Мир школьной физики: Разработки тем курса физики

В этом разделе будут приводиться разработки уроков по разным темам курса школьной физики. Можно готовиться к урокам, повторять материал, учиться решать задачи и все, что нужно на уроках. Работа долгая и кропотливая. Но вместе будем идти к цели. Вопросы по темам можно задавать в комментариях

Кинематика
-первоначальные сведения о движении

Основные понятия кинематики

Движение тела может быть описано полностью, если найден метод определения положения движущегося тела в пространстве в любой момент времени. Выясним, что требуется для полного кинематического описания движения тела.

Прежде всего надо указать тело отсчета, т. е. тело, относительно которого рассматривается изменение положения движущегося тела. Наблюдения показывают (см. § 3), что описание движения (и в частности, ответы на вопросы: движется тело или нет, каковы направление и скорость движения и т. д.) зависит от выбора тела отсчета.

Затем необходимо выбрать способ определения положения движущегося тела относительно тела отчета. При этом, так как тела имеют пространственную протяженность, т. е. определенные размеры, возникает вопрос, когда можно сразу определять положение всего тела, не вдаваясь в то, каким образом движутся его отдельные части?

В случае, когда все точки тела движутся одинаково, для описания движения тела достаточно описать движение какой-либо одной из его точек. Примером такого движения являетсяпоступательное движение. Поступательным называют такое движение, при котором любая прямая, проведенная в теле, перемещается параллельно самой себе.

Нет необходимости описывать движение каждой точки тела и в тех случаях, когда размеры тела можно не учитывать (например, ввиду их малости по сравнению с расстояниями до других тел). Тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь, считая при этом, что вся его масса сосредоточена в одной точке, называют материальной точкой. Очевидно, что при одних условиях данное тело может считаться материальной точкой, а при других - не может.

В дальнейшем при изучении механических движений (если не будет сделано специальных оговорок), говоря о теле, мы всегда будем иметь в виду материальную точку.

Линию, по которой движется материальная точка в пространстве, называют траекторией ее движения. Иными словами, траекторией движения называют совокупность всех последовательных положений, занимаемых материальной точкой при ее движении в пространстве.

Для того чтобы установить положение движущейся материальной точки относительно тела отчета, с ним связывают начало прямоугольной (декартовой) системы координат или точку приложения радиуса-вектора r (рис. 1). Тогда совокупность трех координат х, у, z (или радиус-вектор r) однозначно определяет положение материальной точки в пространстве.

Тело отсчета, связанная с ним координатная система и прибор для измерения времени (часы) образуютсистему отсчета.

Пусть материальная точка движется из начальной точки М1 траектории в конечную точку M₂по дуге М₁М₂ (см. рис. 1). Координаты начальной точки х₁, у₁, z₁. Расстояние, пройденное материальной точкой по ее траектории, т. е. длину дуги |M₁M₂|=Ds; называют длиной пройденного пути.

Проведем из точки M₁ в точку M₂ направленный отрезок Dr. Вектор Dr, соединяющий начальное положение движущейся материальной точки с каким-либо последующим ее положением, называют перемещением материальной точки. Как видно из рис.1, длина пути и перемещение - разные понятия. Длина пути совпадает с перемещением только в том случае, если материальная точка движется по прямой в одну сторону.

Проведя из начала координат в точку М₁ радиус-вектор r₁, а в точку M₂ радиус-вектор r₂, мы увидим, что вектор перемещения Dr равен разности векторов r₂ и r₁, т.е. Dr=r₂-r₁.

Кинематический закон движения

Пусть нам известны система отсчета, начальная точка движения тела и траектория его движения. В этом случае для того, чтобы полностью описать движение тела, необходимо найти способ определения его положения на траектории в любой момент времени, т. е. установить кинематический закон движения тела.

Если положение материальной точки в пространстве задается ее координатами, для описания движения необходимо найти их зависимость от времени, т. е. аналитический вид функции x(t), y(t) и z(t).

Если положение материальной точки задается с помощью радиуса-вектора, для описания ее движения необходимо найти зависимость этого радиуса-вектора от времени, т. е. аналитический вид функции r(t), или же зависимость от времени вектора перемещения этой материальной точки Dr(t).

Кинематический закон движения может быть выражен в трех формах: аналитически (в виде формулы, представляющей собой уравнение данного движения, из которого видно, как изменяются в течение времени координаты тела, его радиус-вектор или же вектор перемещения), таблично (таблицу составляют на основе формулы) и графически.

Таким образом, движение тела (материальной точки) может быть полностью описано кинематически, если известны система отсчета, начальное положение движущегося тела и его перемещение в любой момент времени.

Основные формулы кинематики

Скорость