Механическое движение

10

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ

Механическим движением тела называется изменение с течением времени его положения в пространстве по отношению к другим телам.

Тела, относительно которых рассматривается данное движение, называют телами отсчета. Выбор тела отсчета при изучении данного движения в кинематике может быть сделан произвольно, но от этого выбора зависит удобство или неудобство решения конкретной задачи. Совокупность тела отсчета и связанной с ним системы координат и часов называется системой отсчета. Таким образом, решение любой задачи кинематики необходимо начинать с выбора удобной для описания механического движения системы отсчета. Движение рассматриваемого тела считается заданным, если известны уравнения (или графики, или таблицы), позволяющие определить положение этого тела в выбранной системе отсчета в любой момент времени.

При движении тела каждая его точка описывает в пространстве некоторую воображаемую линию -- траекторию движения. В некоторых случаях траекторию движения можно наблюдать непосредственно: проводя мелом по доске, мы оставляем на ней след -- траекторию движения кончика мела. Дождевая капля оставляет след своего движения на оконном стекле, траекторию движения самолета можно увидеть на фоне голубого неба.

Траектория движения самолета при развороте

Траектория движения автомобиля во время аварии

Движения тел могут различаться между собой по виду траектории. Если траектория -- прямая линия, то движение называют прямолинейным, если нет - криволинейным.

2. КРИВОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ

Траекторию криволинейного движения чаще всего можно представить как совокупность отрезков дуг окружностей разного радиуса.

Криволинейное движение - это всегда движение с ускорением под действием силы, при этом вектор скорости непрерывно меняется по направлению.

Условие криволинейного движения: вектор скорости тела и действующей на него силы направлены вдоль пересекающихся прямых.

В то время, как при прямолинейном движении, вектора скорости и силы сонаправлены.

Так как движение относительно, то траектория движения тела зависит от выбора системы отсчета. Например, в безветренную погоду струи дождя представляются вертикальными, если за ними следить из окна стоящего вагона: капли оставляют на оконных стеклах вертикальные следы. Но если поезд тронулся, то по отношению к идущему вагону струи дождя представятся косыми: дождевые капли будут оставлять на стеклах наклонные следы, причем наклон будет тем больше, чем больше скорость поезда

3. ДВИЖЕНИЕ ТЕЛА ПО ОКРУЖНОСТИ

Различают:

- криволинейное движение с постоянной по модулю скоростью; - движение с ускорением, т.к. скорость меняет направление.

Центростремительное ускорение - ускорение, с которым тело движется по окружности с постоянной по модулю скоростью, всегда направлено вдоль радиуса окружности к центру.

Центростремительная сила - сила, действующая на тело при криволинейном движении в любой момент времени, всегда направлена вдоль радиуса окружности к центру ( как и центростремительное ускорение)

4. СИЛЫ В ПРИРОДЕ

В окружающем нас мире бесчисленное количество тел, которые взаимодействуют друг с другом. Но, несмотря на многообразие сил, принято выделять несколько их видов.

Силой упругости называют силу, которая возникает в теле при изменении его формы или размеров. Это происходит, если тело сжимают, растягивают, изгибают или скручивают. Например, сила упругости, возникшая в пружине, действует на кирпич. Она возникла в результате сжатия пружины.

Сила упругости всегда направлена противоположно той силе, которая вызвала изменение формы или размеров тела. В нашем примере упавший кирпич сжал пружину, то есть подействовал на нее с силой, направленной вниз. В результате в пружине возникла сила упругости, направленная в противоположную сторону, то есть вверх.

Силой тяготения называют силу, с которой все тела в мире притягиваются друг к другу. Разновидностью силы тяготения является сила тяжести - сила, с которой тело, находящееся вблизи какой-либо планеты, притягивается к ней. Например, ракета, стоящая на Марсе, притягивается к нему - на ракету действует сила тяжести.

Сила тяжести всегда направлена к центру планеты. На рисунке показано, что Земля притягивает мальчика и мяч с силами, направленными вниз, то есть к центру планеты. Как видите, направление “вниз” различно для различных мест на Земле. Это будет справедливо и для других планет и космических тел.

Силой трения называют силу, препятствующую проскальзыванию одного тела по поверхности другого. Рассмотрим рисунок. Резкое торможение автомобиля сопровождается “визгом тормозов”. Он возникает из-за проскальзывания шин по поверхности асфальта. При этом между колесом и дорогой действует сила трения, препятствующая такому проскальзыванию.

Сила трения всегда направлена противоположно направлению проскальзывания рассматриваемого тела по поверхности другого. Например, при резком торможении автомобиля его колеса проскальзывают вперед, значит, действующая на них сила трения о дорогу направлена в противоположную сторону, то есть назад.

Выталкивающей силой (или силой Архимеда) называют силу, с которой жидкость или газ действуют на погруженное в них тело. Вода в пруду действует на пузырьки воздуха - выталкивает их на поверхность. Вода также действует на рыбу и камни - подталкивает их вверх, уменьшая их вес (силу, с которой камни давят на дно пруда). Архимедова сила обычно направлена вверх, противоположно силе тяжести.

5. ЗАКОНЫ НЬЮТОНА

Первый закон Ньютона. Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действия других тел компенсируются). Этот закон часто называется законом инерции, поскольку движение с постоянной скоростью при компенсации внешних воздействий на тело называется инерцией. Второй закон Ньютона. Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение -- ускорение прямо пропорционально действующей (или равнодействующей) силе и обратно пропорционально массе тела.

Третий закон Ньютона. Из опытов по взаимодействию тел следует , из второго закона Ньютона

ПОЭТОМУ . Силы взаимодействия между телами направлены по одной прямой, равны по величине, противоположны по направлению, приложены к разным телам (поэтому не могут уравновешиватъ друг друга), всегда действуют парами и имеют одну и ту же природу.

движение криволинейный реактивный ньютон

Законы Ньютона позволяют объяснить закономерности движения планет, их естественных и искусственных спутников. Иначе, позволяют предсказывать траектории движения планет, рассчитывать траектории космических кораблей и их координаты в любые заданные моменты времени. В земных условиях они позволяют объяснить течение воды, движение многочисленных и разнообразных транспортных средств (движение автомобилей, кораблей, самолетов, ракет). Для всех этих движений, тел и сил справедливы законы Ньютона.

Закон сохранения импульса. Импульсом тела называется величина, равная произведению массы тела на его скорость.

Изменение импульса тела равно импульсу силы.

Закон сохранения импульса: Геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы.

Работа постоянной силы равна произведению модулей векторов силы и перемещения на косинус угла между этими векторами.

Кинетическая энергия равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости.

Кинетическая энергия - это физическая величина, характеризующая движущееся тело; изменение этой величины равно работе силы, приложенной к телу.

Величина mgh - это потенциальная энергия тела, поднятого на высоту h над нулевым уровнем.

Работа силы упругости равна изменению потенциальной энергии упругого деформированного тела ( пружины), взятому с противоположным знаком.

Потенциальная энергия деформированного тела равна работе силы упругости.

6. РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ

Под реактивным движением понимают движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно тела.

Отдача - движение ствола или орудия в целом под давлением пороховых газов на дно орудия или оружия. Отдача производит движение его в сторону, обратную выстрелу, и давит на опору оружия -- плечо стреляющего или лафет. Чем больше начальная скорость, масса снаряда и меньше масса орудия, тем отдача больше.

Рассчитаем, с какой скоростью движется оболочка ракеты. Запишем закон сохранения импульса для замкнутой системы двух тел: газа и оболочки.

Следовательно, чтобы увеличить скорость движения ракеты, нужно взять массу топлива во много раз больше массы полезного груза. Чтобы ракета стала искусственным спутником Земли, ей необходимо сообщить скорость 7,9 км/с. Для достижения такой скорости масса топлива должна превышать массу полезного груза в 55 раз. Это значит, что большую часть массы ракеты на старте, составляет масса топлива.

У двухступенчатой ракеты в центральной части находится вторая ступень, а вокруг неё расположены топливные баки и реактивные двигатели первой ступени. На старте начинают работать двигатели обеих ступеней. Когда запасы топлива в первой ступени заканчиваются, она отделяется. После выхода в космическое пространство обтекатель тоже сбрасывается, и автоматический спутник или пилотируемый корабль начинают самостоятельный полет. Для изменения направления и величины скорости космического корабля также используются миниатюрные реактивные двигатели. Ракеты на жидком топливе используют керосин и кислород как окислитель.

Размещено на Allbest.ru