В общем случае поступательное движение происходит в трёхмерном пространстве, но его основная особенность -сохранение параллельности любого отрезка самому себе, остаётся в силе. Математически поступательное движение эквивалентно параллельному переносу.
При решении задач теоретической механики бывает удобно рассматривать движение твердого тела как суперпозицию движения центра масс тела и вращательного движения самого тела вокруг центра масс (теорема Кёнига)
2. Что такое траектория, перемещение, скорость и ускорение?
|
|
3. Что такое сила, импульс силы, момент силы? Что такое равнодействующая
сила? Сформулируйте три закона Ньютона?
|
Сила — физическая векторная величина, являющаяся мерой воздействия на данное тело со стороны других тел или полей. Приложение силы обусловливает изменение скорости тела или появление деформаций и механических напряжений. Деформация может возникать как в самом теле, так и в фиксирующих его объектах — например, пружинах. Воздействие других тел на тело всегда осуществляется посредством полей, создаваемых телами и воспринимаемых рассматриваемым телом. Различные взаимодействия сводятся к четырём фундаментальным; согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, эти фундаментальные взаимодействия (слабое, электромагнитное, сильное и, возможно, гравитационное) реализуются путём обмена калибровочными бозонами. Для обозначения силы обычно используется символ F — от лат. fortis (сильный).В современных учебниках физики сила рассматривается как причина ускорения. Важнейший физический закон, в который входит сила, — второй закон Ньютона. Он гласит, что в инерциальных системах отсчёта ускорение материальной точки по направлению совпадает с равнодействующей силой, то есть суммой сил, приложенных к телу, а по модулю прямо пропорционально модулю равнодействующей и обратно пропорционально массе материальной точки Слово «сила» в русском языке является многозначным и нередко используется (само или в сочетаниях, в науке и обиходных ситуациях) в смыслах, отличных от физической трактовки термина. Самое главное Импульс тела — векторная величина, равная произведению массы на скорость движения; направление этого импульса совпадает с направлением скорости тела. Импульс силы — векторная величина, равная произведению силы на время её действия; направление этого импульса совпадает с направлением силы. Момент силы (момент силы относительно точки) — векторная физическая величина, характеризующая действие силы на механический объект, которое может вызвать его вращательное движение. Определяется как векторное произведение радиус-вектора точки приложения силы и вектора силы. Моменты сил, образующиеся в разных условиях, в технике могут иметь названия: крутящий момент, вращательный момент, вертящий момент, вращающий момент, скручивающий момент Момент силы обозначается символом. Единица измерения в СИ: Н⋅м. Величина момента силы зависит от выбора начала отсчёта радиус-векторов O. Понятие момента силы используется, в основном, в области задач статики и задач, связанных с вращением деталей (рычагов и др.) в технической механике. Особенно важен случай вращения твёрдого тела вокруг фиксированной оси — тогда O выбирают на этой оси, а вместо самого момента рассматривают его проекцию на ось, такая проекция называется моментом силы относительно оси.
Равнодействующая сила
Понятие о равнодействующей нескольких сил встречается в механике в применении к силам, приложенным к одной материальной точке (см. Сложение и разложение сил и пр.), и в статике твердого тела в тех случаях, когда совокупность приложенных к телу сил может быть уравновешена одной силой или парой сил.
Сформулируйте 3 закона Ньютона
Третий закон Ньютона: формулировка Тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, противоположными по направлению и разными по модулю. Суть закона в том, что сила действия равна силе противодействия. Причем силы имеют одну природу, а приложены они к разным телам.
|
4. Что такое масса? Какую величину называют импульсом материальной точки? Как формулируется основной закон динамики?
|
Масса — скалярная физическая величина, определяющая инерционные и гравитационные свойства тел в ситуациях, когда их скорость намного меньше скорости света. В обыденной жизни и в физике XIX века масса синонимична весу.
Будучи тесно связанной с такими понятиями механики, как «энергия» и «импульс», масса проявляется в природе двумя качественно разными способами, что даёт основания для подразделения её на две разновидности:
инертная масса характеризует инертность тел и фигурирует в выражении второго закона Ньютона: если заданная сила в инерциальной системе отсчёта одинаково ускоряет различные тела, им приписывают одинаковую инертную массу;
гравитационная масса (пассивная и активная) показывает, с какой силой тело взаимодействует с внешними полями тяготения и какое гравитационное поле создаёт само это тело, она входит в закон всемирного тяготения и положена в основу измерения массы взвешиванием. Импульс тела (материальной точки) – это векторная величина, равная произведению массы тела на скорость тела: →p=m →ν p → = m ν →. Направление импульса тела всегда совпадает с направлением скорости, т. Вращательное движение — вид механического движения. При вращательном движении материальная точка описывает окружность. При вращательном движении абсолютно твёрдого тела все его точки описывают окружности, расположенные в параллельных плоскостях. Центры всех окружностей лежат при этом на одной прямой, перпендикулярной к плоскостям окружностей и называемой осью вращения. Ось вращения может располагаться внутри тела и за его пределами. Ось вращения в данной системе отсчёта может, быть как подвижной, так и неподвижной. Например, в системе отсчёта, связанной с Землёй, ось вращения ротора генератора на электростанции неподвижна.
При выборе некоторых осей вращения, можно получить сложное вращательное движение — сферическое движение, когда точки тела движутся по сферам. При вращении вокруг неподвижной оси, не проходящей через центр тела или вращающуюся материальную точку, вращательное движение называется круговым.
|
5. Какие системы отсчета являются инерциальными? Что такое силы инерции и для чего их вводят?
|
Инерциальная система отсчёта (ИСО) — система отсчёта, в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно либо покоятся. Существование систем, обладающих указанным свойством, постулируется первым законом Ньютона. Эквивалентное определение, удобное для использования в теоретической механике, звучит: «Инерциальной называется система отсчёта, по отношению к которой пространство является однородным и изотропным, а время — однородным». Экспериментальные факты свидетельствует о наличии систем с убедительной точностью близких к ИСО.
Второй и третий законы Ньютона, а также остальные аксиомы динамики в классической механике формулируются по отношению к инерциальным системам отсчёта. В соответствии с сильным принципом эквивалентности сил гравитации и инертности к инерциальным системам отсчёта также относятся надлежащим образом выбранные локально-инерциальные системы координат.
Термин «инерциальная система» (нем. Inertialsystem) был предложен в 1885 году Людвигом Ланге и означал систему координат, в которой справедливы законы Ньютона. По замыслу Ланге, этот термин должен был заменить понятие абсолютного пространства, подвергнутого в этот период уничтожающей критике. С появлением теории относительности понятие было обобщено до «инерциальной системы отсчёта». Си́ла инерции (также инерционная сила) — многозначное понятие, применяемое в механике по отношению к трём различным физическим величинам. Одна из них — « даламберова сила инерции»[⇨] — вводится в инерциальных системах отсчёта для получения формальной возможности записи уравнений динамики в виде более простых уравнений статики. Другая — «сила эйлерова инерции»[⇨] — используется при рассмотрении движения тел в неинерциальных системах отсчёта. Наконец, третья — « сила ньютона инерции»[⇨] — сила противодействия, рассматриваемая в связи с третьим законом Ньютона.
Общим для всех трёх величин является их векторный характер и размерность силы. Кроме того, первые две величины объединяет возможность их использования в уравнениях движения, по форме совпадающих с уравнением второго закона. Ньютона а также их пропорциональность массе тел.
|
6. Расскажите об устройстве машины
Атвуда,Как на ней наблюдать Равномерное, равноускоренное, равнозамедленное движение грузов?
|
Машина Атвуда — лабораторное устройство для изучения поступательного движения с постоянным ускорением. Была изобретена в 1784 году английским физиком и математиком Джорджем Атвудом. Для проведения опытов по свободному падению тел требуется большая высота экспериментальной установки, вследствие большого ускорения свободного падения. Машина Атвуда позволяет избежать этой трудности и замедлить движение до удобных скоростей. Идеальная Машина Атвуда имеет следующую конструкцию: через невесомый блок, в оси которого отсутствует трение, укрепленный на некоторой высоте над столом, переброшена нерастяжимая и невесомая нить, к концам которой привязаны два тела с массами .Когда массы тел равны (m_{1}=m_{2}) система находится в состоянии безразличного равновесия вне зависимости от положения грузов.
Если m_{1}\neq m_{2}, грузы приходят в поступательное движение.
|
7. Как на машине Атвуда проверяется формула пути при равноускоренном движении?
|
Дана методика и описаны эксперименты по проверке основных формул кинематики и динамики равноускоренного прямолинейного движения. Эксперименты могут быть проведены как на реальной лабораторной установке (машине Атвуда), так и на ее компьютерной модели.
Методические указания составлены на кафедре физики и предназначены для студентов тех специальностей, учебные планы которых предусматривают изучение курса физики.
Цель работы – экспериментальное исследование характера прямолинейного движения тел в поле земного тяготения, проверка формул равноускоренного движения и второго закона Ньютона методом прямого эксперимента с использованием машины Атвуда и методом компьютерного моделирования.
|
8. Как на машине Атвуда проверяется закон скорости при равноускоренном движении?
|
. Основой машины Атвуда является вертикальная штанга 1 со шкалой. На верхнем торце штаги закреплен легкий блок 2, способный вращаться с незначительным трением. Через блок перекинута тонкая нить с прикрепленными грузами 3 одинаковых масс . С помощью тормоза 4 грузы могут удерживаться в состоянии покоя. На штанге крепятся два кронштейна 5 и 6 с фотоэлектрическими датчиками. Фотоэлектрический датчик верхнего кронштейна формирует импульс напряжения, сигнализирующий о начале движения, датчик нижнего кронштейна – импульс, сигнализирующий о конце движения. Верхний кронштейн – подвижный, его можно перемещать вдоль штанги и фиксировать в любом положении, задавая таким образом длину пути груза. Нижний кронштейн – неподвижный, он оснащен платформой с резиновым амортизатором, в которую ударяется правый груз, завершая движение.
|
9. Как с помощью машины Атвуда можно проверить второй закон Ньютона?
|
Сила. При рассмотрении взаимодействия тел сила выступает как векторная количественная мера интенсивности взаимодействия. Вектор F указывает направление взаимодействия. Воздействие, оказываемое на некоторое тело, может вызвать явления двоякого рода: изменить его скорость или вызвать деформацию (напр., растянуть или сжать пружину). Оба эти эффекта поддаются измерениям. Поэтому любой из них может быть использован для количественной оценки воздействий, т.е. для сравнения сил.
Второй закон Ньютона. Основной закон динамики был сформулирован Ньютоном в форме.
Если на тело действует одна или несколько сил, импульс тела будет изменяться. Скорость изменения импульса тела равна геометрической сумме сил F, действующих на тело. Формулу (1) можно записать в виде.
Для малых скоростей массу можно считать постоянной и вынести из-под знака дифференциала:
a = F/m. (3)
Эта форма второго закона Ньютона выражает пропорциональность между приложенной к телу силой и ускорением тела. Если на тело массы m действует сила F, тело приобретает ускорение, пропорциональное силе и обратно пропорциональное массе.
Масса. Опыт показывает, что одинаковые воздействия вызывают у разных тел различные изменения скорости. Одному и тому же телу различные силы сообщают различные ускорения. Однако отношение силы к ускорению для каждого тела всегда равно одной и той же величине:
F/a = const = m. (4)
Следовательно, масса является количественной мерой инертности тел. Под инертностью понимается свойство тел противиться изменению скорости. Отношение F/a = const справедливо только при достаточно малых скоростях.
Сумма величин р = m v. имеет свойство сохраняться в замкнутых системах. При скоростях, сравнимых со скоростью света, сохраняться будет релятивистский импульс
где m0 – константа, называемая массой покоя (масса тела при при v = 0),
Определенная в формуле (5) масса тела m является функцией его скорости:
|
Do'stlaringiz bilan baham: |
