Главная особенность механического движения
Раздел физики, который называется механикой, изучает движение, описывает и характеризует его, выясняет причины движения и покоя.
Изменение положения одних тел относительно других механическим движением называется. Дети перемещались относительно жилых домов, школы, деревьев. А вот одежда школьников как была на них, так и осталась. А если дети добирались до стадиона на автобусе? Они перемещались относительно домов, столбов, пешеходов, но не двигались по отношению к водителю, креслам, самому автобусу.
Главная особенность механического движения состоит в том, что оно относительно. Какое расстояние проходит ученик седьмого класса, пока длится урок в школе? «Никакое», — скажут те, кто отсчитывает расстояние от школьной парты. «81 000 км», — ответят другие, кто учитывает, что ученик вместе со школой и Землей движется вокруг Солнца со скоростью 108 000 км/ч. Значит, относительно парты школьник в течение урока не движется, а относительно Солнца преодолевает большое расстояние.
()
Тело движется, оставляет след, или этот след можно мысленно представить. В физике линия, вдоль которой тело движется, называется траекторией. Когда баскетболист отдает пас напарнику, мяч летит по прямой – траектория прямолинейная. Когда вратарь бросает в поле мяч, то он летит по кривой линии – криволинейная траектория.
Самую сложную траекторию для изучения разбивают на прямолинейные и криволинейные участки.
Движение характеризуется пройденным путем или длиной траектории. Лыжня – это траектория, а длина лыжни – дистанция или пройденный лыжником путь. Траектория кончика часовой стрелки – это окружность, пройденный путь – длина окружности.
Пройденный путь обозначают буквой s. Это расстояние или длина, поэтому измеряется в метрах.
()
Движение, кроме траектории, описывается путем за единицу времени, т.е. за одну секунду. Если этот путь остается неизменным, то движение равномерное (за одну секунду одинаково), в противном случае – неравномерным (неодинаково за одну секунду).
Из большого количества различных видов движений самое простое – прямолинейное движение. В действительности такие движения крайне редки. Автомобиль, спортсмен, мотоцикл, самолет и другие движущиеся тела лишь небольшие промежутки времени участвуют в прямолинейном равномерном движении.
Итак, для запоминания:
Конспект урока на тему: «Механическое движение. Относительность движения. Материальная точка»
Муниципиальное бюджетное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа с. Старобаширово
Конспект урока на тему:
«Механическое движение. Относительность движения. Материальная точка»
Выполнил: учитель физики
первой квалификационной категории
Сафин Д.Р.
Урок 1
«Механическое движение. Относительность движения. Материальная точка».
Цели урока:
объяснить необходимость изучения механики. Показать возможности ее практического применения. Сформулировать у учащихся представление о материальной точке; дать учащимся представление об относительности движения.
Ход урока
- Организационный момент.
Во вступительной части урока учитель рассказывает, что будут изучать учащиеся в этом учебном году. Напоминает им технику безопасности на уроках физики и во время проведения лабораторных работ.
Далее необходимо вспомнить, что такое физика.
Физика — это наука, занимающаяся изучением самых общих свойств окружающего нас мира.
Основные разделы физики: механика, динамика, статика, термодинамика, молекулярная физика, электродинамика, атомная и ядерная физика, квантовая физика, оптика, элементарные частицы, строение и эволюция Вселенной и т.д.
- Изучение нового материала.
На данном уроке мы познакомимся с определением материальной точки, рассмотрим определение положения разных тел с помощью координат. Кроме того, рассмотрим, что такое система отсчета и зачем она нужна.
Механика–это наука о движении взаимодействии макроскопических (от греч. «makros» -больших, длинных) тел.
Название «Механика» происходит от греческого слова «mechanike» (наука о машинах, строительстве машин). Первые простейшие машины – рычаг, клин, колесо, наклонная плоскость и т.д. Сегодня их называют простейшими механизмами.
Первые дошедшие до нас сочинения по механике, в которых описаны простейшие механизмы, принадлежат ученым Древней Греции.
Сочинения:
- «Физика» Аристотеля (IV в. до н.э.). В этом сочинении впервые введен в науку термин «механика»;
- Древнегреческий ученый Архимед сформулировал закон равновесия рычага и закон плавания тел (III в. до н.э.);
- Г. Галилей сформулировал закон инерции, а также установил законы падения тел и колебания маятника. Далее английский физики Исаак Ньютон, опираясь на работы Галилея, создал учение о механическом движении и взаимодействии тел. Сегодня этот раздел физики называется «Классической механикой».
Классическая механика (механика) делится на три раздела: кинематика, динамика и статика.
Слово «кинематика» происходит от греческого слова «kinematos» -движение. Кинематика изучает движение тел, но не выясняет почему это тело движется так, а не иначе (причины движения нет).
Основная задача кинематики – определить местоположение тел в любой момент времени (найти координаты). Для описания движения вводятся специальные понятия (материальная точка, система отсчета, траектория) и величины (путь, перемещение, ускорение и скорость).
Теперь займемся изучением механического движения.
Нас интересует, что тело было в одном месте, а через некоторое время оказалось в другом. Как вы это опишете? Например, автомобиль утром был на парковке, а потом подъехал к дому. Выглянув из окна, вы покажете пальцем, где он был утром, а потом покажете, где он стоит сейчас.
Но в то же время следует отметить, что одно то же тело одновременно может и двигаться и не двигаться (вы находитесь в классе в покое относительно Земли, но в то же время вместе с Землей двигаетесь вокруг Солнца).
Механическое движение – изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.
Иногда даже самое простое движение тела оказывается сложным для изучения. В этом случае вводят ряд упрощении. Например, если мы рассматриваем движение автомобиля длиной 4 м, прошедшего 150 км, то пройденный им расстояние в 37500 раз больше его собственной длины. Именно в таком случае автомобиль рассматривают как точку (материальную).
Материальная точка – тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи.
Любая модель имеет свои границы применения и материальными точками можно считать не все тела и не во всех случаях. Если мы рассматриваем перемещение автомобиля с парковки к дому, может считаться материальной точкой, его размеры не важны.
Но если мы рассматриваем, как он поместится на парковке между двух соседних автомобилей, его размеры и форму нужно учитывать.
Относительность движения
проявляется в том, что скорость, траектория, путь и некоторые другие характеристики движения относительны (различны в разных системах отсчета).
Допустим, человек, неподвижно сидящий на движущейся платформе, наблюдает за арбузом, лежащий на той же платформе. Для него арбуз находится в состоянии покоя. В то же время человек, находящийся у полотна железной дороги, мысленно связав систему отсчета с землей, увидит, что арбуз движется.
- Закрепление изученного материала.
Задание.
В каких из перечисленных случаев тела можно считать материальными точками, а в каких – нельзя.
- Диск после броска спортсмена летит на расстояние 40 м. (Материальная точка).
- Лыжник проходит дистанцию соревнования. (Материальная точка, но не всегда: не забываем про фотофиниш).
- Фигурист выполняет упражнения произвольной программы (Не материальная точка).
- Земля движется по круговой орбите вокруг Солнца (Материальная точка).
- Земля вращается вокруг своей оси. (Не материальная точка).
- Домашнее задание.
- Прочитать п. 1 (1-2).
- Выполнить упражнения 1.1.- 1.6. по задачнику Генденштейна.
Скорость движения. Первые задачи по физике
Урок физкультуры. Идут школьные соревнования по бегу. Как ни старался Артем (он пробежал 60 м за 12 секунд), место победителя досталось Денису, пробежавшему дистанцию за 10 секунд. Значит, Денис бежал быстрее соперника. На прохождение того же пути ему понадобилось меньше времени.
Что же характеризует быстроту движения? Семиклассникам знакомо слово «скорость», которое как раз и определяет быстроту движения. Скорость самолета больше скорости автомобиля, но меньше скорости ракеты.
( )
Самая большая скорость в природе у света (300 000 км/с), ничто не может двигаться быстрее, чем свет.
Как найти скорость? В приведенном примере Денис 60 м пробежал за 10 с., значит, за секунду он пробегал по 6 м, а Артем на 60 м затратил 12 с времени, т. е. за 1 с он пробегал по 5 м. Денис опережал Артема на 1 м в течение одной секунды, а значит, бежал быстрее.
( )
Скорость – это путь, проходимый телом за единицу времени. При решении задач нерационально каждый раз записывать правило, показывающее, как найти нужную величину, например, «Для вычисления скорости, надо пройденный путь разделить на время этого пути», затем составлять числовое выражение и считать. Поэтому в физике и других науках используется понятие «формула». Формула – это правило, записанное с помощью букв.
Если ввести условные буквенные обозначения: скорость – v, пройденный путь – s, время – t, то правило вычисления скорости запишется коротко и ясно:
v = s / t
Это самая первая формула физики седьмого класса. Она называется формула скорости. Формулы важно запоминать и уметь применять для конкретных задач.
Измеряется скорость в м/с (СИ), т. е. единица пути делится на единицу времени, следуя формуле. Используются разные единицы. Например, движение транспорта чаще измеряется в км/ч.
Например, нарушает ли водитель правила, если легковой автомобиль движется со скоростью 20 м/с, а на обочине стоит знак с ограничением скорости «60»? На дорожных знаках скорость берется в км/ч. Значит, скорость автомобиля тоже надо перевести в км/ч. 1 м = 0,001 км, 1 ч = 3600с.
20 м/с = 20 ∙ 0, 001 ∙ 3600 км/ч = 72 км/ч.
( )
Следует вывод: водитель нарушил правила дорожного движения.
А теперь нужно научиться правильно решать и оформлять физические задачи. Существует определенный порядок решения:
- Условие задачи записать в сокращенном виде;
- Выразить заданные величины в СИ;
- Записать нужную формулу;
- Проделать математические вычисления;
- Получившийся результат записать в ответе.
Задача первая: Попрыгунья стрекоза летает со скоростью 36 км/ч, а скворец – 12 м/с. Догонит ли скворец стрекозу?
Образец оформления задачи:
Задача вторая: Гепард считается самым быстрым животным в мире. В погоне за добычей 36 км он пробегает за 20 минут. Чему равна скорость гепарда?
Образец оформления задачи:
Зная скорость, легко определить и пройденный путь. Например, акула имеет скорость 10 м/с, значит, за 1 с она проплывет 10 м, за 2 с – 20 м, за 3 с – 30 м и т.д. А за 15 с? Надо скорость умножить на время. Получится 150 м. Для пройденного пути также есть правило, записать которое можно в виде формулы пути:
s = v ∙ t
а формула времени имеет вид:
t = s / v
Задача третья: Старик Хоттабыч с Волькой и Мишкой на машине «Волга», двигающейся со скоростью 108 км/ч, отправились за город. До привала они ехали 2 часа. На каком расстоянии от города был сделан привал?
Решение:
В случае этой задачи единицы в СИ переводить не надо. Они соответствуют друг другу (время дано в часах и скорость в километрах в час, а не в метрах в секунду) и дают реальное представление о времени и расстоянии.
В приведенных примерах считалось, скорость не менялась на всем пути, т. е. движение было прямолинейным и равномерным. А как быть с неравномерным движением? Из его определения получается, что скорость тела различна на отдельных участках пути.
Неравномерное движение характеризуется другой величиной – средней скоростью. Чтобы ее найти надо путь (пусть он даже состоит из отдельных участков) разделить на полное время движения.
vср = s / t
Средняя скорость волка при беге 16 м/с, это вовсе не значит, что он все время бежит с этой скоростью. Один участок пути он бежит со скоростью 18 м/с, другой – со скоростью 14 м/с, а в среднем – 16 м/с.
( )
Иногда среднюю скорость считают скоростью равномерного движения. Например, автобус движется со скоростью 60 км/ч. Но ведь это его средняя скорость. У остановок автобус тормозит, а потом набирает скорость, на гладких участках дороги едет чуть быстрее, на неровностях медленнее. Вот и берется скорость, которая получается в среднем.
Скорость – значит быстро или медленно.
§ 9. Механическое движение и его виды
- Приведите примеры движения физических тел.
1. Посмотрите внимательно вокруг себя. Вы заметите, что окружающие вас тела и предметы ведут себя по-разному. Одни покоятся: стол, за которым вы сидите, доска, портреты учёных на стене класса. Другие же движутся: учитель, демонстрирующий опыт, стрелки часов на стене, падающая с парты книга. Посмотрев в окно, вы увидите ещё больше движущихся тел: автомобили, велосипеды, пешеходы и т. д. Представьте, что вы находитесь в лесу. Здесь, кажется, движется всё: листья на деревьях и даже их стволы, трава, жучки, стрекозы, облака в небе. Все эти движения очень разные. Объединяет их одно общее свойство: все тела изменяют своё положение в пространстве
.
| Изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени называют механическим движением. |
2. Рассмотрите рисунок 22. Один и тот же шарик на нити, закреплённой в точке D, совершает разные движения. Отметим на поверхности шарика точки А, С и проследим, как будет меняться при движении положение этих точек. В случае а) все точки движутся одинаково, любая прямая, проведённая в теле, смещается параллельно самой себе. Такое движение называют поступательным. В случае б) шарик движется по окружности, а в случае в) — колеблется. Это примеры других видов механического движения — вращательного и колебательного соответственно.
Примеров механического движения чрезвычайно много. Движущаяся по шоссе машина; санки, скатывающиеся с горы; самолёт во время взлета и посадки — всё это примеры поступательного движения. Вращательное движение совершают минутная и часовая стрелки часов, ребёнок на карусели, Луна вокруг Земли. Примерами колебательного движения служат движения маятника настенных часов, мальчика на качелях, струны звучащей гитары.
Механическое движение — самый простой вид движения. С другими, более сложными видами движения вы познакомитесь на уроках физики позже.
- Вопросы для самопроверки
1. Что называют механическим движением?
2. Какие виды механического движения вы знаете?
3. К какому виду механического движения — поступательному, вращательному или колебательному — относятся движения следующих тел:
- — поезд в метро;
— лист осины на ветру;
— Земля вокруг Солнца;
— лопасти вентилятора;
— крылья летящей бабочки?
Отвечая на вопрос, составьте таблицу из трёх колонок, соответствующих трём разным видам движения, и заполните её. Дополните таблицу своими примерами.
4. Какие приборы необходимы для изучения движения?
5*. Приведите примеры движений, отличных от механического.
Вектор – число и направление
Если где-то используется знак стрелки, то ясно, что она показывает направление, в котором следует двигаться. А скорость имеет направление? Где будет находиться автобус, если он движется от остановки со скоростью 70 км/ч? Местоположение автобуса не назвать, так как неизвестно, куда автобус едет от остановки, в каком направлении. Скорость имеет и численное значение. Она бывает маленькая и большая. Медленно движется черепаха, но быстро бежит гепард.
Получается, у скорости есть численное значение и направление. Такие величины называются векторными (просто векторами).
Обозначается векторная величина стрелкой над буквой, например, . Численное значение векторной величины записывается с двумя вертикальными палочками и называется модулем вектора. Например, модуль вектора скорости автобуса | | = 70 км/ч. Зная модуль вектора скорости, можно вычислить какой путь автобус прошел от остановки, а при известном направлении вектора (т.е. в какую сторону от остановки) уже определяется местоположением автобуса.
Величины, не имеющие направления, называются скалярами. Примеры скалярных величин: температура, время, объем, площадь, длина.
Вектор изображают в виде направленного отрезка, т. е. имеющего начало и конец. Конец отрезка отмечают стрелкой.
Основные свойства векторов
Два или несколько векторов с одинаковым модулем и направлением и равны.
- Векторы, различающиеся по направлению не равны, если даже равны их численные значения.
- Сумма одинаково направленных векторов по модулю равна сумме модулей этих векторов и имеет то же направление.
По этому правилу находят скорость по течению. Теплоход имеет собственную скорость, которую могут создать двигатели теплохода. У течения реки есть своя скорость. При движении по течению река будто помогает теплоходу. Скорости складываются. Числовой результат получается больше. Например, собственная скорость теплохода 60 км/ч, а скорость течения реки 2 км/ч. Результирующая скорость по модулю равна 62 км/ч, а направление остается тем же.
- Если векторы направлены в противоположные стороны, то результирующий вектор направлен в сторону большего из них, а его численное значение равно разности численных значений этих векторов.
По этому правилу находят скорость против течения. При движении против течения река будто мешает движению теплохода, толкает течением назад. Значит, из модуля скорости теплохода надо вычесть модуль скорости течения. Здесь важно, чтобы вектор собственной скорости был больше, чем вектор скорости течения, иначе теплоход будет двигаться назад, даже при постоянной работе двигателей. Например, теплоход с собственной скоростью 60 км/ч движется в обратном направлении против течения реки, скорость которой 2 км/ч. Теплоход в результате будет иметь численное значение скорости 58 км/ч, направление вектора скорости – против течения.
- Векторы можно умножать, делить, складывать. Как это делается, изучают на уроках математики.
Физикой свойства векторов используются при изучении величин, имеющих модуль и направление. Первой из них и является скорость.
