Теоретичні відомості. Контрольні запитання та завдання

ВИВЧЕННЯ ЗАКОНІВ ПОСТУПАЛЬНОГО РУХУ

Контрольні запитання та завдання

1. Як формулюється двочленний закон тертя?

2. Як впливають жорсткість та змащення поверхні на коефіцієнт тертя ковзання?

3. Чи може виникнути тертя кочення у випадку абсолютно твердих тіл?

4. Чому коефіцієнт кочення має лінійну розмірність?

5. Поясніть, чому тертя ковзання супроводжується нагріванням тіл, а тертя спокою ні.

6. Які основні джерела похибок при вимірюванні коефіцієнтів тертя?

Лабораторна робота 1-04

Мета роботи:

1. Повторити основні поняття та закони механіки поступального руху.

2. Дослідити виконання законів механіки поступального руху.

3. Вивчити закон збереження механічної енергії.

Прилади та матеріали:

1. прилад ПДЗМ;

2. фото датчик;

3. динамометр;

4. секундомір;

5. нагнітач повітря;

6. джерело живлення.

Механіка представляє собою вчення про прості форми руху матерії, які виникають при переміщенні тіл або їх частин одна відносно іншої. Кінематика − розділ механіки, який вивчає закономірності відносного руху в просторі не залежно від факторів, що спричинюють або змінюють цей рух.

Основними поняттями в кінематиці являються шлях (S), швидкість (v) та прискорення ().

Якщо за будь-які рівні проміжки часу тіло проходить однаковий шлях – такий рух називається рівномірним. Швидкість, у цьому випадку являється постійною величиною та не залежить від часу. А величина шляху визначається за формулою:

. (4.1)

Якщо вектор швидкості залежить від часу, тобто , тоді за однакові проміжки часу тіло проходить різні проміжки шляху. Такий рух називається нерівномірним.

Нерівномірний рух, за якого зміна швидкості за рівні проміжки часу являється постійною величиною, називають рівнозмінним. Відношення

(4.2)

являється прискоренням руху.

Нехай тіло пройшло шлях за час , тоді можна вважати, що на даній ділянці тіло рухається з середньою швидкістю

. (4.3)

Якщо вибрати нескінченно малим, то і приріст радіус-вектора, який визначає положення тіла на траєкторії, буде малим, за таких умов величина рівна

(4.4)

називається миттєвою швидкістю. Миттєве прискорення при нерівномірному русі буде визначатися як

. (4.5)

Механічну взаємодію тіл в кінцевому результаті можна охарактеризувати єдиним фактором − силою. Поняття сили належить до числа первинних понять фізики та формального визначення не має. Повсякденний дослід показує, що сила здатна змінювати рух тіл.

Механічний рух тіл у зв’язку з утворюючою або змінюючою цей рух взаємодією тіл вивчає динаміка.

Основними законами динаміки є: закони Ньютона; закон збереження імпульсу; закон збереження та перетворення механічної енергії потенціального (консервативного) поля сил.

Закон збереження імпульсу для замкнутої системи є слідством II-го та III-го законів Ньютона та записується у такому вигляді

(4.6)

де – імпульс і-тої складової замкнутої системи.

Взаємодія тіл може бути короткочасною, наприклад, зіткнення (удар) двох тіл, що рухаються. При цьому абсолютно пружнім ударом називається удар, після якого деформація тіл повністю зникає, а механічна енергія не перетворюється в інші види енергії. У цьому випадку виконується і закон збереження імпульсу (4.6).

Абсолютно непружним називається удар, за якого деформація тіл після удару не зникає, а тіла продовжують взаємний рух. При цьому частина енергії переходить у внутрішню енергію тіла, пов`язану з їх деформацією, а механічна енергія не зберігається.

Швидкість руху тіл масами та після такого удару, визначається співвідношенням

. (4.7)

У динаміці поступального руху розрізняють два види механічної енергії − кінетичну та потенціальну. Кінетична енергія пов`язана зі швидкістю руху тіла співвідношенням

. (4.8)

Зміна кінетичної енергії тіла відбувається за здійснення роботи А силами, що викликають чи змінюють характер руху тіла

. (4.9)

Але, не тільки рухоме тіло здатне здійснювати роботу. Можливість тіла здійснювати роботу може бути пов`язана з його положенням в силовому полі, в кожній точці якого на тіло діє цілком визначена сила. Енергія, яку при цьому має тіло, називається потенціальною.

Роботу вважають додатною (А >0), якщо вона здійснюється над тілом; якщо ж тіло здійснює роботу, тоді − від`ємною(А <0).

Закон збереження та перетворення механічної енергії для замкнутої системи в потенціальному полі сил, має вигляд

, (4.10)

де – потенціальна енергія; – кінетична енергія; – повна механічна енергія.

Зручним для вивчення та демонстрації основних законів кінематики та динаміки поступального руху являється обладнання, в основу якого покладено принцип руху тіл на повітряній подушці. Новітні досягнення техніки дозволили здійснити даний принцип для тіл великої маси. Катера-амфібії можуть також легко рухатися на суходолі, як і на воді. При цьому сили тертя, що виникають під час руху, обумовлюються тільки тертям поверхні тіла об повітря. У випадку тіл малих розмірів сили тертя за такого руху практично відсутні.

Таким чином, при вивчені руху тіла на повітряній подушці силами тертя можна знехтувати. Це важливо при вивчені законів механіки, оскільки сили тертя не являються консервативними.

Дата добавления: 2014-12-27