Учебник по физике для поступающих в ВУЗ /Экзаменационные вопросы по физике (2006-2007)/

Ускорение тел при падении на землю впервые измерил Кристиан Гюйгенс в 1656 г. с помощью маятниковых часов.

Вблизи поверхности Земли g = 9.81 м/с2

Закон свободного падения хорошо наблюдать на луне, где нет атмосферы

При свободном падении без начальной скорости (точка отсчета в точке начала падения)

y = H = gt2/2

Время падения тела на землю t =

Скорость у земли :    vy = gt = g=

В поле силы тяжести тело движется с постоянным ускорением, т.е. равнопеременно, независимо от начальной скорости тела и ее направления

y = y0 + v0yt +

УСКОРЕНИЕ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ (уч.10кл.стр.52-53)

Свободное падение тел (см. выше)

Величина ускорение свободного падения.

Зависимость ускорения от силы тяжести согласно закону всемирного тяготения

Ускорение тел при падении на землю впервые измерил Кристиан Гюйгенс в 1656 г. с помощью маятниковых часов.

Вблизи поверхности Земли g = 9.81 м/с2

С высотой g изменяется

В поле силы тяжести тело движется с постоянным ускорением, т.е. равнопеременно, независимо от начальной скорости тела и ее направления

y = y0 + v0yt +

БАЛЛИСТИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ(уч.10кл.стр.61-68)

Определение баллистики

Траектория движение в поле силы тяжести

Уравнение баллистического движения

Максимумы графика баллистического движения

Дальность полета при баллистическом движении

Скорость при баллистическом движении

Баллистическое движение при сопротивлении среды

Баллистика – раздел механики, изучающий движение тел в поле тяжести земли.

Основные допущения при рассмотрении баллистического движения:

- тело – материальная точка

- движение тела рассматривается вблизи поверхности Земли, когда высота подъема тела мала по сравнению с радиусом Земли

- сопротивление воздуха не учитывается

В Евклидовом физическом пространстве перемещение тела по координатным осям X и Y можно рассматривать независимо.

Криволинейное баллистическое движение можно рассматривать как результат сложения двух прямолинейных движений: равномерного движения по оси X и равнопеременного по оси Y (под действием ускорения g)

Закон баллистического движения в координатной форме:

Þ y = x tg(α) -

Графиком баллистического движения в поле силы тяжести является парабола, проходящая через начало координат.

Время подъема на максимальную высоту (максимум функции y(t)):

tmax = =

Максимальная высота подъема:

ymax = y(tmax) =

Максимальная дальность полета ( учитывая симметричность параболы и что 2sin(α)cos(α)=sin(2α)):

xmax = x(2tmax) =

Дальность полета при одной и той же начальной скорости зависит от угла, под которым тело брошено к горизонту.

Максимальное значение синуса будет при угле 2α = 90о, следовательно максимальная дальность полета будет при угле: α = 45о

В отсутствии сопротивления воздуха максимальная дальность полета тела в поле силы тяжести достигается при вылете под углом 45о к горизонту.

При α = 45о + β – навесная траектория

При α = 45о - β – настильная траектория

Дальность полета при этом одинаковая

Для расчета скорости в произвольной точке траектории (направлена по касательной к траектории), и для определения угла β, который образует вектор скорости в горизонтом, достаточно знать проекции скорости на оси X и Y:

v =  (по теореме Пифагора из треугольника скоростей)

tg (β) =

При равномерном движении по оси X проекция скорости остается постоянной:

vx = v0 cos(α)

По оси Y действует ускорение g:

vy = v0 sin(α) - gt

В верхней точке траектории вертикальная составляющая компонента скорости равна нулю.

Сопротивление воздуха по мере увеличения скорости растет не линейно. Сначала пропорционально , потом примерно в квадрате от скорости, потом в кубе. Точный расчет достаточно громоздок.

КРИВОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТОЧКИ НА ПРИМЕРЕ ДВИЖЕНИЯ ПО ОКРУЖНОСТИ С ПОСТОЯННОЙ ПО МОДУЛЮ СКОРОСТЬЮ
(уч.10кл.стр.70-73)

Периодическое движение. Определение и примеры

Определение периода и частоты

Движение по окружности как пример периодического движения

Определение равномерного движения тела по окружности

Определение и формулы периода и частоты при равномерном движении по окружности

Фаза вращения и угловая скорость.

Определение угловой скорости и единицы измерения. Радиан, градус, оборот.

Период вращения через угловую скорость. Формула

Линейная скорость и ее вектор при движении по окружности. Формула. Зависимость от радиуса вращения.

Периодическое движение – движение, повторяющееся через равные промежутки времени.

Период – минимальный интервал времени, через который движение повторяется

Обозначение Т. Единица измерения – с

Различают два вида периодического движения:

- вращательное

- колебательное

Движение абсолютно твердого тела (не деформирующегося при движении и взаимодействии), при котором все его точки в данный момент времени движутся в одном направлении по плоскости или пространственной замкнутой траектории одинаково, называется поступательным движением.

Для его описания необходимо и достаточно описать движение одной точки тела.

Движение, при котором траектории всех точек тела являются окружностями с центром на одной прямой и все плоскости окружностей перпендикулярны этой прямой, называется вращательным движением.

Колебательное движение – движение вдоль одного и того же отрезка с изменением направления движения

При равномерном движении тела по окружности модуль скорости тела остается постоянным.

Если размерами тела можно пренебречь по сравнению с радиусом окружности, то тело можно рассматривать, как материальную точку.

2π (радиан) = 360о – один полный оборот

Положение тела в пространстве можно описать тремя способами:

- с помощью пути, пройденного от начальной точка А до точки В

Время одного полного оборота по окружности

T =

Период вращения – время одного полного оборота по окружности

- с помощью угла поворота радиус-вектора относительно его начального положения

Фаза вращения α – угол поворота радиуса-вектора в произвольный момент времени относительно его начального положения

Угол поворота в единицу времени характеризует угловую скорость

Угловая скорость – физическая величина, равная отношению угла поворота тела к промежутку времени, в течении которого этот поворот произошел.

ω =

Единицы измерения = 1 рад/с (при измерении угла поворота в радианах)

Один полный оборот 360o = 2π радиан

При равномерном вращении по окружности угловая скорость всех точек тела одинакова, и характеризует движения вращающегося тела в целом.

Период вращения – время одного оборота:

T =

Частота вращения – число оборотов в единицу времени:

ν =

Единица измерения – с-1=1/с

ω =  = 2πν

Линейная скорость при движении по окружности:

v = ωr = r = 2πνr

Линейная скорость растет пропорционально расстоянию r от оси вращения.

За промежуток времени t радиус-вектор поворачивается на угол α = ωt

Координаты меняются по законам синуса и косинуса

x = r cos(ωt)

y = r sin(ωt)

В случае равномерного вращения скорость меняется только по направлению

Нормальное ускорение an =

(математический смысл an = – производная скорости по времени)

при Dt→0 Dv→v (вектора v1 и v2 сближаются) и an = ; φ =

Угловое ускорение: E – векторная величина

E =

Единица измерения - рад/c2

В общем случае уравнения вращательного движения:

v(t) = v0 + at

r(t) = r0 + v0t +

φ(t) = ω0t +

ω(t) = ω0 + Et

Угловая скорость характеризует быстроту вращения

ω = (производная углового перемещения по времени)

Угловое перемещение Dj – векторная величина, равная углу поворота радиус-вектора (Dr = r2 - r1) и направленная перпендикулярно плоскости вращения по правилу винта

Единица измерения - рад

Связь между линейной и угловой скоростью:

v = ωr

Принцип независимости движений рассматривает движение любой точки тела как сумму двух движений – поступательного и вращательного:

ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОЕ УСКОРЕНИЕ (уч.10кл.стр.70-73)

Вектор линейной скорости при движении по окружности и его изменение.

Природа возникновения центростремительного ускорения

Ускорение как изменение вектора скорости.

Ускорение как производная изменения скорости по времени.

Направление вектора центростремительного ускорения.

Вывод формулы центростремительного ускорения

Нормальное и тангенциальное ускорения при движении по окружности

Использование формул движения по окружности при криволинейном движении тела

Скорость тела –векторная величина. Любое изменение скорости во времени означает появление ускорения. При этом может меняться не только величина, но и вектор скорости.

Если меняется только модуль скорости – прямолинейное ускоренное движение

Если меняется только направление вектора скорости – равномерное криволинейное движение

 из подобия треугольников = Þ ∆v = ∆r

Мгновенное (нормальное) ускорение

Модуль перемещения в единицу времени равен мгновенной скорости

поэтому an =

Направление ускорения совпадает с направлением вектора ∆v при ∆t→0, при этом точки А и В на рисунке сближаются и ∆α→0

Это означает, что при ∆t→0 вектор ∆v направлен перпендикулярно скорости (стремиться к этому). Скорость же направлена по касательной к окружности. Перпендикуляр к касательной проходит через центр окружности. Следовательно вектора ∆v и а направлены по радиусу к центру окружности.

Так, как вектор ускорения направлен к центру окружности, то это ускорение иногда называют центростремительным

Если модуль центростремительного ускорения постоянен, то тело движется по окружности.

При равномерном движении тела по окружности его ускорение направлено перпендикулярно скорости, по радиусу к центру окружности и называется нормальным или центростремительным ускорением.

an – индекс n означает «нормальное» (перпендикулярное) ускорение

Нормальное ускорение – ускорение, характеризующее изменение скорости только по направлению.

Нормальное ускорение перпендикулярно скорости в любой точке траектории.

an = = ω2r = r = 4π2ν2r

aτ – индекс τ означает «тангенциальное» (касательное) ускорение, возникает когда скорость тела при движении по окружности меняется не только по направлению, но и по величине.

При равномерном движении по окружности тангенциальное ускорение равно нулю aτ = 0

Тангенциальное ускорение – ускорение, характеризующее изменение скорости только по величине

at =

Тангенциальное ускорение всегда параллельно скорости

Полное ускорение равно сумме векторов нормального и тангенциального ускорений:

Выражение для ускорения можно использовать при движении тела по произвольной траектории, так как любая кривая на небольшом участке может быть заменена дугой окружности.

Равнопеременное вращение – движение, при котором за любые равное промежутки времени угловая скорость изменяется на одну и туже величину

φ(t) = φ0t +                 

ω(t) = ω 0 + Et

Угловое ускорение Е – векторная величина

E=

Единица измерения - рад/c2

Угловые вектора Dj, ω, E всегда перпендикулярны плоскости вращения и направлены вдоль по оси вращения (аксиальные векторы)

В общем случае уравнения вращательного движения:

v(t) = v0 + at

r(t) = r0 + v0t +

φ(t) = φ0t +

ω(t) = ω 0 + Et

Угловая скорость характеризует быстроту вращения

ω = dφ/dt (производная)

ОСНОВЫ ДИНАМИКИ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ(уч.10кл.стр.119-120)

Динамика – раздел механики, в основе которого лежит количественное описание взаимодействия тел, определяющего характер их движения

Динамика объясняет причины, определяющие характер механического движения, дает ответ на вопрос почему движется тело.

Динамика – количественное описание взаимодействия тел, определяющего характер движения

Движение по инерции – движение происходящее без внешних воздействий

Принцип инерции Галилея – если на тело не действуют силы, оно сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения

Инерциальные системы отсчета – системы отсчета, в которых тело, не взаимодействующее с другими телами, сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения.

Преобразования Галилея

x = x’ + vt

x – координата тела в инерциальной системе отсчета Х

x’ – координата тела в инерциальной системе отсчета Х’, движущейся относительно Х со скоростью v

Закон сложения скоростей:

скорость движения материальной точки по отношению к системе отсчета, принимаемой за неподвижную, равна векторной сумме скоростей движения точки в подвижной системе и скорости движения подвижной системы относительно неподвижной:

vx = vx’ + v

Принцип относительности Галилея – во всех инерциальных системах отсчета законы механики имеют одинаковый вид

Первый закон Ньютона – тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние.

Сила – векторная физическая величина, являющаяся мерой взаимодействия тела с другими телами, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры

Единица измерения Ньютон 1Н = 1 кг*м/с2

Инертность – физическое свойство тела в отсутствии трения оказывать сопротивление изменению его скорости

Масса – (инертная масса) – физическая величина, являющаяся мерой инертности тела

Единица измерения кг

Принцип суперпозиции сил – результирующая сила, действующая на частицу со стороны других тел, равно векторной сумме сил, с которыми каждое из этих тел действует на частицу

Второй закон Ньютона – в инерциальной системе отсчета ускорение тела прямо пропорционально векторной сумме всех действующих на него сил и обратно пропорционально массе тела

Третий закон Ньютона – силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по величине, противоположны по направлению и приложены к разным телам.

Все механические явления определяются электромагнитным и гравитационным взаимодействиями.

Электромагнитными силами являются сила упругости и сила трения.

Упругое воздействие на тело – воздействие, в результате которого тело восстанавливает форму и размеры

Закон Гука – сила упругости, возникающая при деформации тела, прямо пропорциональна его удлинению и направлена противоположно направлению деформации.

Сила реакции опоры – сила, действующая на тело со стороны опоры перпендикулярно поверхности

Сила натяжения – сила упругости, действующая на тело со стороны нити или пружины

Сила трения – сила препятствующая относительному перемещению тел, направленная вдоль поверхности их контакта

Сила трения покоя – равна по модулю и противоположно направлена силе, приложенной к покоящемуся телу параллельно поверхности его контакта с другим телом

Максимальная сила трения покоя – пропорциональна силе реакции опоры

Fтр.р max = μпN

Сила трения скольжения

Fтр = μN

μ < μп

Сила трения качения

Fтр.кач = μкач N

μкач < < μ < μп

Закон всемирного тяготения – гравитационная сила притяжения материальных точек прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними

Fg = G

Гравитационная сила направлена вдоль прямой, соединяющей материальные точки.

G = 6.67*10-11 Нм/кг2 – гравитационная постоянная (одинаковая для все тел)

Сила тяжести – гравитационная сила, действующая на тело со стороны земли или другого космического тела

Вес тела – суммарная сила упругости тела, действующая при наличии силы тяжести на все опоры и подвесы

Вес тела может быть не равен силе тяжести, если на тело кроме силы тяжести действуют и другие силы.

Перегрузка – увеличение веса тела, вызванное его ускоренным движением

Невесомость – состояние тела, при котором оно движется только под действием силы тяжести. Вес тела в состоянии невесомости равен нулю.

Первая космическая (круговая) скорость – минимальная скорость, которую надо сообщить телу у поверхности Земли для выведения его на круговую орбиту вокруг Земли (vI=7,9км/с)

Вторая космическая скорость – минимальная скорость, которую надо сообщить телу у поверхности Земли, чтобы оно преодолело гравитационное притяжение Земли (vII=11,2км/с)

Форма траектории в зависимости от начальной скорости запуска тела с поверхности Земли

v < vI               - эллипс

v = vI               - окружность

vI < v < vII        - эллипс

v = vII              - парабола

v > vII              - гипербола

ИНЕРЦИЯ. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГАЛИЛЕЯ (уч.10кл.стр.83- )

Движение тела без внешних воздействий

Определение инерции

Инерциальные и неинерциальные системы отсчета

Принцип инерции Галилея

Преобразования Галилея

Закон сложения скоростей

Принцип относительности Галилея

Область применения преобразований Галилея

(Уточнение преобразований Галилея в теории относительности)

Движение по инерции – движение происходящее без внешних воздействий

(В земных условиях практически не встречается)

Принцип инерции Галилея:

Если на тело не действуют внешние силы, то оно сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения

(Принцип инерции сформулирован Галилеем при изучении движения тел при максимальном уменьшении сил трения)

Понятия «движение» и «покой» относительны и зависят от выбора системы отсчета.

Инерциальная система отсчета – система отсчета, в которой тело, не взаимодействуя с другими телами, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Инерциальные системы отсчета – покоящиеся или движущиеся равномерно и прямолинейно относительно друг друга.

В инерциальных системах отсчета состояния покоя и равномерного прямолинейного движения эквивалентны и взаимозаменяемы

Системы отсчета, в которых принцип инерции не выполняется, называют неинерциальными

Пример неинерциальной системы – автобус, трогающийся с места с ускорением. Пассажиров отбрасывает назад, в сторону противоположную движению, при отсутствии внешних сил.

Преобразования Галилея - показывают, как связаны между собой координаты и скорость тела в различных инерциальных системах отсчета

За время t платформа сместиться относительно столба на vt

Автомобиль проедет по платформе расстояние x’= vxt

и будет находится от столба на расстоянии x = x’ + vt

Координаты тела (автомобиля) в различных системах отсчета X и X’ связывают преобразования Галилея:

x’ = x –vt

vx = x/t

Закон сложения скоростей:

скорость движения материальной точки по отношению к системе отсчета, принимаемой за неподвижную, равна векторной сумме скоростей движения точки в подвижной системе и скорости движения подвижной системы относительно неподвижной:

vx = vx’ + v

Движение инерциальной системы отсчета не оказывает влияния на прямолинейное равномерное движение тела или его состояние покоя в этой системе.

Принцип относительности Галилея:

Во всех инерциальных системах отсчета законы классической механики имеют один и тот же вид.

Это означает, что при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой все математические формулы, описывающие законы механики, не меняются.

Время в классической механике является абсолютным: оно едино во всех инерциальных системах отсчета. Движущиеся и неподвижные часы идут одинаково.

Преобразование Галилея справедливо при малых скоростях, если v<<с = 3*108м/с.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН НЬЮТОНА (уч.10кл.стр.87-88,уч.9кл.стр.39-41)

Принцип инерции Галилея (см.выше)

Первый закон Ньютона

Экспериментальные подтверждения первого закона Ньютона

Следствия первого закона Ньютона

Замечание об относительности понятия инерциальной системы отсчета (с полей книги уч.10кл.стр.87)

Первый закон Ньютона и неинерциальные системы отсчета.

В 1687 г. принцип инерции Галилея был сформулирован Ньютоном в виде

первого закона динамики (закона инерции):

“Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела”.

Материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействия со стороны других тел не заставят ее изменить это состояние

Тело движется прямолинейно и равномерно либо находится в состоянии покоя пока действующие на него силы скомпенсированы.

Из первого закона Ньютона следует, что тело может двигаться как при наличии, так и при отсутствии внешних воздействий. Следовательно, скорость тела само по себе не показывает, действуют на тело внешние силы или нет..

Ответ на вопрос, какая физическая величина является однозначным показателем наличия внешнего воздействия, был дан Ньютоном во втором законе (см.ниже)

Инерциальная система отсчета – Система отсчета, в которой законы Ньютона выполняются без дополнений или ограничений

Явление сохранения скорости тела при отсутствии внешних воздействий называется инерцией.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43