренные закономерности на примере задачи

Исследованные два очень важных заключения свойственны только прямолинейному равноускоренному движению без начальной скорости.

Задача: автомобиль начинает двигаться от остановки, т.е. из состояния покоя, и за 4 с своего движения проходит 7 м. Определите ускорение тела и мгновенную скорость через 6 с после начала движения.

Рис. 2. Решение задачи

Решение: автомобиль начинает движение из состояния покоя, следовательно, путь, который проходит автомобиль, рассчитывается по формуле: S = at 2 /2. Мгновенная скорость определяется как V = at. S 4 = 7 м, расстояние, которое автомобиль прошел за 4 с своего движения. Его можно выразить как разность полного пути, пройденного телом за 4 с, и пути, пройденного телом за 3 с. Используя это, получаем ускорение а = 2 м/с 2 , т.е. движение ускоренное, прямолинейное. Чтобы определить мгновенную скорость, т.е. скорость в конце 6 с, следует ускорение умножить на время, т.е. на 6 с, во время которых тело которое продолжало двигаться. Получаем скорость v(6с) = 12 м/с.

Ответ: модуль ускорения равен 2 м/с 2 ; мгновенная скорость в конце 6 с равна 12 м/с.

Тема: Законы взаимодействия и движения тел

Урок 9: Лабораторная работа №1 «Исследование равноускоренного движения

без начальной скорости»

Ерюткин Евгений Сергеевич

Цель работы

Цель лабораторной работы – определить ускорение движения тела, а также его мгновенную скорость в конце движения.

Впервые данную лабораторную работу проводил Галилео Галилей. Именно благодаря данной работе Галилею удалось установить опытным путём ускорение свободного падения.

Наша задача – рассмотреть и разобрать, как можно определить ускорение при движении тела по наклонному жёлобу.

Оборудование

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, в лапке укреплён наклонный жёлоб; в жёлобе располагается упор в виде металлического цилиндра. Движущееся тело – это шарик. Счётчик времени – метроном, если его запустить, он будет считать время. Измерительная лента понадобится для измерения расстояния.

Рис. 1. Штатив с муфтой и лапкой, желоб и шарик

Рис. 2. Метроном, цилиндрический упор

Таблица измерений

Составим таблицу, состоящую из пяти столбцов, каждый из которых необходимо заполнить.

Первый столбец – это число ударов метронома, который используется нами как счетчик времени. S – следующий столбец – это расстояние, которое проходит тело, шарик, скатывающийся по наклонному жёлобу. Далее – время движения. Четвёртый столбец – это вычисленное ускорение движения. В последнем столбце – мгновенная скорость в конце движения шарика.

Необходимые формулы

Для получения результата следует воспользоваться формулами: S = at 2 /2.

Отсюда несложно получить, что ускорение будет равно отношению удвоенного расстояния, делённого на квадрат времени: a = 2S/t 2 .

Мгновенная скорость определяется как произведение ускорения на время движения, т.е. промежутка времени от начала движения до того момента, как шарик столкнётся с цилиндром: V = at.

Проведение эксперимента

Перейдём к самому эксперименту. Для его выполнения следует отрегулировать метроном так, чтобы он совершал в одну минуту 120 ударов. Тогда между двумя ударами метронома будет промежуток времени, равный 0,5 с (полсекунды). Запускаем метроном и следим за тем, как он отсчитывает время.

Далее при помощи измерительной ленты определяем расстояние между цилиндром, который составляет упор, и начальной точкой движения. Оно равно 1,5 м. Расстояние выбрано так, чтобы тело, скатывающееся по жёлобу, уложилось в промежуток времени не менее 4 ударов метронома.

Рис. 3. Постановка опыта

Опыт: шарик, который ставим в начало движения и отпускаем с одним из ударов, дает результат – 4 удара.

Заполнение таблицы

Результаты записываем в таблицу и переходим к вычислениям.

В первый столбец внесли цифру 3. Но ударов метронома было 4?! Первый удар соответствует нулевой отметке, т.е. мы начинаем отсчёт времени, поэтому время движения шарика – это промежутки между ударами, а их всего три.

Длина пройденного пути , т.е. длина наклонной плоскости – 1,5 м. Подставляя эти значения в уравнение, получаем ускорение, равное приблизительно 1,33 м/с 2 . Обращаем ваше внимание, что это приближённое вычисление, с точностью до второго знака после запятой.

Мгновенная скорость в момент удара равна приблизительно 1,995 м/с.

Итак, мы выяснили, каким образом можно определить ускорение движущегося тела. Обращаем ваше внимание на то, что в своих опытах Галилео Галилей проводил определение ускорения, меняя угол наклона плоскости. Предлагаем вам самостоятельно проанализировать источники погрешностей при выполнении данной работы и сделать выводы.

Тема: Законы взаимодействия и движения тел

Урок 10. Решение задач на определение ускорения, мгновенной скорости и перемещения при равноускоренном прямолинейном движении

Ерюткин Евгений Сергеевич

Занятие посвящено решению задач на определение ускорения, мгновенной скорости и перемещения движущего тела.

Задача на определение пути и перемещения

Задача 1 посвящена исследованию пути и перемещения.

Условие: тело движется по окружности, проходя ее половину. Необходимо определить отношение пройденного пути к модулю перемещения.

Обратите внимание: дано условие задачи, но нет ни одного числа. Такие задачи будут встречаться в курсе физики довольно часто.

Рис. 1. Путь и перемещение тела

Введем обозначения. Радиус окружности, по которой движется тело, равен R. При решении задачи удобно сделать рисунок, на котором окружность и произвольную точку, из которой движется тело, обозначим А; тело движется в точку В, а S – это половина окружности, S – это перемещение , соединяющее начальную точку движения с конечной.

Несмотря на то, что в задаче ни одного числа нет, тем не менее, в ответе мы получаем вполне определенное число (1,57).

Задача на график скорости

Задача 2 будет посвящена графикам скорости.

Условие: два поезда движутся навстречу друг другу по параллельным путям, скорость первого поезда – 60 км/ч, скорость второго – 40 км/ч. Ниже представлены 4 графика, и нужно выбрать те, на которых правильно изображены графики проекции скорости движения этих поездов.

Рис. 2. К условию задачи 2

Рис. 3. Графики

к задаче 2

Ось скорости – вертикальная (км/ч), а ось времени – горизонтальная (время в ч).

На 1-м графике две параллельные прямые, это модули скорости движения тела – 60 км/ч и 40 км/ч. Если вы посмотрите на нижний график, под номером 2, то увидите то же самое, только в отрицательной области: -60 и -40. На двух других графиках 60 сверху и -40 снизу. На 4-м графике 40 в верхней части, а -60 внизу. Что же можно сказать об этих графиках? Согласно условию задачи два поезда едут навстречу друг другу, по параллельным путям, поэтому если мы выберем ось, связанную с направлением скорости одного из поездов, то проекция скорости одного тела будет положительной, а проекция скорости другого отрицательной (поскольку сама скорость направлена против выбранной оси). Поэтому ни первый график, ни второй к ответу не подходят. Когда проекция скорости имеет одинаковый знак, нужно говорить о том, что два поезда движутся в одну сторону. Если мы выбираем систему отсчета, связанную с 1 поездом, то тогда величина 60 км/ч будет положительной, а величина -40 км/ч – отрицательной, поезд едет навстречу. Или наоборот, если мы связываем систему отчета со вторым поездом, то у одного из них проекция скорости 40 км/ч, а у другого -60 км/ч, отрицательная. Таким образом, подходят оба графика (3 и 4).

Ответ: 3 и 4 графики.

Задача на определение скорости при равнозамедленном движении

Условие: автомобиль движется со скоростью 36 км/ч, и в течение 10 с тормозит с ускорением 0,5 м/с 2 . Необходимо определить его скорость в конце торможения

В данном случае удобнее выбрать ось ОХ и направить начальную скорость вдоль этой оси, т.е. вектор начальной скорости будет направлен в ту же сторону, что и ось. Ускорение будет направлено в противоположную сторону, ведь автомобиль замедляет свое движение. Проекция ускорения на ось ОХ будет со знаком минус. Для нахождения мгновенной, конечной скорости воспользуемся уравнением проекции скорости. Запишем следующее: V x = V 0x - at. Подставляя значения, получаем конечную скорость 5 м/с. Значит, через 10 с после торможения скорость будет 5 м/с. Ответ: V x = 5 м/с.

Задача на определение ускорения по графику скорости

На графике представлены 4 зависимости скорости от времени, и необходимо определить, у какого из этих тел максимальное, а у какого минимальное ускорения.

Рис. 4. К условию задачи 4

Для решения необходимо рассмотреть все 4 графика поочередно.

Для сравнения ускорений нужно определить их значения. Для каждого тела ускорение будет определяться как отношение изменения скорости ко времени, в течение которого это изменение произошло. Ниже проведены расчеты ускорения для всех четырех тел:

Как видим, у второго тела модуль ускорения минимальный, а у третьего тела – максимальный.

Ответ: |a 3 | - max, |a 2 | - min.

Урок 11. Решение задач по теме «Прямолинейное равномерное и неравномерное движение»

Ерюткин Евгений Сергеевич

Давайте рассмотрим две задачи, причем решение одной из них – в двух вариантах.

Задача на определение пройденного пути при равнозамедленном движении

Условие: самолет, летящий со скоростью 900 км/ч, совершает посадку. Время до полной остановки самолета 25 с. Необходимо определить длину взлетной полосы.

Рис. 1. К условию задачи 1

Траектория - это линия, которую тело описывает при движении.

Траектория пчелы

Путь - это длина траектории. То есть длина той, возможно, кривой линии, по которой двигалось тело. Путь скалярная величина ! Перемещение - векторная величина ! Это вектор, который проведен из начальной точки отправления тела в конечную точку. Имеет численное значение, равное длине вектора. Путь и перемещение - это существенно разные физические величины.

Обозначения пути и перемещения вы можете встретить разное:

Сумма перемещений

Пусть в течение промежутка времени t 1 тело совершило перемещение s 1 , а в течение следующего промежутка времени t 2 - перемещение s 2 . Тогда за все время движения перемещение s 3 - это векторная сумма

Равномерное движение

Движение с постоянной по модулю и по направлению скоростью. Что это значит? Рассмотрим движение машины. Если она едет по прямой линии, на спидометре одно и то же значение скорости (модуль скорости), то это движение равномерное. Стоит машине изменить направление (повернуть), это будет означать, что вектор скорости изменил свое направление. Вектор скорости направлен туда же, куда едет машина. Такое движение нельзя считать равномерным, несмотря на то, что спидометр показывает одно и то же число.

Направление вектора скорости всегда совпадает с направлением движения тела

Можно ли движение на карусели считать равномерным (если не происходит ускорение или торможение)? Нельзя, постоянно изменяется направление движения, а значит и вектор скорости. Из рассуждений можно сделать вывод, что равномерное движение - это всегда движение по прямой линии! А значит при равномерном движении путь и перемещение одинаковы (поясни почему).

Нетрудно представить, что при равномерном движении за любые равные промежутки времени тело будет перемещаться на одинаковое расстояние.

В кинематике для нахождения различных величин используются математические методы. В частности, чтобы найти модуль вектора перемещения, нужно применить формулу из векторной алгебры. В ней фигурируют координаты точек начала и конца вектора, т.е. первоначального и итогового положения тела.

Инструкция

Во время движения материальное тело меняет свое положение в пространстве. Его траектория может быть прямой линией или произвольной, ее длина составляет путь тела, но не расстояние, на которое оно переместилось. Эти две величины совпадают только в случае прямолинейного движения.

Итак, пусть тело совершило некоторое перемещение из точки А (х0, у0) в точку В (х, у). Чтобы найти модуль вектора перемещения, нужно вычислить длину вектора АВ. Начертите координатные оси и нанесите на них известные точки начального и конечного положения тела А и В.

Проведите отрезок из точки А в точку В, укажите направление. Опустите проекции его концов на оси и нанесите на графике параллельные и равные им отрезки, проходящие через рассматриваемые точки. Вы увидите, что на рисунке обозначился прямоугольный треугольник с катетами-проекциями и гипотенузой-перемещением.

По теореме Пифагора найдите длину гипотенузы. Этот метод широко применяется в векторной алгебре и носит название правила треугольника. Для начала запишите длины катетов, они равны разностям между соответствующими абсциссами и ординатами точек А и В:
ABx = x – x0 – проекция вектора на ось Ох;
ABy = y – y0 – его проекция на ось Оу.

Определите перемещение |AB|:
|AB| = ?(ABx? + ABy?) = ((x – x0)? + (y – y0)?).

Для трехмерного пространства добавьте в формулу третью координату – аппликату z:
|AB| = ?(ABx? + ABy? + ABz?) = ((x – x0)? + (y – y0)? + (z – z0)?).

Полученную формулу можно применять для любой траектории и типа движения. При этом величина перемещения обладает важным свойством. Она всегда меньше либо равна длине пути, в общем случае ее линия не совпадает с кривой траектории. Проекции – величины математические, могут быть как больше, так и меньше нуля. Однако это не имеет значения, поскольку в расчете они участвуют в четной степени.

Масса – это свойство тела, характеризующее его инертность. При одинаковом воздействии со стороны окружающих тел одно тело может быстро изменять свою скорость, а другое в тех же условиях – значительно медленнее. Принято говорить, что второе из этих двух тел обладает большей инертностью, или, другими словами, второе тело обладает большей массой.

Если два тела взаимодействуют друг с другом, то в результате изменяется скорость обоих тел, т. е. в процессе взаимодействия оба тела приобретают ускорения. Отношение ускорений двух данных тел оказывается постоянным при любых воздействиях. В физике принято, что массы взаимодействующих тел обратно пропорциональны ускорениям, приобретаемым телами в результате их взаимодействия.

Сила – это количественная мера взаимодействия тел. Сила является причиной изменения скорости тела. В механике Ньютона силы могут иметь различную физическую природу: сила трения, сила тяжести, упругая сила и т. д. Сила является векторной величиной . Векторная сумма всех сил, действующих на тело, называетсяравнодействующей силой .

Для измерения сил необходимо установить эталон силы и способ сравнения других сил с этим эталоном.

В качестве эталона силы можно взять пружину, растянутую до некоторой заданной длины. Модуль силы F 0 , с которой эта пружина при фиксированном растяжении действует на прикрепленное к ее концу тело, называют эталоном силы . Способ сравнения других сил с эталоном состоит в следующем: если тело под действием измеряемой силы и эталонной силы остается в покое (или движется равномерно и прямолинейно), то силы равны по модулю F = F 0 (рис. 1.7.3).

Если измеряемая сила F больше (по модулю) эталонной силы, то можно соединить две эталонные пружины параллельно (рис. 1.7.4). В этом случае измеряемая сила равна 2F 0 . Аналогично могут быть измерены силы 3F 0 , 4F 0 и т. д.

Измерение сил, меньших 2F 0 , может быть выполнено по схеме, показанной на рис. 1.7.5.

Эталонная сила в Международной системе единиц называется ньютон (Н).

Сила в 1 Н сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с 2

На практике нет необходимости все измеряемые силы сравнивать с эталоном. Для измерения сил используют пружины, откалиброванные описанным выше способом. Такие откалиброванные пружины называются динамометрами . Сила измеряется по растяжению динамометра (рис. 1.7.6).

Законы механики Ньютона - три закона, лежащие в основе т. н. классической механики. Сформулированы И. Ньютоном (1687). Первый закон: “Всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние”. Второй закон: “Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует”. Третий закон: “Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе, взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны”. 1.1. Зако́н ине́рции (Первый закон Нью́тона) : свободное тело, на которое не действуют силы со стороны других тел, находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения (понятие скорости здесь применяется к центру масс тела в случае непоступательного движения). Иными словами, телам свойственна ине́рция (от лат. inertia - “бездеятельность”, “косность”), то есть явление сохранения скорости, если внешние воздействия на них скомпенсированы. Системы отсчёта, в которых выполняется закон инерции, называются инерциальными системами отсчёта (ИСО). Впервые закон инерции был сформулирован Галилео Галилеем, который после множества опытов заключил, что для движения свободного тела с постоянной скоростью не нужно какой-либо внешней причины. До этого общепринятой была иная точка зрения (восходящая к Аристотелю): свободное тело находится в состоянии покоя, а для движения с постоянной скоростью необходимо приложение постоянной силы. Впоследствии Ньютон сформулировал закон инерции в качестве первого из трёх своих знаменитых законов. Принцип относительности Галилея: во всех инерциальных системах отсчета все физические процессы протекают одинаково. В системе отсчета, приведенной в состояние покоя или равномерного прямолинейного движения относительно инерциальной системы отсчета (условно - “покоящейся”) все процессы протекают точно так же, как и в покоящейся системе. Следует отметить что понятие инерциальной системы отсчета - абстрактная модель (некий идеальный объект рассматриваемый вместо реального объекта. Примерами абстрактной модели служат абсолютно твердое тело или невесомая нить), реальные системы отсчета всегда связаны с каким-либо объектом и соответствие реально наблюдаемого движения тел в таких системах с результатами расчетов будет неполным. 1.2 Закон движения - математическая формулировка того, как движется тело или как происходит движение более общего вида. В классической механике материальной точки закон движения представляет собой три зависимости трёх пространственных координат от времени, либо зависимость одной векторной величины (радиус-вектора) от времени, вида. Закон движения может быть найден, в зависимости от задачи, либо из дифференциальных законов механики, либо из интегральных. Закон сохранения энергии - основной закон природы, заключающийся в том, что энергия замкнутой системы сохраняется во времени. Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может в никуда исчезнуть, она может только переходить из одной формы в другую. Закон сохранения энергии встречается в различных разделах физики и проявляется в сохранении различных видов энергии. Например, в классической механике закон проявляется в сохранении механической энергии (суммы потенциальной и кинетической энергий). В термодинамике закон сохранения энергии называется первым началом термодинамики и говорит о сохранении энергии в сумме с тепловой энергией. Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда, закономерность, то правильнее называть его не законом, а принципом сохранения энергии. Частный случай - Закон сохранения механической энергии - механическая энергия консервативной механической системы сохраняется во времени. Проще говоря, при отсутствии сил типа трения (диссипативных сил) механическая энергия не возникает из ничего и не может никуда исчезнуть. Ек1+Еп1=Ек2+Еп2 Закон сохранения энергии - это интегральный закон. Это значит, что он складывается из действия дифференциальных законов и является свойством их совокупного действия. Например, иногда говорят, что невозможность создать вечный двигатель обусловлена законом сохранения энергии. Но это не так. На самом деле, в каждом проекте вечного двигателя срабатывает один из дифференциальных законов и именно он делает двигатель неработоспособным. Закон сохранения энергии просто обобщает этот факт. Согласно теореме Нётер, закон сохранения механической энергии является следствием однородности времени. 1.3. Зако́н сохране́ния и́мпульса (Зако́н сохране́ния коли́чества движения 2й закон Ньютона) утверждает, что сумма импульсов всех тел (или частиц) замкнутой системы есть величина постоянная. Из законов Ньютона можно показать, что при движении в пустом пространстве импульс сохраняется во времени, а при наличии взаимодействия скорость его изменения определяется суммой приложенных сил. В классической механике закон сохранения импульса обычно выводится как следствие законов Ньютона. Однако этот закон сохранения верен и в случаях, когда ньютоновская механика неприменима (релятивистская физика, квантовая механика). Как и любой из законов сохранения, закон сохранения импульса описывает одну из фундаментальных симметрий, - однородность пространства Третий закон Ньютона объясняет, что происходит с двумя взаимодействующими телами. Возьмём для примера замкнутую систему, состоящую из двух тел. Первое тело может действовать на второе с некоторой силой F12, а второе - на первое с силой F21. Как соотносятся силы? Третий закон Ньютона утверждает: сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. Подчеркнём, что эти силы приложены к разным телам, а потому вовсе не компенсируются. Сам закон: Тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной и той же прямой, равными по модулю и противоположными по направлению: . 1.4. Силы инерции Законы Ньютона, строго говоря, справедливы только в инерциальных системах отсчета. Если мы честно запишем уравнение движения тела в неинерциальной системе отсчета, то оно будет по виду отличаться от второго закона Ньютона. Однако часто, для упрощения рассмотрения, вводят некую фиктивную “силу инерции”, и тогда эти уравнения движения переписываются в виде, очень похожем на второй закон Ньютона. Математически здесь всё корректно (правильно), но с точки зрения физики новую фиктивную силу нельзя рассматривать как нечто реальное, как результат некоторого реального взаимодействия. Ещё раз подчеркнём: “сила инерции” - это лишь удобная параметризация того, как отличаются законы движения в инерциальной и неинерциальной системах отсчета. 1.5. Закон вязкости Закон вязкости (внутреннего трения) Ньютона - математическое выражение, связывающее напряжение внутреннего трения τ (вязкость) и изменение скорости среды v в пространстве (скорость деформации) для текучих тел (жидкостей и газов): где величина η называется коэффициентом внутреннего трения или динамическим коэффициентом вязкости (единица СГС - пуаз). Кинематическим коэффициентом вязкости называется величина μ = η / ρ (единица СГС - Стокс, ρ − плотность среды). Закон Ньютона может быть получен аналитически приемами физической кинетики, где вязкость рассматривается обычно одновременно с теплопроводностью и соответсвующим законом Фурье для теплопроводности. В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле где < u > - средняя скорость теплового движения молекул, λ − средняя длина свободного пробега.

У этого термина существуют и другие значения, см. Перемещение (значения).

Перемеще́ние (в кинематике) - изменение положения физического тела в пространстве с течением времени относительно выбранной системы отсчёта.

Применительно к движению материальной точки перемещением называют вектор, характеризующий это изменение. Обладает свойством аддитивности. Обычно обозначается символом S → {\displaystyle {\vec {S}}} - от итал. s postamento (перемещение).

Модуль вектора S → {\displaystyle {\vec {S}}} - это модуль перемещения, в Международной системе единиц (СИ) измеряется в метрах; в системе СГС - в сантиметрах.

Можно определить перемещение, как изменение радиус-вектора точки: Δ r → {\displaystyle \Delta {\vec {r}}} .

Модуль перемещения совпадает с пройденным путём в том и только в том случае, если при движении направление скорости не изменяется. При этом траекторией будет отрезок прямой. В любом другом случае, например, при криволинейном движении, из неравенства треугольника следует, что путь строго больше.

Мгновенная скорость точки определяется как предел отношения перемещения к малому промежутку времени, за которое оно совершено. Более строго:

V → = lim Δ t → 0 Δ r → Δ t = d r → d t {\displaystyle {\vec {v}}=\lim \limits _{\Delta t\to 0}{\frac {\Delta {\vec {r}}}{\Delta t}}={\frac {d{\vec {r}}}{dt}}} .

III. Траектория, путь и перемещение

Положение материальной точки определяется по отношению к какому-либо другому, произвольно выбранному телу, называемому телом отсчета . С ним связывается система отсчета – совокупность системы координат и часов, связанных с телом отсчета.

В декартовой системе координат положение точки А в данный момент времени по отношению к этой системе характеризуется тремя координатами x, y и z или радиусом-вектором r – вектор, проведенный из начала системы координат в данную точку. При движении материальной точки ее координаты с течением времени изменяются.r =r (t) или x=x(t), y=y(t), z=z(t) – кинематические уравнения материальной точки .

Основная задача механики – зная состояние системы в некоторый начальный момент времени t 0 , а также законы, управляющие движением, определить состояния системы во все последующие моменты времени t.

Траектория движения материальной точки – линия, описываемая этой точкой в пространстве. В зависимости от формы траектории различают прямолинейное и криволинейное движение точки. Если траектория точки – плоская кривая, т.е. целиком лежит в одной плоскости, то движение точки называют плоским.

Длина участка траектории АВ, пройденного материальной точкой с момента начала отсчета времени, называется длиной пути Δs и является скалярной функцией времени: Δs=Δs(t). Единица измерения – метр (м)– длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 с.

IV . Векторный способ задания движения

Радиус-вектор r – вектор, проведенный из начала системы координат в данную точку. Вектор Δr =r -r 0 , проведенный из начального положения движущейся точки в положение ее в данный момент времени называется перемещением (приращение радиуса-вектора точки за рассматриваемый промежуток времени).

Вектором средней скорости v> называется отношение приращения Δr радиуса-вектора точки к промежутку времени Δt: (1). Направление средней скорости совпадает с направлением Δr.При неограниченном уменьшении Δt средняя скорость стремиться к предельному значению, которое называется мгновенной скоростью v. Мгновенная скорость это скорость тела в данный момент времени и в данной точке траектории: (2). Мгновенная скоростьv есть векторная величина, равная первой производной радиуса-вектора движущейся точки по времени.

Для характеристики быстроты изменения скорости v точки в механике вводится векторная физическая величина, называемая ускорением.

Средним ускорением неравномерного движения в интервале от t до t+Δt называется векторная величина, равная отношению изменения скорости Δv к интервалу времени Δt:

Мгновенным ускорением а материальной точки в момент времени t будет предел среднего ускорения: (4). Ускорениеа есть векторная величина, равная первой производной скорости по времени.

V. Координатный способ задания движения

Положение точки М можно характеризовать радиус – вектором r или тремя координатами x, y и z: М(x,y,z). Радиус - вектор можно представить в виде суммы трех векторов, направленных вдоль осей координат: (5).

Из определения скорости (6). Сравнивая (5) и (6) имеем: (7). Учитывая (7) формулу (6) можно записать (8). Модуль скорости можно найти: (9).

Аналогично для вектора ускорения:

(10),

(11),

Естественный способ задания движения (описание движения с помощью параметров траектории)

Движение описывается формулой s=s(t). Каждая точка траектории характеризуется своим значением s. Радиус – вектор является функцией от s и траектория может быть задана уравнением r =r (s). Тогда r =r (t) можно представить как сложную функцию r . Продифференцируем (14). Величина Δs – расстояние между двумя точками вдоль траектории, |Δr | - расстояние между ними по прямой линии. По мере сближения точек разница уменьшается. , гдеτ – единичный вектор, касательный к траектории. , тогда (13) имеет видv =τ v (15). Следовательно скорость направлена по касательной к траектории.

Ускорение может быть направлено под любым углом к касательной к траектории движения. Из определению ускорения (16). Еслиτ - касательный к траектории, то - вектор перпендикулярный этой касательной, т.е. направлен по нормали. Единичный вектор, в направлении нормали обозначаетсяn . Значение вектора равно 1/R, где R – радиус кривизны траектории.

Точка, отстоящая от траектории на расстоянии и R в направлении нормали n , называется центром кривизны траектории. Тогда (17). Учитывая вышеизложенное формулу (16) можно записать: (18).

Полное ускорение состоит из двух взаимно перпендикулярных векторов: , направленного вдоль траектории движения и называемого тангенциальным, и ускорения , направленного перпендикулярно траектории по нормали, т.е. к центру кривизны траектории и называемого нормальным.

Абсолютное значение полного ускорения найдем: (19).

Лекция 2 Движение материальной точки по окружности. Угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми кинематическими величинами. Векторы угловой скорости и ускорения.

План лекции

Кинематика вращательного движения

При вращательном движении мерой перемещения всего тела за малый промежуток времени dt служит векторdφ элементарного поворота тела. Элементарные повороты (обозначаются или) можно рассматривать какпсевдовекторы (как бы).

Угловое перемещение - векторная величина, модуль которой равен углу поворота, а направление совпадает с направлением поступательного движения правого винта (направленный вдоль оси вращения так, что если смотреть с его конца, то вращение тела кажется происходящим против часовой стрелки). Единица углового перемещения – рад.

Быстроту изменения углового перемещения с течением времени характеризует угловая скорость ω . Угловая скорость твердого тела – векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения углового перемещения тела с течением времени и равная угловому перемещению, совершаемому телом за единицу времени:

Направлен вектор ω вдоль оси вращения в ту же сторону, что и dφ (по правилу правого винта).Единица угловой скорости- рад/с

Быстроту изменения угловой скорости с течением времени характеризует угловое ускорение ε

(2).

Направлен вектор ε вдоль оси вращения в ту же сторону, что и dω, т.е. при ускоренном вращении , при замедленном .

Единица углового ускорения – рад/с2 .

За время dt произвольная точка твердого тела А переместиться на dr , пройдя путь ds . Из рисунка видно, что dr равно векторному произведению углового перемещения dφ на радиус – вектор точки r : dr =[ dφ · r ] (3).

Линейная скорость точки связана с угловой скоростью и радиусом траектории соотношением:

В векторном виде формулу для линейной скорости можно написать как векторное произведение: (4)

По определению векторного произведения его модуль равен , где - угол между векторами и , а направление совпадает с направлением поступательного движения правого винта при его вращении от к .

Продифференцируем (4) по времени:

Учитывая, что - линейное ускорение, - угловое ускорение, а - линейная скорость, получим:

Первый вектор в правой части направлен по касательной к траектории точки. Он характеризует изменение модуля линейной скорости. Следовательно, этот вектор – касательное ускорение точки: a τ =[ ε · r ] (7). Модуль касательного ускорения равен a τ = ε · r . Второй вектор в (6) направлен к центру окружности и характеризует изменение направления линейной скорости. Этот вектор – нормальное ускорение точки:a n =[ ω · v ] (8). Модуль его равен a n =ω·v или учитывая, что v = ω· r , a n = ω 2 · r = v 2 / r (9).

Частные случаи вращательного движения

При равномерном вращении: , следовательно .

Равномерное вращение можно характеризовать периодом вращения Т - временем, за которое точка совершает один полный оборот,

Частота вращения - число полных оборотов, совершаемых телом при равномерном его движении по окружности, в единицу времени: (11)

Единица частоты вращения - герц (Гц).

При равноускоренном вращательном движении :

(13), (14) (15).

Лекция 3 Первый закон Ньютона. Сила. Принцип независимости действующих сил. Результирующая сила. Масса. Второй закон ньютона. Импульс. Закон сохранения импульса. Третий закон Ньютона. Момент импульса материальной точки, момент силы, момент инерции.

План лекции

Первый закон Ньютона

Второй закон Ньютона

Третий закон Ньютона

Момент импульса материальной точки, момент силы, момент инерции

Первый закон Ньютона. Масса. Сила

Первый закон Ньютона: Существуют такие системы отсчета, относительно которых тела движутся прямолинейно и равномерно или покоятся, если на них не действуют силы или действие сил скомпенсировано.

Первый закон Ньютона выполняется только в инерциальной системе отсчёта и утверждает существование инерциальной системе отсчёта.

Инерция – это свойство тел стремиться сохранять скорость неизменной.

Инертностью называют свойство тел препятствовать изменению скорости под действием приложенной силы.

Масса тела – это физическая величина являющаяся количественной мерой инертности, это скалярная аддитивная величина. Аддитивность массы состоит в том, что масса системы тел всегда равна сумме масс каждого тела в отдельности. Масса – основная единица системы «СИ».

Одной из форм взаимодействия является механическое взаимодействие . Механическое взаимодействие вызывает деформацию тел, а также изменение их скорости.

Сила – это векторная величина являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел, или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры (деформируется). Сила характеризуется модулем, направлением действия, точкой приложения к телу.

Общие методы определения перемещений

 1 =Х 1  11 +Х 2  12 +Х 3  13 +…

 2 =Х 1  21 +Х 2  22 +Х 3  23 +…

 3 =Х 1  31 +Х 2  32 +Х 3  33 +…

Абота постоянных сил: А=Р Р, Р – обобщенная сила – любая нагрузка (сосредоточенная сила, сосредоточенный момент, распределенная нагрузка),  Р – обобщенное перемещение (прогиб, угол поворота). Обозначение  mn означает перемещение по направлению обобщенной силы "m" , которое вызвано действием силы обобщенной "n". Полное перемещение, вызванное несколькими силовыми факторами:  Р = Р P + Р Q + Р M . Перемещения вызванные единичной силой или единичным моментом:  – удельное перемещение . Если единичная сила Р=1 вызвала перемещение  Р, то полное перемещение вызванное силой Р, будет:  Р =Р Р. Если силовые факторы, действующие на систему, обозначить Х 1 ,Х 2 ,Х 3 и т.д., то перемещение по направлению каждого из них:

где Х 1  11 =+ 11 ; Х 2  12 =+ 12 ; Х i  m i =+ m i . Размерность удельных перемещений:

, Дж- джоули размерность работы 1Дж = 1Нм.

Работа внешних сил, дейст-щих на упругую систему:

.

–действительная работа при статическом действии обобщенной силы на упругую систему равна половине произведения окончательного значения силы на окончательное значение соответствующего перемещения. Работа внутренних сил (сил упругости) в случае плоского изгиба:

,

k – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения касательных напряжений по площади поперечного сечения, зависит от формы сечения.

На основании закона сохранения энергии: потенциальная энергия U=A.

Теорема о взаимности работ (теорема Бетли) . Два состояния упругой ситемы:

 1

1 – перемещение по направл. силы Р 1 от действия силы Р 1 ;

 12 – перемещение по направл. силы Р 1 от действия силы Р 2 ;

 21 – перемещение по направл. силы Р 2 от действия силы Р 1 ;

 22 – перемещение по направл. силы Р 2 от действия силы Р 2 .

А 12 =Р 1  12 – работа силы Р 1 первого состояния на перемещении по ее направлению, вызванном силой Р 2 второго состояния. Аналогично: А 21 =Р 2  21 – работа силы Р 2 второго состояния на перемещении по ее направлению, вызванном силой Р 1 первого состояния. А 12 =А 21 . Такой же результат получается при любом числе сил и моментов. Теорема о взаимности работ : Р 1  12 =Р 2  21 .

Работа сил первого состояния на перемещениях по их направлениям, вызванных силами второго состояния, равна работе сил второго состояния на перемещениях по их направлениям, вызванных силами первого состояния.

Теорема о взаимности перемещений (теорема Максвелла) Если Р 1 =1 и Р 2 =1, то Р 1  12 =Р 2  21 , т.е.  12 = 21 , в общем случае  mn = nm .

Для двух единичных состояний упругой системы перемещение по направлению первой единичной силы, вызванное второй единичной силой, равно перемещению по направлению второй единичной силы, вызванному первой силой.

Ниверсальный метод определения перемещений (линейных и углов поворота) –метод Мора . К системе прикладывают единичную обобщенную силу в точке, для которой ищется обобщенное перемещение. Если определяется прогиб, то единичная сила представляет собой безразмерную сосредоточенную силу, если определяется угол поворота, то – безразмерный единичный момент. В случае пространственной системы действуют шесть компонентов внутренних усилий. Обобщенное перемещение определяется формулой (формула или интеграл Мора):

Черта над М, Q и N указывает на то, что эти внутренние усилия вызваны действием единичной силы. Для вычисления входящих в формулу интегралов надо перемножить эпюры соответствующих усилий. Порядок определения перемещения: 1) для заданной (действительной или грузовой) системы находят выражения M n , N n и Q n ; 2) по направлению искомого перемещения прикладывают соответствующую ему единичную силу (силу или момент); 3) определяют усилия

от действия единичной силы; 4) найденные выражения подставляют в интеграл Мора и интегрируют по заданным участкам. Если полученное mn >0, то перемещение совпадает с выбранным направлением единичной силы, если

Для плоской конструкции:

Обычно при определении перемещений пренебрегают влиянием продольных деформаций и сдвигом, которые вызываются продольной N и поперечной Q силами, учитываются только перемещения, вызываемые изгибом. Для плоской системы будет:

.

В

ычисление интеграла Мора способом Верещагина . Интеграл

для случая, когда эпюра от заданной нагрузки имеет произвольное очертание, а от единичной – прямолинейное удобно определять графо-аналитическим способом, предложенным Верещагиным.

, где – площадь эпюры М р от внешней нагрузки, y c – ордината эпюры от единичной нагрузки под центром тяжести эпюры М р. Результат перемножения эпюр равен произведению площади одной из эпюр на ординату другой эпюры, взятой под центром тяжести площади первой эпюры. Ордината должна быть обязательно взята из прямолинейной эпюры. Если обе эпюры прямолинейны, то ординату можно взять из любой.

П

еремещение:

. Вычисление по этой формуле производится по участкам, на каждом из которых прямолинейная эпюра должна быть без переломов. Сложную эпюру М р разбивают на простые геометрические фигуры, для которых легче определить координаты центров тяжести. При перемножении двух эпюр, имеющих вид трапеций, удобно использовать формулу:

. Эта же формула годится и для треугольных эпюр, если подставить соответствующую ординату = 0.

П

ри действии равномерно распределенной нагрузки на шарнирно опертую балку эпюра строится в виде выпуклой квадратичной параболы, площадь которой

(для рис.

, т.е.

, х С =L/2).

Д

ля "глухой" заделки при равномерно распределенной нагрузке имеем вогнутую квадратичную параболу, для которой

;

,

, х С =3L/4. Тоже можно получить, если эпюру представить разностью площади треугольника и площади выпуклой квадратичной параболы:

. "Отсутствующая" площадь считается отрицательной.

Теорема Кастильяно .

– перемещение точки приложения обобщенной силы по направлению ее действия равно частной производной от потенциальной энергии по этой силе. Пренебрегая влиянием на перемещение осевых и поперечных сил, имеем потенциальную энергию:

, откуда

.

Что такое перемещение в физике определение?

Грустный роджер

В физике перемещение есть абсолютная величина вектора, проведённого из начальной точки траектории тела в конечную. При этом форма пути, по которому проходило перемещение (то есть собсно траектория), как и величина этого пути, никакого значения не имеет. Скажем, перемещение кораблей Магеллана - ну по крайней мере того, который в итоге вернулся (один из трёх), - равно нулю, хотя пройденный путь ого-го какой.

Трифон ли

Перемещение можно рассматривать в двух ипостасях. 1. Изменение положения тела в пространстве. Причем независимо от с-мы координат. 2. Процесс перемещения, т.е. изменение положения в течение времени. По п.1 можно поспорить, но для этого нужно признать существование абсолютной (первоначальной) с-мы координат.

Перемещение -- изменение местоположения определенного физического тела в пространстве относительно используемой системы отсчета.

Данное определение задается в кинематике -- подразделу механики, изучающему движение тел и математическое описание движения.

Перемещение - это абсолютная величина вектора (то есть прямая), соединяющего две точки пути (из точки А в точку Б). Перемещение отличается от пути тем, что это векторное значение. Это значит, что если объект пришёл в ту же самую точку из которой начал, то перемещение равно нулю. А путь нет. Путь - это расстояние, которое преодолел объект вследствие своего движения. Чтобы лучше понимать посмотрите на картинку:

Что такое путь и перемещение,с точки зрения физика?и в чем между ними разница....

очень нужно)прошу ответить)

Пользователь удален

Александр калапац

Путь - скалярная физическая величина, которая определяет длину участка траектории, пройденого телом в течение заданного времени. Путь - неотрицательная и неубывающая функция времени.
Перемещение - направленный отрезок (вектор) , соединяющий положение тела в начальный момент времени с его положением в конечный момент времени.
Поясняю. Если ты выйдешь из дома, сходишь в гости к другу, и вернешся обратно домой, то твой путь будет равен расстоянию между твоим домом и домом друга, умноженному на два (туда и обратно) , а перемещение твое будет равно нулю, т. к. в конечный момент времени ты окажешься там же, где и в начальный, т. е. у себя дома. Путь - это расстояние, длина, т. е. величина скалярная, не имеющая направления. Перемещение - направленная, векторная величина, причем направление задается знаком, т. е. перемещение может быть отрицательным (Если считать, что дойдя от своего дома до друга ты совершил перемещение s, то когда ты дойдешь от друга до дома, ты совершишь перемещение -s, где минус обозначает, что ты шел в направлении противоположном тому, в котором шел от дома к другу).

Forserr33 v