Пространство и время

ФИЗИКА

Комплект лекций

Методическое пособие

Манцерова Т.Ф.

для студентов

130201 - «Геофизические методы поисков разведки месторождений»

130303 - «Гидрология и инженерная геология»

130301 - «Геологическая съемка, поиски и разведка месторохдений полезных ископаемых»

130305 - «Геология и разведка нефтяных и газовых месторождений»

190604- «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»

150803 - «Техническое обслуживание и ремонт гидравлических машин, гидроприводов и

гидропневмоавтоматики»

130504 – «Бурение нефтяных и газовых скважин»;

280201 - «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

г. Старый Оскол, 2005 г

Методическое пособие для студентов

130201 - «Геофизические методы поисков разведки месторождений»

130303 - «Гидрология и инженерная геология»

130301 - «Геологическая съемка, поиски и разведка месторохдений полезных ископаемых»

130305 - «Геология и разведка нефтяных и газовых месторождений»

190604- «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»

150803 - «Техническое обслуживание и ремонт гидравлических машин, гидроприводов и

гидропневмоавтоматики»

130504 – «Бурение нефтяных и газовых скважин»;

280201 - «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» «Физика»

Автор: Т.П. Шевлякова

Рецензенты:

О.С. Кравцова – доцент кафедры физики СТИ МИСиС, кандидат технических наук.

Зубкова Г.Н. - преподаватель СОГРТ

Тема: Механическое движение. Относительность движения. Система отсчета. Элементы кинематики материальной точки.

1. Механическое движение.

а) Понятие механического движения.

Неотъемлемой формой существования вещества во Вселенной является движение. Оно характеризует изменения, происходящие в окружающем нас мире.

Кинематика изучает механическое движение тел, не рассматривая причины, которыми это движение вызывается.

Механическое движение-изменение пространственного положения тела относительно других тел с течением времени.

б) Материальная точка.

Для описания механического движения тела необходимо знать положение тела в пространстве в любой момент времени. Эта задача осложняется тем, что любое тело состоит из частей, занимающих различное положение в пространстве. Указать положение одной токи тела при его движении можно лишь в случае, когда размеры и форма несущественны.

Материальная точка-тело, обладающее массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь.

Указать положение материальной точки в реальном физическом пространстве можно лишь относительно положения других тел.

Тело отсчета - произвольно выбранное тело, относительно которого определяется положения других тел.

в) Траектория, путь перемещение.

Траектория- воображаемая линия, соединяющая положения материальной точки (тела) в ближайщие последовательные моменты времени.

Траектория представляет собой совокупность всех геометрических точек, в которых побывала материальная точка в процессе ее движения.

Траектория может быть прямолинейной и криволинейной.

Перемещение и путь – разные величины.

Перемещение - величина векторная.

Перемещение - вектор, проведенный из начального положения материальной точки в конечное.

Путь - величина скалярная.

Путь – длина участка траектории, пройденного материальной точкой за данный промежуток времени.

Обозначение: Перемещение - ; путь – l.

Единица измерения – метр(м).

2. Относительность движения. Система отсчета.

Движение относительно. Это означает, что перемещение, скорость и траектория движения различны относительно разных систем координат. Относителен и покой. Абсолютно покоящихся тел не существует: тело, покоящееся относительно одной системы координат. Может двигаться относительно каких-то иных систем. Материя существует только в движении.

Система отсчета – совокупность тела отсчета, связанной с ним системы координат и часов.

3. Виды механического движения в зависимости от формы траектории и скорости движения.

Механическое движение характеризуется перемещением, скоростью и ускорением.

Скорость (υ) – векторная физическая величина, характеризующая движение тела, численно равная отношению перемещения за малый промежуток к величине этого промежутка.

Определяющая формула скорости имеет вид . Единица скорости - . Она показывает,. Как быстро движется тело, т. е. в каком соотношении находится изменение места расположения тела и время, необходимое для этого изменения.

Ускорение – векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости, численно равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течении которого это изменение произошло. Если скорость изменяются одинаково в течение всего движения, то ускорение можно рассчитать по формуле . Единица измерения-.

Характеристики механического движения связаны между собой основными кинематическими уравнениями: ; .

а) Равномерное прямолинейное движение.

Равномерное прямолинейное движение – движение при котором тело перемещается с постоянной по модулю и направлению скоростью.

Кинематические уравнения будут иметь вид:, .

График.

б) Прямолинейное движение с постоянным ускорением

Равноускоренное прямолинейное движение – прямолинейное движение, при котором ускорение параллельно (соноправлено) скорости и постоянно по модулю: , .

Кинематические уравнения выглядят так: , .

- перемещение тала.

График.

Равнозамедленное прямолинейное движение –прямолинейное движение, при котором ускорение антипараллельно (противоположно направлено) скорости и постоянно по модулю: , .

Кинематические уравнения выглядят так: , .

- перемещение тала.

б) Равнопеременное прямолинейное движение – движение с постоянным по модулю и направлению ускорением: .

Кинематические уравнения выглядят так: , , где индекс х означает проекцию данных векторных величин на ось Х, а индекс у проекцию на ось У

График.

Свободное падение тел без начальной скорости.

, , , , .

График.

Криволинейное баллистическое движение – результат сложения двух прямолинейных движений: равномерного движения по горизонтальной оси и равнопеременного движения по вертикальной оси. Баллистической кривой в отсутствии сопротивления воздуха является парабола. В верхней точке траектории вертикальная компонента скорости равна нулю.

График.

Периодическое движение – движение, повторяющееся через промежутки времени (движение по окружности).

График.

Вопросы для самопроверки:

1. Что изучает кинематика?

2. Что характеризует движение?

3. Какое движение называется механическим?

4. Какое тело можно считать материальной точкой?

5. Что такое тело отсчета?

6. Что такое система отсчета?

7. Что такое траектория?

8. Что такое путь? Обозначение, единицы измерения.

9. Что такое перемещение? Обозначение, единицы измерения.

10. При каком движении путь, пройденный точкой, равен модулю перемещения?

11. Почему движение относительно?

12. Что такое скорость? Обозначение, единицы измерения.

13. Что такое ускорение? Обозначение, единицы измерения.

14. Какие виды механического движения вы знаете?

15. Какими физическими величинами характеризуется механическое движение?

16. Как связаны между собой характеристики механического движения в кинематике?

17. Что такое равномерное прямолинейное движение? Его кинематическое уравнение, график.

18. Что такое равномерное равноускоренное прямолинейное движение? Его кинематическое уравнение, график.

19. Что такое равномерное равнозамедленное прямолинейное движение? Его кинематическое уравнение, график.

20. Что такое равномерное равнопеременное прямолинейное движение? Его кинематическое уравнение, график.

21. Что такое криволинейное баллистическое движение? Его кинематическое уравнение, график.

22. Что такое периодическое движение? Его кинематическое уравнение, график.

Тема: Преобразования координат Галилея. Классический закон сложения скоростей.

1. Преобразования координат Галилея. Классический закон сложения скоростей.

Преобразования координат Галилея – уравнения классической физики по преобразованию координат пространства и времени для одного тела, совершаемому при переходе от одной инерционной системы отсчета к другой.

Инерционная система отсчета- система отсчета, в которой тело, не взаимодействующее с другими телами, сохраняет состояние покоя или равнопеременного прямолинейного движения.

Как связаны между собой координаты и скорость тела в различных инерциальных системах отсчета?

Допустим, что инерциальная система движется со скоростью вдоль оси Ох относительно другой инерционной системы К. для простоты положим, что оси координат систем К и в начальный момент времени совпадали. Материальная точка М покоится относительно системы К. ее положение в системе К характеризуется радиусом-вектором или координатами . Относительно системы эта точка движется и ее положение в системе характеризуется радиусом-вектором или координатами . Время в обеих инерционных системах отсчета К и течет одинаково, часы синхронизированы, т. е. .

Связь меду радиусами-векторами и одной и той же точки М в системах К и имеет вид .

Это соотношение можно записать для каждой из декартовых координат. С учетом того, что , получим; ,, , - уравнения преобразования координат Галилея.

Из уравнения преобразования Галилея, получим классический закон сложения скоростей: , где - скорость движения точки М в системе , u - скорость движения точки М в системе К, - скорость движения

системы относительно системы К.

Тема: Механический принцип относительности. Скорость света. Постулаты Эйнштейна.

Абсолютного пространства и времени не существует. Вселенная наполнена материей в форме вещества и поля, а пространство выступает как всеобщее свойство материи. Время всегда связано с движением и развитием материи.

Пространство – это форма бытия материи, которая выражает ее протяженность и структурность.

Время – это форма бытия материи, характеризующая длительность существования всех объектов, полей и последовательность перемены событий.

Свойства пространства и времени:

а) Единство и неразрывная связь материи, пространства и времени;

б) Абсолютная непрерывность и относительная прерывность пространства и времени;

в) Трехмерность евклидова пространства;

г) Время обладает длительностью, одионаправленностью, необратимостью;

2. Механический принцип относительности.

В классической механике справедлив механический принцип относительности: законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.

Это означает, что в разных инерциальных системах отсчета все механические процессы при одних и тех же условиях протекают одинаково.

Механический принцип относительности свидетельствует о том, что в механике все инерциальные системы отсчета совершенно равноправны. Среди них нельзя указать какую-то особую, «главную» систему отсчета, движение тел относительно которой можно было бы рассматривать как их «абсолютное движение».

Дата добавления: 2014-01-07