1   2   3   4   5   6   7
Ім'я файлу: фізика лекції.docx
Розширення: docx
Розмір: 470кб.
Дата: 24.05.2022
скачати

Лекція 1-2. Основи механіки

1. Механічний рух та його види.

Механічний рух - це зміна положення тіла відносно інших тіл або одних його час-тин відносно інших (людина йде відносно Землі; рух рук відносно тулуба). 

Механічні рухи оточуючих тіл поділяють на: поступальний, обертальний та коливальний (система періодично повертається в положення рівноваги, наприклад коливання листків на дереві під дією вітру) рухи.

Залежно від типу траєкторії рухи поділяють на прямолінійні (траєкторія - пряма лінія); рух по колу (траєкторія - коло), криволінійні (довільна крива лінія, зокрема коло). Усі рухи можуть здійснюватися в просторі, площині і по прямій, від швидкості – рівномірний і нерівномірний

Механічну форму руху матерії вивчає розділ фізики - "Механіка". Основна задача механіки - знайти положення тіла в просторі в будь-який момент часу. 

Матеріальна точка – тіло, розмірами якого за даних умов можна знехтувати.

Розглянемо деякі кінематичні величини. 

- положення матеріальної точки у даній системі відліку задають переважно за допомогою координат х, у, z;

- траєкторія - уявна лінія, вздовж якої рухається тіло;

- шлях S - відстань, яку проходить тіло вздовж траєкторії, вимірюється в метрах;

- переміщення - вектор , проведений з початкової точки траєкторії в кінцеву (його часто позначають через ).

Для опису механічного руху, як і інших фізичних процесів, що відбуваються в просторі і часі, використовують систему відліку. Система відліку - це сукупність тіла відліку, пов'язаної з ним системи координат (декартової або іншої) і приладу для відліку часу.

Відносність руху означає, що координати тіла, швидкість, вид траєкторії залежать від того, відносно якої системи відліку розглядається рух. Перетворення Галілея дозволяють визначити координати, швидкість і траєкторію тіла відносно довільної системи відліку.

Сукупність виразів , ; ; ; називається перетвореннями Галілея.

Поняття відносності руху уже випливає з означення механічного руху. Одні тіла рухаються відносно інших. Не буває абсолютного руху або абсолютного спокою. Тіло, відносно якого розглядається зміна положення тіла, називають тілом відліку. Приклади тіл відліку: кімната будинку, купе вагона, Земля для руху супутника, Сонце для руху Землі.

Для опису руху треба знати ще й темп руху. Він характеризується швидкістю. Середня швидкість є скалярною величиною і дорівнює відношенню пройденого шляху до часу:

.

Миттєва швидкість - швидкість, напрямлена по дотичній до траєкторії і визначається за формулою:

де - нескінченно мале переміщення матеріальної точки; нескінченно малий проміжок часу, за який це переміщення здійснено. Миттєву швидкість показує спідометр автомобіля.

Рівномірний прямолінійний рух – це такий прямолінійний рух, при якому тіло за будь-які рівні проміжки часу здійснює однакові переміщення.

Якщо точка бере участь у двох незалежних прямолінійних і рівномірних рухах зі швидкостями і , то швидкість результуючого руху визначають за формулою:



Координата тіла змінюється за законом х=хо±υt. Шлях залишається незмінним або зростає S=υt.

Швидкість залишається незмінною.

2. Рівнозмінний рух.

Рівнозмінний рух - це рух, за якого швидкість тіла змінюється на одну і ту ж величину протягом будь-яких однакових інтервалів часу. 

Може бути рівноприскореним (швидкість збільшується) або рівносповільненим (швидкість зменшується)

Цю зміну швидкості характеризує ще одна кінематична величина - прискорення. 

Прискорення - це фізична векторна величина, що дорівнює відношенню зміни швидкості тіла до часу, протягом якого ця зміна відбулась:



У СІ прискорення вимірюють у метрах за секунду в квадраті (м/с2).

Швидкість при рівнозмінному русі знаходять за законом: 



Модуль швидкості змінюється за законом υ=υо+аt.

Координата тіла змінюється за законом: х=хооt+аt2/2.

Пройдений шлях визначається S=υоt+аt2/2.

Враховуючи попередні вирази

Прискорення залишається незмінним. 


3. Рівномірний рух по колу.  …

У природі і в техніці найчастіше відбуваються криволінійні рухи, найпростішим з яких є рух по колу.

Такий рух здійснюють окремі точки коліс транспортних засобів, точки лопастей вентиляторів (пропелерів) і корабельних гребних гвинтів, деталей шківово-пасових передач, свердл тощо. Самі ж ці тіла обертаються.

Рівномірний рух матеріальної точки по колу це такий рух, під час якого ця точка за будь-які рівні проміжки часу проходить дуги однакової довжини.

Періодом (Т) називається час, протягом якого матеріальна точка здійснює один повний оберт навколо деякої точки. [T] = c.

 

де N- число  обертів

Частота (n) – це число обходів кола, здійснених матеріальною точкою протягом одиниці  часу.

   

Одиниці вимірювання: [n] = об/с.

Кутова швидкість (ω)– це величина, яка дорівнює швидкості зміни кута між деякими положеннями радіуса кола, який обертається під час руху матеріальної точки по колу.



Одиниця вимірювання: [ω] = рад/с.

У будь-якій точці траєкторії прискорення напрямлене нормально до дотичної в ній і тому називається нормальним прискоренням аn. Під час руху тіла по колу це прискорення напрямлене до центра кола, тому називається доцентровим прискоренням адоц.і визначається за формулою: .

 

4.  Основні закони динаміки

Перший закон Ньютона так: в інерціальній системі відліку матеріальна точка зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, якщо на неї не діють інші тіла або дія зовнішніх тіл скомпенсована.

Інерціальними Ньютон назвав такі системи, для яких єдиним джерелом прискорення є сила, тобто взаємодія з іншими тілами. Системи відліку, які рухаються відносно інерціальних систем із прискоренням (поступально чи обертально), він назвав неінерціальними

За умов рівноваги всіх прикладених до тіла сил, воно рухається прямолінійно зі сталою швидкістю, як кажуть "по інерції". Тому цей закон іноді називають також законом інерції. 

Явище збереження тілом швидкості за відсутності зовнішніх дій на нього з боку інших тіл, називають інерцією, а цю властивість тіла - інертністю.

Кількісну міру інертності тіла називають його масою. Чим більшу інертність має тіло, тим більша його маса. Отже, маса - це скалярна фізична величина, що є мірою інертних і гравітаційних властивостей тіл. 

За одиницю маси взято 1 кг (кілограм). Це одна з основних одиниць СІ. Кілограм - це маса еталону, що дорівнює масі міжнародного прототипу кілограма. Еталон - це відлите з сплаву платини та іридію циліндричне тіло з висотою, що дорівнює його діаметрові - по 39 мм. 

Відомо, що зміна швидкості тіла, тобто поява прискорення, відбувається під дією оточуючих тіл на це тіло. Різні взаємодії тіл, відомі сучасній фізиці, поділяються на чотири типи:

1. гравітаційні взаємодії, які виникають між тілами відповідно до закону всесвітнього тяжіння;

2. електромагнітна взаємодія, яка відбувається між тілами, що набули електричного заряду;

3. сильні взаємодії. Вони існують між частинками, з яких складаються ядра атомів тощо;

4. слабкі взаємодії, які характерні для процесів перетворення деяких елементарних частинок.

Для характеристики взаємодій введено поняття сили. Сила - це фізична векторна величина, що є мірою дії на деяке тіло інших тіл (або полів), яка може викликати прискорення і деформацію тіла. 

За одиницю сили в СІ взято таку силу, яка тілу масою 1 кг надає прискорення 1 м/с2. Цю одиницю сили позначають 1 Н і називають ньютоном

Другий закон Ньютона: в ІСВ прискорення тіла (матеріальної точки) напрямлене вздовж напряму дії сили, пропорційне її модулю і обернено пропорційне масі тіла.

Третій закон Ньютона: тіла взаємодіють одне з одним із силами, однаковими за модулем і протилежними за напрямом та напрямленими вздовж однієї прямої.



Кожна із сил взаємодії прикладена до того тіла, на яке вона діє, тобто ці сили прикладені до різних тіл. 



Ці сили називають силами взаємодії. Вони напрямлені вздовж однієї прямої і прикладені до різних тіл. 

Між законами Ньютона існує взаємний зв'язок: вони виконуються лише в інерціальних системах відліку.

5. Гравітаційні сили. …  

Між фізичними тілами діє сила взаємного притягання. Такі явища, як падіння тіл на Землю, рух Місяця навколо Землі, планет навколо Сонця і інші, відбуваються під дією сил всесвітнього притягання, які називають гравітаційними.

Закон, який характеризує сили притягання, уперше сформулював Ньютон. Це закон всесвітнього тяжіння: будь-які дві матеріальні точки притягуються одна до одної із силою, прямо пропорційною добутку їх мас і обернено пропорційною квадрату відстані між ними:



де m1 і m2 - маси матеріальних точок; r - відстань між ними; G - гравітаційна стала, яка має значення G = 6,67·10-11 Н·м2 /кг2. Отже, два тіла масою 1 кг кожне, що знаходяться одна від одної на відстані 1 м, взаємно притягуються гравітаційною силою, що дорівнює 6,67·10-11 Н.

Закон всесвітнього тяжіння справедливий лише для матеріальних точок. 

Силу, з якою тіло притягується до Землі під дією поля тяжіння Землі, називають силою тяжіння. Ця сила надає тілу прискорення вільного падіння:

.   .

Під дією сили земного тяжіння спостерігають вільне падіння - це рух тіл у вакуумі під дією однієї сили - сили тяжіння

Основні формули для вільного падіння без початкової швидкості:



Основні формули для тіла, яке у початковий момент мало вертикально напрямлену швидкість : ; (знак " - " для тіла, кинутого вертикально вгору, знак " + " для тіла, кинутого вертикально вниз).

Вага тіла - це сила, з якою тіло діє на горизонтальну опору чи розтягує підвіс, на якій його підвішено, внаслідок притягання Землі.

Вага тіла чисельно дорівнює силі тяжіння, якщо тіло знаходиться в спокої і відрізняється від неї лише точкою прикладання (вектор ваги тіла на відміну від сили тяжіння, що має гравітаційну природу, прикладено до опори чи підвісу, а силу тяжіння - до тіла). Під час руху тіла (людини в ліфті) із прискоренням вага тіла буде дорівнювати: прискорення напрямлене вниз - , вгору - :



У стані, коли тіло не тисне на опору і не розтягує підвіс (вага тіла дорівнює 0), воно перебуває в стані невагомості.

Збільшення ваги тіла, викликане його прискореним рухом, називають перевантаженням. Перевантаження, наприклад, зазнає пілот, що виводить літак з пікірування.

Швидкість, яку потрібно надати тілу для того, щоб воно стало штучним супутником Землі, називають першою космічною швидкістю. Розраховують її так . Якщо g = 9,81 м/с2 і R = 6,4·106 м, то біля поверхні Землі

 = 7,9 км/с

Швидкість, яку потрібно надати тілу, щоб воно, подолавши притягання планети, перетворилося в супутник Сонця, називають другою космічною. Для Землі друга космічна швидкість ;  = 11,2 км/с. 

6. Пружні сили.

Сили пружності є найбільш поширені і виникають у разі дотикання всіх тіл між собою. Силою пружності називають силу, яка виникає у разі деформації тіл під час їх взаємодії. 

  1   2   3   4   5   6   7

скачати

© Усі права захищені
написати до нас