Древние греки в лице Аристотеля (384 — 322 до н. э.) считали, что если на тело не действуют другие тела, то оно может только покоиться, а чтобы тело двигалось с постоянной скоростью, на него обязательно должна действовать сила.
Галилео Галилей был первым, кто показал, что это не так. Он сформулировал закон инерции:
Тело покоится или движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано.
Сила, которую приходится прикладывать для продолжения движения, нужна для компенсации силы трения и других подобных сил.
Исаак Ньютон обобщил выводы Галилея и сформулировал первый закон Ньютона (закон инерции), но в нём не было упоминания системы отсчёта. Проверим, может ли закон инерции выполняться во всех системах отсчёта?
1) Пока тележка движется равномерно и прямолинейно, на лежащий в ней и висящий шарики никакие нескомпенсированные силы не действуют, поэтому они находятся в покое относительно тележки.
Но как только тележка начинает тормозить, шарики начинают двигаться. Но никаких новых сил не возникло!
2) При торможении или ускорении грузовика груз в нём может опрокинуться. Но за счёт действия какой силы это происходит?
Вот как звучит первый закон Ньютона в современной формулировке:
Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых тело движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют другие силы или действие других сил скомпенсировано.
Инерциальной называется система отсчёта, в которой выполняется закон инерции. Соответственно в неинерциальной он не выполняется.
Отделить одну от другой можно по простому критерию: если сама система отсчёта движется без ускорения, то она является инерциальной. Если же ускорение у неё есть, то её уже нельзя считать инерциальной.
Машинка или тележка в примерах выше были инерциальными СО до тех пор, пока двигались без ускорения. Как только они начинали тормозить или ускоряться, они переставали быть инерциальными.
Можно ли Землю или Солнце считать инерциальными СО? Это зависит от задачи и требуемой точности. Оба тела другаются по окружностям (эллипсам) с очень большими радиусами, т. е. центростремительное ускорение у них, конечно, есть, но очень небольшое. Если в данной задаче им можно пренебречь, то да, можно.
Итак, первый закон Ньютона говорит о том, как движется тело, если на него ничего не действует.
- Информация о материале
- Просмотров: 25
В природе часто можно встретить криволинейное движение — движение, траектория которого представляет собой кривую линию. Любое криволинейное движение можно представить, как набор участков движения по окружности.
Рассмотрим частный случай такого движения — равномерное движение по окружности. Примерами такого движения могут служить обращения планет вокруг Солнца, спутников вокруг планет и т. д.
Мгновенная скорость тела в каждой точке криволинейной траектории направлена по касательной к траектории в этой точке.
Именно по касательной летят искры с точильного круга или грязь с буксующего колеса.
Характеристики равномерного движения по окружности
Линейная скорость v — постоянна, т. к. движение равномерное.
Период T — время одного полного оборота. Измеряется в секундах.
Частота ν — количество оборотов за единицу времени (за секунду). Величина, обратная периоду. Измеряется в Герцах или в с-1.
Угловая скорость ω — угловое перемещение за единицу времени. Измеряется в радианах в секунду (рад/с) или Герцах.
Также угловую скорость можно выразить через линейную.
Центростремительное ускорение a — ускорение при движении по окружности, всегда направлено в центр окружности.
Движение по окружности всегда происходит с ускорением, даже если модуль скорости не меняется. Мы сказали, что линейная скорость всегда направлена по касательной. Значит, при перемещении из одной точку в другую меняется направление скорости. А ускорение определяется как изменение вектора скорости со временем. И это изменение можно найти как разность векторов скорости.
- Информация о материале
- Просмотров: 45
Самым простым видом неравномерного движения является равноускоренное, при котором скорость тела меняется одинаково за равные промежутки времени. Рассмотрим такое прямолинейное движение.
Прямолинейное равноускоренное движение — это такое, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени меняется одинаково.
Такое движение характеризуется ускорением.
Ускорение — физическая величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, за которое оно произошло.
Ускорение — векторная величина, характеризуется модулем и направлением. По направлению ускорение совпадает с вектором изменения скорости. Измеряется в м/с2.
Если векторы скорости и ускорения направлены в одну сторону, то скорость растёт (движение равноускоренное); если в разные — тормозит (движение равнозамедленное).
Пример равноускоренного движения
При движении с горки вниз санки ускоряются, а при дальнейшем горизонтальном движении — тормозят.
Из формулы ускорения
можно получить зависимость скорости от времени при равноускоренном движении.
v = v0 + at
График скорости выглядит как прямая линия.
Перемещение при равноускоренном движении
Вспомним, что перемещение можно найти, как площать под графиком зависимости скорости от времени. Тогда для равноускоренного движения перемещение — это площадь трапеции.
Поскольку
подставив это выражение в формулу перемещения, можно получить формулу
Ещё одну формулу перемещения можно получить, если подставить формулу ускорения и произвести необходимые математические преобразования.
Зная, что перемещение равно разности конечной и начальной координат, получим уравнение движения при равноускоренном движении:
Графическое представление движения
Сравним графики перемещения при равномерном и равноускоренном движении.
Графиком зависимости координаты от времени при равноускоренном движении будет парабола. Если тело ускоряется (a > 0), то ветви параболы направлены вверх;, если тормозит (a < 0), то вниз.
- Информация о материале
- Просмотров: 79
Частным случаем равноускоренного движения является свободное падение тел.
Свободное падение — это движени только под действием силы тяжести.
Примеры такого движения: подлять тело на некоторую высоту и отпустить; бросить тело вверх; бросить тело под углом к горизонту и т. д.
Во всех этих случаях при движении тела на него действует только сила тяжести, поэтому тело движется с ускорением свободного падения g, направленным вертикально вниз.
Движение тела, брошенного вертикально вверх
Движение тела, брошенного вниз
Опыты Галилея
Галилео Галилей установил причину ускорения свободного падения с помощью опытов. Он измерял ускорение, с которым тело скатывалось по наклонной плоскости. При увеличении угла наклона ускорение также увеличивалось. Галилей рассчитал, что предельное ускорение — когда угол станет 90 градусов — будет равно 9,81 м/с2. Это и есть величина ускорения свободного падения.
Галилей также выяснил, что ускорение свободного падения не зависит от массы тела. Знаменитый опыт по бросанию шаров разной массы с Пизанской башни доказал это: оба шара приземлились одновременно.
Галилей исследовал равноускоренное движение без начальной скорости и заметил, что пройденные за одинаковые промежутки времени пути пропорциональны квадрату времени.
Относительность движения
Относительность движения заключается в том, что его характеристики получаются разными при рассмотрении относительно разных систем отсчёта.
Относительность перемещения
Относительность скорости
Относительность траектории
Закон сложения скоростей
Скорость тела относительно неподвижной системы координат равна векторной сумме скорости его движения в подвижной системе координат и скорости самой подвижной системы координат.
- Информация о материале
- Просмотров: 73
Равномерное движение встречается нечасто. В жизни тело обычно за равные промежутки времени проходит разные пути. Такое движение называется неравномерным.
Главной характеристикой неверномерного движения является средняя путевая скорость:
Средней путевой скоростью называется физическая величина, равная отношению пройденного пути к промежутку времени, за который он был пройден.
Ещё одна характеристика неравномерного движения — средняя скорость перемещения. Это векторная величина, её направление совпадает с направлением перемещения.
Средней скоростью перемещения называется физическая величина, равная отношению перемещения тела к промежутку времени, за который оно было совершено.
Обе скорости характеризуют движение в целом, но не позволяют найти быстроту движения в каждый момент времени в данной точке траектории. Для этого вводят понятие мгновенной скорости.
Мгновенная скорость вычисляется по формуле обычной скорости, если постепенно уменьшать промежуток времени, приближаясь к заданной точке. Чем меньше время, тем ближе направление перемещения к истинному направлению мгновенной скорости и тем точнее определение её модуля.
Мгновенная скорость, или скорость в данный момент времени, равна отношению малого перемещения к малому промежутку времени, за который оно произошло.
- Информация о материале
- Просмотров: 91
