5602

Кинематика. Механическое движение

Контрольная

Физика

Кинематика Механическим движением называется изменение положения предмета относительно заданной системы отсчета. Понятие системы отсчета включает в себя тело отсчета и систему координат. Для большинства задач нашего курса достаточно ограничиться пря...

Русский

2012-12-15

55.5 KB

4 чел.

Кинематика

Механическим движением называется изменение положения предмета относительно заданной системы отсчета. Понятие системы отсчета включает в себя тело отсчета и систему координат. Для большинства задач нашего курса достаточно ограничиться прямоугольной системой координат и выбрать в качестве тела отсчета Землю. Простейшим объектом для изучения механического движения может служить материальная точка-тело, размерами и формой которого в данных условиях можно пренебречь.

Y

                             

                      

                    A               l

у     rА              rB                  В

        х                              Х

Описание движения точки с помощью радиус-вектора.

Положение точки А описывается радиус - вектором rА, проведенным из начала координат в точку А. Если точка А движется, то кривая, соединяющая положения точки в последующие моменты времени t 1, t2 ...tn (где t1 t2.... tn), называется траекторией движения. При движении точки конец ее радиус-вектора перемещается вдоль траектории. Изменение радиус -  вектора с течением времени называется кинематическим законом движения: r = r ( t ). Координаты точки в этом случае также являются функциями времени: х = х(t), у = у(t) (см.рис.1)  и  z = z(t), которые можно рассматривать как параметрические уравнения движения. Если за время   t  точка переместилась из положения А в положение В (см.рис.1), то радиус - вектор l, проведенный из А в В, называется перемещением точки за время  t. Расстояние, пройденное по траектории, принято называть путем S.

Средняя скорость  v  за промежуток времени  t определяется как:

                                                           .                                                  

При уменьшении величины  t отношение (1-1) стремится к некоторому пределу, который принято называть скоростью материальной точки в данный момент времени:

                                                = ,                                        

поскольку из рис.1 следует, что  l =  r. Другими словами можно сказать, что скорость является первой производной радиуса-вектора по времени. Важно отметить, что S = , и первая производная пути по времени дает лишь абсолютное значение скорости:  =.

Как и любой вектор, вектор скорости можно представить в виде суммы составляющих по координатным осям:

                                                   v = ,                                     

Величина вектора скорости (его модуль)  как и величина любого вектора находится как корень квадратный из суммы квадратов соответствующих проекций:

                                                  .

Для характеристики быстроты изменения скорости вводится понятие ускорения. Ускорением в данный момент времени называется предел отношения приращения скорости к интервалу времени, за который произошло это приращение:

                                                   = v = .                                  (1- 9 )

Вектор ускорения можно также разложить по координатным осям:

                                                    а = а x i + a y j + a z k .                                       ( 1-10 )    

Модуль вектора ускорения равен:

                                                    

                     D

             vA                              B                      vB

                                               v

    A                 vn 

                      

                           E   vt  C                          

Рис.4. Нормальная и тангенциальная составляющие изменения скорости.

Пусть за время t точка переместилась из А в В, и за это время ее скорость изменилась от  vA до  vB . Для того, чтобы найти изменение v перенесем вектор vB в точку начала вектора vA. Тогда разность двух векторов  vB - vA

может быть представлена в виде вектора v = DC. В свою очередь, вектор v мо-
жно представить тоже как сумму двух составляющих
v = vn + vt , где вектор vt находится как разность АС-АЕ ( АЕ=АD, АС= vB ), т.е. как разность модулей векторов vB и vA. Вектор vn характеризует изменение направления вектора vA , т.к. vA = АЕ = АD. Треугольник DAE равнобедренный, поэтому при уменьшении интервала времени t до нуля (t0) угол DAE также стремится к 0, а АDЕ  900,
и
vn оказывается перпендикулярным направлению скорости. В то же время ясно,
что направление вектора
vt при t   0 приближается к направлению касательной в точке А. Поэтому

                                      .                                   (1- 14 )     

Первое из слагаемых в  (1- 14 ) называют нормальной составляющей ускорения или просто нормальным ускорением, а второе - тангенциальным. Таким образом           

                                                          ,                                            (1- 15 )   

                                                           .                                            (1- 16 )

Модуль полного ускорения определяется следующим выражением:

                                                        

                             vA

         vA                        v

                  l            vB             

    

Частным примером нормального ускорения служит центростремительное ускорение, возникающее при равномерном движении точки по окружности. Если за малый промежуток времени t точка успевает повернуться на угол  , то как видно из  рис.5,  между перемещением l , радиусом r , приращением  v  и
самой скоростью
v можно записать следующее соотношение:

                                 

Из этого соотношения приращение скорости v равно:
                                                                                 

деля выражение для приращения скорости на промежуток времени t, имеем:         
                                                 .                                       

Для случая вращательного движения полезными оказываются такие дополнительные кинематические характеристики как угловая скорость и угловое ускорение. Величина угловой скорости определяется как отношение угла , который описывает  радиус-вектор точки за время t, т.е.

                                                   .      

При этом угловой скорости приписывается определенное направление, которое определяется следующим образом: направление отсчета угла определяется направлением вращения, а направление определяется правилом правого буравчика - оно совпадает с движением оси буравчика, когда он вращается в направлении вращения материальной точки.

Вектор углового ускорения определяется через изменение угловой скорости вращения за время t. При этом направление совпадает с направлением , если за время t происходит увеличение скорости и направление противоположно вектору , если за время t угловая скорость уменьшается. Таким образом

                                                               .                                                    

При вращательном движении между линейной скоростью точки, направленной по касательной к окружности вращения существует определенная взаимосвязь. Действительно

                                           [ r  ] ,                             

где квадратные скобки обозначают векторное произведение двух векторов - и r.

                                         

                 


r

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20644. Термодинамическая картина мира (III). Стрела времени 53.5 KB
  Стрела времени 1. Стрела времени3. в принципе невозможно проследить в течение незначительного интервала времени за движением отдельной молекулы. Так же невозможно точно определить координаты и скорости всех молекул макроскопического тела одновременно в данный момент времени.
20645. Электромагнитная картина мира (ЭМКМ) 55 KB
  Теория электромагнитного поля Максвелла3. замечательно еще и тем что вместе с ним в науку вошло понятие поля. Силовой характеристикой электростатического поля является его напряженность. Силовой характеристикой магнитного поля является напряженность .
20646. Специальная теория относительности. Основные идеи общей теории относительности 56 KB
  Возникает вопрос: будут ли ИСО равноправны не только с точки зрения механики но и с точки зрения физики в целом Всегда ли верны представления классической механики и в частности преобразования Галилея Большой вклад в решение этого вопроса внесли исследования природы света и законов его распространения. были проведены довольно точные опыты по измерению скорости света. Сразу же возник вопрос: в какой системе отсчета В результате опытов Майкельсона было установлено что скорость света в вакууме во всех системах отсчета независимо от...
20647. Квантово-полевая картина мира (КПКМ) 60 KB
  Квантовополевая картина мира КПКМ 1. Основные понятия и принципы КПКМ Контрольные вопросыЛитература В основе современной КПКМ лежит новая физическая теория – квантовая механика описывающая состояние и движение микрообъектов. Основные понятия и принципы КПКМ Как и все предшествующие картины Мира КПКМ представляет собой процесс дальнейшего развития и углубления наших знаний о сущности физических явлений. Процесс становления и развития КПКМ продолжается и прошел уже ряд стадий в частности: 1 утверждение корпускулярноволновых...
20648. Философские воззрения Бердяева Н. А. 44.5 KB
  Бердяев Николай Алексеевич 1874 1948 философ представитель русского экзистенциализма социолог историк публицист. В своём творчестве Бердяев прошёл этапы увлечения социализмом ранние годы затем переход к позициям трансцендентального идеализма и критике марксизма и впоследствии погружение в идеи религиозной философии. По признанию самого Бердяева центральной темой для его творчества практически всегда являлась свобода рассмотрение которой присутствовало во многих его работах.
20649. Философские идеи русского космизма 53.5 KB
  Его волнует поиск смысла жизни не для отдельной личности а для всего общества. По мнению философа цель будущего человечества – воскрешение предков в душе и во плоти но отнюдь не для Страшного суда и последующей божественной вечной жизни а реальной жизни. Таким образом проект Фёдорова находит своё выражение во вселенском воскрешении человечества Говоря об исключительной ценности человеческой жизни в масштабах Земли и Вселенной о необходимости борьбы человечества со слепыми силами природы Фёдоров указывал и на смертоносность сил...
20650. Марксизм в России 40 KB
  Плеханов Георгий Валентинович 18561918 русский философмарксист сторонник революционных преобразований общества. Плеханов являлся ортодоксальным последователем учения Маркса и Энгельса о закономерностях развития общества. Но несмотря на сочувствие историческому материализму в марксизме Плеханов проявлял определённую творческую самостоятельность в размышлениях о социальных процессах. Плеханов предложил монистическое единое универсальное основание для любых форм хозяйственных и товарноденежных отношений социума географическую среду.
20651. Философский смысл проблемы бытия 63.5 KB
  Одна из первых по значению проблем философского исследования состоит в попытке дать ответ на такие онтологические вопросы как: что есть бытие существует ли оно и есть ли его противоположности попытка дать качественное определение категории бытие и рассмотреть его отношение с понятиями небытие и инобытие; где и когда оно существует проблемы пространства и времени; конечно ли всё сущее и есть ли его начало; как соотносятся между собой различные формы бытия как взаимосвязаны различные по степени конкретизации уровни форм бытия...
20652. Категория «материя» в философии 46 KB
  Рассматривая материю можно выделить ряд основных проблем формирующих предмет исследования данной категории: а вопрос о единстве материи б соотношение материи и идеального в диалектика материи то есть рассмотрение её через призму закона единства и борьбы противоположностей установка диалектических противоречий например исследование таких категорий как общее и специфическое целое и часть и т. Подобное ограниченное конкретновещественное понимание материи сохранялось как парадигма на протяжении многих столетий в философии...