Взаимодействие тел. Определение и виды

Механическое движение Относительность движения, Система отсчета, Материальная точка, Траектория. Путь и перемещение. Мгновенная скорость. Ускорение. Равномерное и равноускоренное движение

Механическим движением называют измене­ние положения тела (или его частей) относительно других тел. Например, человек, едущий на эскалато­ре в метро, находится в покое относительно самого эскалатора и перемещается относительно стен тунне­ля; тело, относительно которого рассматривается движение, его называюттелом отсчета. Система ко­ординат, тело отсчета, с которым она связана, и вы­бранный способ измерения времени образуютси­стему отсчета. размерами тела по сравнению с расстоянием до него можно пренебречь, в этих случаях тело считают материальной точкой, Линию, вдоль которой движется материальная точка, называют траекторией. Длина части траектории между начальным и конечным положением точки называют путем (L). Единица измерения пути - 1м.

Механическое движение характеризуется тре­мя физическими величинами: перемещением, ско­ростью и ускорением.

Направленный отрезок прямой, проведенный из начального положения движущейся точки в ее конечное положение, называетсяперемещением (s), Перемещение - величина векторная Единица изме­рения перемещения-1м.

Скорость - векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения тела, чис­ленно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величине этого промежутка. Определяющая формула скорости имеет вид v = s/t. Единица изме­рения скорости - м/с. На практике используют еди­ницу измерения скорости км/ч (36 км/ч = 10 м/с). Измеряют скорость спидометром.

Ускорение - векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости, численно равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это измене­ние произошло. ускорение можно рассчитать по формуле а = (v – v 0)/t. Единица измерения ускорения - м/с 2 .

Характеристики механического движения свя­заны между собой основными кинематическими уравнениями.

s = v 0 t + at 2 / 2;

v = v 0 + at.

Движение, при котором скорость тела не ме­няется, т. е. тело за любые равные промежутки вре­мени перемещается на одну и ту же величину, назы­ваютравномерным прямолинейным движением.

скорость изменяется одинаково за любые равные промежутки времени. Этот вид движения называютравноуско­ренным.

При торможении автомобиля скорость умень­шается одинаково за любые равные промежутки вре­мени, Такое движение называют равнозамедленным.

Все физические величины, характеризующие движение тела (скорость, ускорение, перемещение), а также вид траектории, могут изменяться при пере­ходе из одной системы к другой, т. е. характер дви­жения зависит от выбора системы отсчета, в этом и проявляется относительность движения.

Билет №2

Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона

коли­чественной характеристикой взаимодействия является сила. Сила - причина ускорения тел по отношению к инерциальной системе отсчета или их деформации. Сила - это векторная физическая величина, являющаяся мерой ускорения, приобретаемого телами при взаимо­действии. Сила характеризуется: а) модулем; б) точ­кой приложения; в) направлением.

Единица измерения силы - ньютон. 1 нью­тон - это сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с в направлении действия этой силы, если другие тела на него не действуют. Равнодей­ствующей нескольких сил называют силу, действие которой эквивалентно действию тех сил, которые она заменяет. Равнодействующая является векторной суммой всех сил, приложенных к телу.

R=F1+F2+...+Fn,.

На основании опытных данных были сформу­лированы законы Ньютона. Второй закон Ньютона. Ускорение, с которым движется тело, прямо про­порционально равнодействующей всех сил, дей­ствующих на тело, обратно пропорционально его массе и направлено так же, как и равнодействую­щая сила: а = F/m.

Для решения задач закон часто записывают в виде: F = та.

Третий закон является обобщением и звучит так: Тела действуют друг на друга с силами рвными по модулю и противоположными по направлению.

Первый закон: существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действие других тел компенсирутся).

В ходе этого урока вы более подробно познакомитесь со взаимодействием тел, узнаете о таком свойстве тел как инертность и о физической величине, которая количественно описывает инертность тел, или, как принято говорить, является мерой инертности - о массе.

Тема: Взаимодействие тел

Урок: Взаимодействие тел. Масса

На прошлом занятии мы уяснили, что изменить скорость тела можно, только подействовав на него другим телом. Но ведь если одно тело действует на другое, то при этом другое тело обязательно действует на первое. Мы говорим, что происходит взаимодействие тел. То есть это действие, которое взаимно.

Поскольку тела могут только взаимо действовать, то в ходе взаимодействия обязательно будут изменяться скорости обоих тел.

Представим себе два движущихся навстречу друг другу шарика: шарик для настольного тенниса и примерно такой же по размеру стальной шарик.

Рис. 1. Столкновение - пример взаимодействия тел

При столкновении этих шариков (то есть во время их взаимодействия) скорость стального шарика изменится едва заметно, а скорость шарика для настольного тенниса изменится значительно (она даже изменит направление). Физики говорят, что стальной шарик обладает большей инертностью по сравнению с теннисным шариком.

Инертность - это свойство тела, состоящее в том, что для изменения его скорости требуется некоторое время.

Поскольку в рассмотренном примере шарики действовали друг на друга одинаковое время, а скорость стального шарика изменилась меньше, это означает, что его инертность больше, чем инертность теннисного шарика.

Усложним рассмотренный выше опыт. Разместим между двумя неподвижными шариками сжатую пружинку, перевязанную ниткой, которая не дает пружинке распрямиться. Аккуратно пережжем нить. Пружинка начнет распрямляться, упираясь своими концами в шарики. Можно сказать, шарики начнут взаимодействовать посредством пружинки и в результате этого взаимодействия приобретут некоторые скорости.

Допустим, например, что стальной шарик приобрел скорость 2 см/с, а теннисный - 1 м/с. То есть скорость стального шарика изменилась в 50 раз меньше, чем скорость теннисного шарика. Можно сказать, что инертность стального шарика в 50 раз больше, чем инертность теннисного. Значит, инертности тел можно сравнивать!

Масса тела - это физическая величина, которая является мерой инертности тела.

Чем больше масса тела, тем больше его инертность. В нашем примере масса стального шарика в 50 раз больше массы шарика для настольного тенниса.

Любое тело - человек, стол, планета Земля, капля воды - обладают массой.

В самом начале курса физики мы говорили, что измерение - это сравнение физической величины с однородной величиной, принятой за единицу. Значит, теперь необходимо установить единицу измерения массы и указать, масса какого тела равняется этой единице (выбрать эталон массы).

Масса в физике обозначается буквой m и в системе СИ измеряется в килограммах (кг):

Существуют и другие единицы массы: тонна (т), грамм (г), миллиграмм (мг).

1 т = 1000 кг; 1 г = 0,001 кг;

1 кг = 1000 г; 1 мг = 0,001 г;

1 кг = 1000000 мг; 1 мг = 0,000001 кг.

1 килограмм - это масса эталона. Международный эталон массы хранится во Франции в городе Севре, в Палате мер и весов.

Рис. 2. Место хранение Международного эталона килограмма

Эталон килограмма - это цилиндр из платино-иридиевого сплава. Его диаметр и высота составляют около 39 мм.

Рис. 3. Эталон килограмма

Рис. 4. Контейнер для хранения эталона килограмма

Копии эталона массы хранятся в 40 странах мира. Например, в России находится копия эталона - образец №12.

Процесс измерения массы называется взвешиванием, а прибор для измерения массы - весами. Изображение весов встречается еще со времен Древнего Египта.

Рис. 5. Египетские весы

Кстати, к правильному взвешиванию и аккуратному отношению к весам всегда относились очень серьезно. Например, в одной из древнерусских грамот XII века находятся такие строки:

«За неправильное пользование мерами и весами следует казнить близко смерти, а имущество делить на три части: часть Софийской церкви, часть Ивановской, а часть сотским и городу Новгороду».

Современные конструкции весов очень разнообразны. Например, автомобили, вагоны можно взвешивать на так называемых транспортных весах. Они позволяют измерять массу до 200 т.

Рис. 6. Транспортные весы

Тела, масса которых не превышает сотен грамм, но точность измерения должна быть очень высокой, взвешивают на аналитических весах. Такие весы позволяют проводить взвешивание с точностью до десятых долей миллиграмма.

Рис. 7. Аналитические весы

В школьных физических и химических кабинетах используют учебные весы. Верхний предел измерения таких весов составляет 200 г.

2. Единая коллекция Цифровых Образовательных Ресурсов ().

Домашнее задание

Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике для 7 - 9 классов № 205-213.

4.1. Взаимодействие тел – действие тел друг на друга, т.е. действие тел друг на дру­га всегда дву­сто­роннее действие.

Примеры:

Взаимодействие показано стрелками:

∙ куб действует на поверхность – поверх­ность на куб,

∙ шар на нить – нить на шар,

∙ сила тяги двигателя через колёса дейст­вует вперёд – сила трения дороги через колёса назад,

4.2. Следствием взаимодействия является – нарушение покоя тела, изменение его скорости или деформация, т.е. изменение формы тела.

Наглядный пример:

Вывод из опыта:

Чем масса тем инертнее тело

Тем изменяется скорость тела при взаимодействии, тем сильнее тело сопротивляется нарушению покоя и изменению скорости.

Пример из практической жизни:

+

При одинаковой силе воздействия труднее изменить скорость у массивного тела, т.е. у поезда.

4.3. Инертность физического тела – это свойст­во физ.тела сохранять покой или скорость.

Примеры: (см в 4.2.)

4.4. Масса тела – физическая величина, являю­щаяся мерой инертности тела: чем боль­­ше ма­сса тела, тем более инертно тело.

Единицы массы : 1кг (СИ) – равен массе меж­ду­народного прототипа килограмма, ко­торый получили сравнением с массой 1л во­ды при определённых условиях.

Замечание: прототип 1кг хранится в г.Севр вбли­зи г. Парижа, в международной пала­те мер и весов.

Внесистемные единицы массы:

1т = 1000кг = 10³кг,

1г = 0,001кг = 10¯³кг,

1мг = 0,000 001кг = 10¯⁶кг.

Примеры масс :

М с = 1,99 ∙ 10³° ­­ КГ,

m Э ­­­ = 9,11 ∙ 10¯³¹КГ.

Два способа изме­рить мас­су тела

4.5. Формула соотношения масс и скорос­тей при взаимодействии (рис в 4.2.):

M₁ − … m₂− … ₁ − … ₂ − …

4.6. Измерение массы тела с помощью вза­­и­­модействия двух тел, од­но из ко­то­рых имеет эталонную массу , т. е. из­­­­вест­ную массу:

Определение 1

Взаимодействие в физике - это воздействие частиц или тел друг на друга, приводящее к изменению состояния их движения.

Изменение состояния тел в пространстве

Несмотря на разнообразие воздействий тел друг на друга, в природе имеется лишь четыре типа фундаментальных воздействия:

• гравитационные;
• слабые взаимодействия;
• сильные взаимодействия;
• электромагнитные взаимодействия.

Любые изменения в природе происходят в результате взаимодействия между телами. Чтобы изменить положение вагона на рельсах, железнодорожники направляют к нему локомотив, который смещает вагон с места и приводит его в состояние движения. Парусник может длительное время стоять у берега, пока не подует попутный ветер, который подействует на его паруса. Колеса игрушечной машины могут вращаться с любой скоростью, но игрушка не изменит своего положения, если под нее не подложить дощечку или линейку. Форму или размер пружины можно изменить, лишь подвесив к ней грузило или потянув рукой за один из ее концов.

Все тела в природе действуют один на другого или непосредственно через физические поля. Если тепловоз действует на вагон и меняет его скорость, то скорость тепловоза при этом также меняется в результате обратного действия вагона. Солнце действует на Землю и тела, удерживая ее на орбите. Но и Земля притягивает Солнце, и в свою очередь меняет его траекторию. Итак, во всех случаях можно говорить лишь о взаимном действие тел - взаимодействие.

При взаимодействии меняются скорости тел или их частей. С другой стороны, взаимодействуя с разными телами, оно по-разному будет изменять свою скорость. Так, парусник может приобрести скорости из-за действия на него ветра. Но такого же результата можно достигнуть, включив двигатель, размещенный на паруснике. Его может сдвинуть с места и катер, действующий на парусник через трос. Чтобы не называть каждый раз все взаимодействующие тела, или тела, которые действуют на данное него, все эти действия объединяют одним понятие силы.

Что такое сила?

Сила, воспринимая его как физическое понятие может быть большей или меньшей, а также учитывая вызванные ею изменения в состоянии тела или его частей.

Определение 2

Сила – это физическая величина, которая характеризуется как действие одного тела на другое.

Действие тепловоза на вагон будет значительно интенсивней, чем действие нескольких грузчиков. Под действием тепловоза вагон быстрее сдвинется с места и начнет двигаться с большей скоростью, чем тогда, когда вагон будут толкать грузчики, которые чуть сместят вагон или вовсе не сдвинут с места.

Для того чтобы производить математические расчеты, силу обозначают латинской буквой $F$.

Как и все остальные физические величины, сила имеет определенные единицы. В наши дни наука пользуется единицей, которая называется ньютоном ($H$). Она получила такое название в честь ученого Исаака Ньютона, который внес значительный вклад в развитие физической и математической науки.

И. Ньютон - выдающийся английский ученый, основатель классической физики. Его научные работы касаются механики, оптики, астрономии и математики. Он сформулировал законы классической механики, открыл дисперсии света, разработал дифференциальный и интегральное исчисления и т.д.

Измерение силы

Для измерения силы применяют специальные приборы, которые называются динамометрами. Стоит отметить, что указать числовое значение силы не всегда достаточно для определения данных ее действия. Нужно знать точку ее приложения и направление действия.

Если высокий брусок, что стоит на столе, толкать в нижней части, то он будет скользить на поверхности стола. Если же к нему прилагать силу в верхней его части, то он просто опрокинется.

Понятно, что направление падения бруска зависит от того, в каком направлении будем его толкать. Итак, сила это также направление. От направления силы зависит изменение скорости тела, на которые эта сила действует.

Пользуясь графическом методом, можно проводить различные математические операции с силами. Так, если в одной точке на теле прилагаемые силы $2H$ и $CH$ действуют в одном направлении, то их действие можно заменить одной силой, которая работает в том же направлении, а ее значение равняется сумме значений каждой из сил. Вектор этой силы имеет длину, которая равняется сумме длин обоих векторов.

Равнодействующая сила - это сила, действие которой одинаково действует на нескольких сил, приложенных к телу в определенной точке.

Возможен иной случай, когда силы прилагаемые в одной точке тела, действуют в противоположных напрямую. В таком случае их можно заменить одной силой, движущейся в направлении большей силы, а ее значение равняется разности значений каждой силы. Длина вектора этой силы равняется разницей длины векторов прилагаемых сил.

Инерция - это явление сохранения телами постоянной скорости, когда на них не действуют другие тела. Состоит данное явление в том, что для изменения скорости тела требуется определенное время. Инерцию нельзя измерить, ее можно только наблюдать, или воспроизвести.

Заметим, что в земных условиях нельзя создать обстоятельства, при которых на тело не действуют силы, ведь всегда существует земное притяжение, сила сопротивления двигательные и тому подобное. Явление инерции открыл известный ученый Галилео Галилей.Стоит отметить, что для прямого измерения массы применяют различные весы. Среди них самые распространенные и самые простые - рычажные. На этих весах сравнивают взаимодействие с Землей тела и эталонных гирь, возложенных на чашу весов. На практике применяют и другие весы, которые приспособлены к различным условиям работы и имеют разные конструкции. В данном случае, точность измерения массы имеет большое значение.