➨ всякое тело, имеющее массу, является источником гравитационного поля – поля тяготения. Через гравитационное поле осуществляется гравитационное взаимодействие;
➨ гравитационные силы (силы тяготения) могут быть только силами притяжения;
Закон всемирного тяготения
(И.Ньютон, 1687 г.)
➨ тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс, обратно пропорционален квадрату расстояния между ними и направлен вдоль линии, соединяющей центры этих тел;
● гравитационная
постоянная
G= =
=6,67∙10-11
➨ численно равна силе притяжения между двумя телами массой по 1 кг каждое, расположенными на расстоянии 1 м друг от друга;
СИЛА ТЯЖЕСТИ
=mg
➨ сила притяжения тела к Земле.
➨ сила тяжести – это сила тяготения; гравитационная сила; приложена к телу;
● свободное падение
➨ равноускоренное движение, совершаемое под действием силы тяжести в безвоздушном пространстве (вакууме);
● ускорение
свободного
падения
По II закону Ньютона:
➨ ускорение, сообщаемое телу силой тяжести;
1) g не зависит от массы тела;
2) g зависит от массы Земли (на разных планетах разное);
3) g зависит от квадрата радиуса Земли ;
● на экваторе gЭ= 9,78 м/с2;
● на полюсе gП= 9,83 м/с2;
● на широте g = 9,80 м/с2;
ВЕС ТЕЛА
[H]
➨ сила, с которой тело, вследствие его притяжения в Земле, действует горизонтально на опору или растягивает подвес.
➨ вес тела приложен к опоре или подвесу, (а сила тяжести приложена к телу);
➨вес тела численно равен силе упругости;
Вес тела, движущегося с ускорением
● невесомость
Р=0
➨ исчезновение веса при движении опоры вниз с ускорением свободного падения, т.е. а=g:
OY: ma=P-Fупр (P=Fупр)
ma=mg-P
P=mg-ma
P=m(g-a), т.к. а=g, то Р=0
● перегрузка
P=m(g+a)
➨ увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса вверх:
OY: -ma=P-Fупр (P=Fупр)
-ma=mg-P
P=mg+ma
P=m(g+a)
● вес равен
силе тяжести
Р=mg
➨ если опора (или подвес) неподвижны или движутся равномерно и прямолинейно относительно Земли, то вес тела равен силе тяжести.
Первая космическая
скорость
км/с
➨ горизонтально направленная минимальная скорость, с которой тело могло бы двигаться вокруг земли по круговой орбите, т.е. превратиться в искусственный спутник земли;
● вывод первой
космической
скорости
Fт=Fцс (движение по круговой орбите)
= , т.к. h=0, , то
Вторая космическая скорость
11,2 км/с
➨ наименьшая скорость, которую надо сообщить телу, чтобы его орбита в поле тяготения Земли стала параболической, т.е. чтобы тело могло превратиться в спутник Солнца.
Третья космическая
скорость
v3 = 16,7 км/с
➨ скорость, которую необходимо сообщить телу на Земле, чтобы оно покинуло пределы Солнечной системы.
v СИЛЫ
УПРУГОСТИ
➨ силы, возникающие внутри вещества при деформации твердого тела, которые стремятся восстановить первоначальные размеры тела;
Деформация
➨ изменение формы или объема тела при действии на него силы;
➨ деформации, при которых после прекращения действия внешних сил тело принимает первоначальные размеры и форму (пружина, ластик);
● пластические
деформации
➨ деформации, которые сохраняются в теле после прекращения действия внешних сил (пластилин);
Закон Гука
(Роберт Гук, 1660 г.)
или
σ = ε∙ Ε
➨ сила упругости, возникающая при деформации тела, прямо пропорциональна удлинению (деформации) тела и направлена в сторону, противоположную деформации;
➨k – жесткость пружины;
➨ при небольших деформациях напряжение пропорционально относительному удлинению ;
● абсолютное
удлинение
∆ℓ =ℓ -ℓ0
➨ при упругом растяжении стержня под действием силы он удлиняется на величину ∆ℓ;
● относительное
удлинение
ε =
➨ равно отношению абсолютного удлинения к длине всего стержня;
➨ количественная мера, характеризующая степень деформации, испытываемой телом;
● напряжение
σ = [Па]
➨ сила, действующая на единицу площади поперечного сечения;
● модуль Юнга (Е)
➨ равен нормальному напряжению σ, при котором линейный размер тела изменяется в два раза;
Диаграмма
напряжений
➨ устанавливает связь между деформацией и напряжением.
➨ σп - предел пропорциональности – линейная зависимость σ (ε) выполняется в узких пределах доσп;
➨ σу – предел упругости - остаточные деформации не возникают при увеличении напряжения до σу;
➨ σт - предел текучести - напряжение, при котором появляется заметная остаточная деформация;
➨ σр - предел прочности - максимальное напряжение, возникающее в теле до разрушения;
CD- область текучести или областьпластических деформаций.
За точкой D происходит разрушение тела.
w СИЛЫ
ТРЕНИЯ
➨ сила сопротивления, действующая на тело и направленная противоположно относительному перемещению данного тела;
· внешнее трение
(сухое)
➨ трение, возникающее в плоскости касания двух соприкасающихся тел при их относительном перемещении (трение покоя; трение качения; трение скольжения).
▪ силатрения покоя
➨ сила, которая возникает между соприкасающимися и покоящимися одно относительно другого телами;
➨ максимальная сила трения покоя пропорциональна силе нормального давления;
▪ силатрения
скольжения
➨ сила, которая возникает между соприкасающимися и движущимися одно относительно другого телами.
▪ покоя > скольжения;
▪ >
▪ зависит от рода и шероховатости трущихся поверхностей; безразмерная величина;
▪ силатрения качения
➨ сила, возникающая между соприкасающимися и катящимися друг относительно друга телами;
➨ R – радиус катящегося колеса;
· внутреннее трение
(жидкое или вязкое)
➨ трение между частями одного и того же тела, например, между различными слоями жидкости или газа, скорости которых меняются от слоя к слою.
▪ силажидкостного
трения
➨ сила возникает при движении тела в жидкости.
▪ жидкостного зависит от площади поперечного сечения и формы тела;
▪ скольжения > жидкостного.
Значение силы трения
● достоинства
➨ благодаря трению движется транспорт, удерживается вбитый в стену гвоздь, ходят люди и т.д.
● недостатки
➨ для уменьшения силы трения необходимо:
▪ на трущиеся поверхности нанести смазку (сила трения уменьшается почти в 10 раз), т.е. внешнее трение заменяется значительно меньшим внутренним трением ( > );
▪ устанавливают шариковые и роликовые подшипники, т.е. заменяют трение скольжения трением качения ()
Движение тела с учетом силы трения
● движение по
горизонтальной
поверхности
➨ OX: ma=F-Fтр
OY:0=N-mg N=mg;
Fтр= N= mg
;
● движение
по наклонной
плоскости
(тело скользит)
➨ OX: ma=mg sin -Fтр
OY:0=N-mgcos N=mg cos ;
Fтр= N= mg cos
=
= g(sin - );
Тема 4
ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ
Закон сохранения
импульса (ЗСИ)
➨ векторная сумма импульсов тел, входящих в замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой;
· замкнутая система
➨ механическая система, на которую не действуют внешние силы;
· внешние силы
➨ силы, которые действуют на тела системы со стороны других тел;
· внутренние силы
➨ силы, с которыми тела, входящие в систему, взаимодействуют между собой;
· абсолютно
упругий удар
=
➨ столкновение двух тел, в результате которого в обоих взаимодействующих телах не остается никаких деформаций и вся кинетическая энергия, которой обладали тела до удара, снова превращается в кинетическую энергию;
· абсолютно
неупругий удар
➨ столкновение двух тел, в результате которого тела объединяются, двигаясь дальше как единое целое;
● удар (соударение)
➨ встреча двух или более тел, при которой взаимодействие длится очень короткое время.
Ракета
➨ любая ракета имеет трубчатый корпус, передний конец которого закрыт обтекателем, а другой представляет собой сопло.
Схема ракеты: 1 – головная часть ракеты, в которой расположен полезный груз; 2– баки с топливом;3 – камера сгорания топлива;
4– реактивное сопло, из которого с большой скоростью вырываются газы, в результате чего возникает реактивная сила - сила реакции (отдачи) струи рабочего газа.
Движение ракет - пример реактивного движения.
● реактивное
движение (РД)
➨ движение тела, возникающее вследствие отделения от него части его массы с некоторой скоростью. Для осуществления РД не требуется взаимодействия тела с окружающей средой, т.к. оно осуществляется в результате взаимодействия с газами, образующимися при сгорании топлива;
● скорость ракеты
➨ по ЗСИ сумма импульсов корпуса ракеты и вытекающих из нее газов равна суммарному импульсу ракеты на старте, который равен нулю.
Следовательно: 0= , отсюда
/ Мр
Знак «‒» показывает, что направление скорости ракеты противоположно направлению скорости вылетающих газов.
Скорость ракеты
можно увеличить двумя способами:
1) увеличить скорость газов, вытекающих из сопла ракеты;
2) увеличить массу сгораемого топлива , что приводит к уменьшению полезной нагрузки – массы груза ракеты.
● основоположники
космонавтики
➨ К.Э. Циолковский – научно обосновал применение ракет для космических полетов, использование в качестве горючего жидкое топливо, многоступенчатые ракеты;
С.П. Королев – руководитель запуска в нашей стране первого в мире искусственного спутника Земли (4.10.1957); Ю.А. Гагарин - первый космонавт (12.04.1961)
МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА
А=F·S cos α
➨ скалярная физическая величина, равная произведению модулей векторов силы и перемещения , умноженному на косинус угла между этими векторами;
➨ - работа положительная
➨ - работа равна нулю
➨ , - работа отрицательная
● единица работы
1 Джоуль
➨ работа, совершаемая силой в 1 Н на пути в 1 м
1Дж = 1Н×м
● работа переменной
силы
➨ =
● работа силы тяжести
➨
➨ равна произведению силы тяжести на разность высот в начальном и конечном положениях тела;
➨ не зависит от длины и формы пути, пройденного телом;
● работа
силы упругости
➨
● работа
силы трения
➨ < 0, т.к. направления векторов силы и перемещения противоположны.
МОЩНОСТЬ
[Вт]
➨ скалярная физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, за который она совершена;
➨ характеризует быстроту совершения работы;
● мощность при
равномерном
движении
N= Fs×v
➨ если тело движется с постоянной скоростью (v=const), то мощность равна произведению проекции силы на направление перемещения, умноженному на скорость тела;
● единица мощности
1 Ватт
➨ мощность, при которой за время 1 с совершается работа в 1 Дж:
1 Вт = 1 Дж/с
МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
➨ скалярная количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи, способность совершать работу;
КИНЕТИЧЕСКАЯ энергия
Ек = [Дж]
➨ энергия, которой обладает движущееся тело. Она равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости;
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ энергия
Ер = mgh [Дж]
➨ энергия, обусловленная взаимным расположением тел или частей тела, зависящая от их взаимного положения во внешнем силовом (например, гравитационном) поле;
● потенциальная
энергия
силы тяжести
Ер = Рh = mgh
➨ энергия возможного действия гравитационного поля Земли на материальную точку, расположенную на высотеhнад уровнем моря;
➨ физическая величина, численно равная произведению силы тяжести Рна высоту h;
● потенциальная
энергия
упругой деформации
➨ запас энергии деформированного упругого тела ➨ физическая величина, численно равная половине произведения коэффициента упругости тела k на квадрат деформации;
ПОЛНАЯ
механическая
энергия
Еполн. = Ек + Ер
➨ равна сумме кинетической и потенциальной энергий;
➨ падающего
тела
➨ упруго деформированного
тела
Еполн. =
Еполн
Закон сохранения
механической энергии
Ек + Ер = const
➨ в замкнутой системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, механическая энергия сохраняется, т.е. не изменяется со временем;
Закон сохранения
и превращения
энергии
➨ энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается из одного вида в другой;
ПРОСТЫЕ
МЕХАНИЗМЫ
➨ механизмы, позволяющие получить выигрыш в силе;
● «золотое» правило
механики
➨ при совершении одной и той же работы во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии;
● рычаг
➨ твердое тело, вращающееся вокруг неподвижной оси и позволяющее меньшей силой уравновесить большую силу ;
· правило рычага
➨ рычаг находится в равновесии, если отношение прилагаемых сил обратно пропорционально отношению плеч;
● блок
➨ колесо с желобом, в который пропущена веревка (трос, цепь, ремень);
● неподвижный блок➨ позволяет изменить направления действия силы, однако не дает выигрыша в силе
● подвижный блок➨ дает выигрыш в силе в два раза
● наклонная плоскость
➨ дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько раз ее длина больше высоты подъема.
Коэффициент полезного
действия КПД
[%]
➨ величина, равная отношению полезной работы ко всей затраченной работе и ли
➨ отношение полезной мощности ко всей подводимой к механизму мощности
● полезная работа
➨ работа, совершенная с использованием механизмов;
● затраченная работа
➨ дополнительная работа, например, работа по преодолению трения в осях, по перемещению механизма;
➨ затраченная работа всегда больше полезной работы;
Тема 5
ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
-представляет собой современную физическую теорию пространства и времени;
Специальная теории относительности
(СТО)
➨предложена немецким физиком А.Эйнштейном (1905 г.) для согласования экспериментальных данных по измерению скорости света с теоретической базой классической (ньютоновской) механики.
➨ СТО рассматривает явления, происходящие только в инерциальных системах отсчета.
➨ СТО часто называется релятивистской теорией.
Постулаты теории относительности
➨ теория относительности базируется на двух постулатах.
➨ справедливость постулатов доказывается тем, что следствия, вытекающие из постулатов, хорошо согласуются с результатами многочисленных экспериментов (например, движение элементарных частиц в ускорителях).
❶ принцип
относительности
Эйнштейна
➨ при одних и тех же условиях все физические явления в любой инерциальной системе отсчета происходят совер-шенно одинаково.
➨ это значит, что никакими экспериментами (механичес-кими, электромагнитными, оптическими и др.), поставлен-ными внутри инерциальной системы, невозможно устано-вить, покоится эта система или движется равномерно и прямолинейно.
➨из данного постулата следует, что при переходе из одной инерциальной системы отсчета к другой математические выражения законов физики не должны изменяться.
❷ принцип постоянства
(инвариантности)
скорости света
➨ скорость света в вакууме не зависит от скорости движе-ния источников и приемников света и во всех инерциальных системах отсчета одинакова.
➨ из данного постулата следует, что взаимодействия между телами в природе не могут распространяться с бесконечно большой скоростью. Скорость света в вакууме является предельной скоростью передачи сигнала.
Следствия постулатов теории относительности
· относительность
расстояний
➨ - длина стержня в неподвижной системе отсчета, отно-сительно которой стержень покоится;
- длина стержня в подвижной системе отсчета, относи-тельно которой стержень движется со скоростью .
Сокращение длины тем больше, чем больше скорость движения.
Поперечные размеры тела не зависят от скорости его движения и одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.
· относительность
промежутков времени
➨ - интервал времени между двумя событиями, происходя-щими в одной и той же точке неподвижной системы отсчета;
➨ - интервал между этими же событиями в подвижной системе отсчета, движущейся относительно неподвижной со скоростью .
Длительность события, происходящего в некоторой точке, наименьшая в той инерциальной системе отсчета, относительно которой эта точка неподвижна.
Таким образом, ход часов замедляется в системе отсчета, относительно которой часы движутся.
· релятивистский закон
сложения скоростей
➨ - подвижная система отсчета, которая движется со скоростью вдоль оси ОХ относительно неподвижной системы отсчета К.
➨точкаМдвижется со скоростью вдоль оси подвижной системы .
Зависимость массы от скорости (релятивистская масса)
➨ - масса покоящегося тела; масса покоя является величиной, одинаковой для всех систем отсчета, в которых тело покоится.
➨ - масса того же тела, но движущегося со скоростью .
При увеличении скорости тела его масса возрастает.
➨ релятивистский импульс замкнутой системы сохраняется, т.е. не изменяется с течением времени.
Основной закон релятивистской
➨ вектор результирующей силы , приложенной к материальной точке (телу), равен изменению вектора релятивистского импульса тела (или материальной точки) за единицу времени
динамики
Связь между
массой и энергией
➨ полная энергия тела или системы тел равна произведению ее полной релятивистской массы на квадрат скорости света в вакууме.
Энергия покоя
➨ энергия, которой обладает неподвижное тело;
➨ энергия покоя – это внутренняя энергия тела.
Кинетическая
энергия тела
➨ представляет собой разность между полной энергией тела и энергией покоя .
Тема 6
МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
ДАВЛЕНИЕ
[Па]
➨ физическая величина, численно равная отношению модуля силы F, действующей перпендикулярно поверхности, к площади S этой поверхности;
● единица давления -
1 Паскаль
➨ давление, которое производит сила 1Н на перпендикулярную к ней поверхность площадью 1 м2
1 Па = 1 Н/м2
● внесистемные
единицы
➨ физическая атмосфера (атм):
1атм = 105 Па (нормальное атмосферное давление);
➨ миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.):
1атм = 760 мм рт. ст.
Атмосферное давление
➨ давление, оказываемое атмосферой на все находящиеся в ней предметы;
● атмосфера
➨ воздушная оболочка, состоящая из смеси различных газов и вращающаяся вместе с Землей как единое целое;
● изменение атмосферного
давления
➨ атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты подъема над Землей;
● измерение
давления:
- барометры
➨ приборы, предназначенные для измерения атмосферного давления:
‒ ртутный барометр;
‒ барометр - анероид;
- манометры
➨ приборы, предназначенные для измерения давлений жидкостей и газов:
‒ жидкостный открытый (U-образная трубка, открытая с обеих сторон);
‒ закрытый (U-образная трубка, запаянная с одной стороны);
‒ металлический (трубчато-пружинный манометр);
‒ поршневой;
ЗАКОН ПАСКАЛЯ
для жидкостей и газов
(давление жидкости
на глубине )
· гидростатическое давление
р=ρgh
➨ жидкость или газ передают производимое на них давление по всем направлениям равномерно;
➨ равно произведению плотности жидкостиρ на модуль ускорения свободного падения g и на высоту h столба жидкости;
● сообщающиеся
сосуды
➨ сосуды, соединенные ниже уровня поверхности жидкости;
● закон
сообщающихся
сосудов
➨ однородная жидкость
ρ1=ρ2
устанавливается в сообщающихся сосудах на одном и том же уровне
h1 =h2
➨ высоты столбов
разнородных жидкостей
,
находящихся в сообщающихся сосудах, обратно пропорциональны плотностям этих жидкостей
● гидравлический пресс
➨ два сообщающихся сосуда, заполненные жидкостью (водой или маслом) и закрытые поршнями различной площади;
● - гидравлический пресс дает выигрыш в силе, но проигрыш в длине пути поршня;
● - силы, действующие на поршни пропорциональны площадям этих поршней;
Закон Архимеда
для жидкостей и газов
FАрх = ρж gVт
➨ на тело, погруженное в жидкость (газ), действует со стороны этой жидкости (газа) выталкивающая сила FАрх, равная весу вытесненной телом жидкости (газа), направленная вертикально вверх и приложенная к центру тяжести вытесненного объема;
➨Vт – объем погруженной в жидкость части тела;
ρж – плотность жидкости;
● условия
плавания тел
на поверхности
жидкости
➨FАрх= mg – плавает - архимедова сила равна силе тяжести (тело может плавать на данной глубине бесконечно долго);
➨ FАрх< mg – тонет – архимедова сила меньше силы тяжести (тело тонет и опускается на дно);
➨ FАрх> mg – всплывает – архимедова сила больше силы тяжести (тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать).
ДВИЖЕНИЕ
ЖИДКОСТИ
ПО ТРУБАМ
● условие
несжимаемости
жидкости
➨ при переходе из одного сечения трубы в другое несжимаемая жидкость не изменяет свой объем
или ()
● стационарное
движение жидкости
(установившееся)
➨ движение, при котором через любое поперечное сечение трубы за одинаковые промежутки времени t проходит один и тот же объем V жидкости
или ()
● уравнение
неразрывности
или
➨ - при стационарном движении идеальной жидкости по трубе, в любой точке потока произведение скорости движения жидкости на поперечное сечение трубы есть величина постоянная; т.к. ,следовательно,
● в узких частях трубы – скорость движения
жидкости больше;
● в широких частях – скорость движения
жидкости меньше;
● идеальная жидкость
➨ жидкость, не имеющая структуры, непрерывная и несжимаемая, в которой отсутствует внутреннее трение;
➨ абстрактная модель реальной жидкости, которой можно пользоваться на практике при малых скоростях движения жидкости.
Зависимость
давления жидкости
от скорости
ее течения
➨при стационарном течении жидкости в тех местах, где
скорость течения жидкости меньше, давление р в жидкости больше и, наоборот;
● уравнение Бернулли
=
=
или =const
➨ полное давление жидкости, равно сумме:
динамического ,
гидростатического ρgh,
статического
р
давлений и является постоянной величиной;
наклонная труба
● уравнение Бернулли
(сокращенное)
const
➨ статическое давление р в потоке выше там, где меньше динамическое давление, то есть скорость
Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...
Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...
Концептуальные модели труда учителя В отечественной литературе существует несколько подходов к пониманию профессиональной деятельности учителя, которые, дополняя друг друга, расширяют психологическое представление об эффективности профессионального труда учителя...
Характерные черты немецкой классической философии 1. Особое понимание роли философии в истории человечества, в развитии мировой культуры. Классические немецкие философы полагали, что философия призвана быть критической совестью культуры, «душой» культуры.
2. Исследовались не только человеческая...