Основы динамики. Законы сохранения

1.

ОБОБЩЕНИЕ ЗНАНИЙ
ПО ТЕМЕ
«ОСНОВЫ ДИНАМИКИ.
ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ»
Учитель физики Тихонова О.А.

2.

ВСПОМНИМ
• Динамика – раздел механики, который изучает
взаимодействия тел, причины возникновения
движения и тип возникающего движения.
• Взаимодействие – процесс, в ходе которого тела
оказывают взаимное действие друг на друга. В
физике все взаимодействия обязательно парные.
Это значит, что тела взаимодействуют друг с другом
парами. То есть всякое действие обязательно
порождает противодействие.

3.

Законы Ньютона
• Первый закон Ньютона (или закон инерции)
• Второй закон Ньютона – основной закон динамики
• Третий закон Ньютона

4.

Сила – это количественная мера интенсивности взаимодействия тел.
Сила является причиной изменения скорости тела целиком
или его частей (деформации).
Виды сил:
1. Сила тяжести. Приложена к центру масс тела и направлена вертикально вниз (или что
тоже самое: перпендикулярно линии горизонта).
2. Сила трения. Приложена к поверхности соприкосновения тела с опорой и направлена
по касательной к ней в сторону противоположную той, куда тянут, или пытаются тянуть
тело другие силы.
3. Сила вязкого трения (сила сопротивления среды). Возникает при движении тела в
жидкости или газе и направлена против скорости движения.
4. Сила реакции опоры. Действует на тело со стороны опоры и направлена
перпендикулярно опоре от нее. Когда тело опирается на угол, то сила реакции опоры
направлена перпендикулярно поверхности тела.
5. Сила натяжения нити. Направлена вдоль нити от тела.
6. Сила упругости. Возникает при деформации тела и направлена против деформации.
Обратите внимание и отметьте для себя очевидный факт: если тело
находится в покое, то равнодействующая сил равна нулю.

5.

Сила упругости
Деформацией называют любое изменение формы или размеров тела.
Упругими называют такие деформации, при которых тело полностью
восстанавливает свою форму после прекращения действия деформирующей
силы.
где: k – жесткость тела, х – величина растяжения (или сжатия,
другими словами: деформации тела), она равна модулю разности
между конечной и начальной длиной деформируемого тела.
В системе СИ жесткость измеряется в Н/м.
Утверждение о пропорциональности силы упругости и
деформации называют законом Гука.

6.

Вес тела
Весом тела называют силу, с которой тело действует на опору
или подвес. Вес – сила, которая, как и все силы, измеряется в
ньютонах (а не в килограммах), и обозначается P.
Увеличение веса тела, вызванное ускоренным
движением опоры или подвеса,
называют перегрузкой. Перегрузка рассчитывается
по формуле:
где: P – вес тела, испытывающего перегрузку, P0 – вес этого же
тела в состоянии покоя.
Перегрузка – безразмерная величина.

7.

Сила трения
Трение – один из видов взаимодействия тел. Оно возникает в области
соприкосновения двух тел при их относительном движении или попытке вызвать
такое движение. Трение, как и все другие виды взаимодействия, подчиняется
третьему закону Ньютона: если на одно из тел действует сила трения, то такая же
по модулю, но направленная в противоположную сторону сила действует и на
второе тело.
Сила трения покоя не может превышать некоторого
максимального значения, которое определяется по формуле:
где: μ – безразмерная величина, называемая коэффициентом трения покоя, а N – сила
реакции опоры.
Если внешняя сила больше максимального значения силы трения, возникает
относительное проскальзывание. Силу трения в этом случае называют силой
скольжения.
трения

8.

Закон всемирного тяготения.
Спутники
Все тела притягиваются друг к другу с силами, прямо пропорциональными их
массам и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними.
Закон всемирного тяготения в виде формулы выглядит
следующим образом:
Коэффициент пропорциональности G одинаков для всех тел в природе. Его
называют гравитационной постоянной. В системы СИ он равен:

9.

Одним из проявлений силы всемирного тяготения является сила тяжести. Так
принято называть силу притяжения тел к Земле или другой планете. Если M –
масса планеты, Rп – ее радиус, то ускорение свободного падения у
поверхности планеты:
Если же удалиться от поверхности Земли на некоторое расстояние h, то
ускорение свободного падения на этой высоте станет равно:

10.

Скорость спутника на орбите вблизи поверхности (на нулевой высоте над
поверхностью планеты) называют первой
космической
скоростью. Первая космическая скорость находится по формуле:
Для спутников, движущихся по круговым траекториям на значительном
удалении от планеты, гравитационное притяжение ослабевает обратно
пропорционально квадрату радиуса r траектории.
Скорость спутника в таком случае находится с помощью формулы:

11.

Прямолинейное и криволинейное движение.
Если скорость тела и действующая на него сила направлены вдоль одной
прямой, то тело движется прямолинейно.
Если скорость тела и действующая на него направлены вдоль пересекающихся прямых,
то тело движется криволинейно.

12.

Вращательное движение
Вращательное движение твердого тела – движение, при
котором все точки объекта описывают траекторию в виде
окружности.
При движении тела по окружности независимо от того, в какой плоскости
происходит движение, тело будет двигаться с центростремительным
ускорением, которое будет направлено к центру окружности, по которой
движется тело.

13.

Импульс тела
Импульс тела (количество движения) р – векторная физическая величина,
численно равная произведению массы тела на его скорость:
Единицы измерения в СИ:
Импульс механической системы равен геометрической сумме импульсов всех
тел системы.
Внимание! Вектор импульса тела всегда сонаправлен с вектором скорости
тела.
Внимание! Вектор импульса силы всегда сонаправлен с вектором силы.

14.

Закон сохранения импульса тела
Геометрическая (векторная) сумма импульсов взаимодействующих тел,
составляющих замкнутую систему, остаётся неизменной:
Система реальных тел может рассматриваться как замкнутая, если:
• действие на систему внешних тел пренебрежимо мало;
• действия на систему внешних тел скомпенсированы;
• рассматриваются изменения, происходящие в системе в течение такого
малого промежутка времени, что действие внешних тел не успевает
существенно изменить состояние системы.
Если система тел не замкнута, то изменение суммарного импульса системы
тел равно импульсу внешней результирующей силы:

15.

Закон сохранения энергии
•Энергией называют физическую величину, которая характеризует
способность тела или системы взаимодействующих тел
совершить работу.
•Единица энергии в СИ 1 Джоуль (Дж).
•Кинетическая энергия Ек тела массой m, движущегося со скоростью v,
определяется по формуле Ек
=mv2/2
•Потенциальная энергия поднятого груза Еп
= mgh.
Механической энергией тела называют сумму его
кинетической и потенциальной энергий.

16.

Закон сохранения и превращения энергии гласит, что энеpгия
ниоткуда не возникает и никуда не исчезает; она лишь переходит
из одного вида в другой или от одного тела к другому.
•Закон сохранения механической энергии: если
между телами системы действуют только силы
тяготения и силы упругости, то сумма кинетической и
потенциальной энергии остается неизменной, то есть
механическая энергия сохраняется.

17.

18.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ
1. Тело находится у основания наклонной плоскости с углом при основании α = 30°.
Коэффициент трения о поверхность равен µ = 0,6 и масса тела m = 2 кг. Сколько времени
тело будет двигаться по наклонной плоскости, если его толкнуть вверх вдоль плоскости
со скоростью υ0 = 20 м/с? (g = 9,8 м/с2).
2. Из всего добытого на Земле золота можно было бы сделать шар, диаметр которого
всего 22 м. Плотность золота равна 19,3⋅103 кг/м3. С какой силой притягивал бы вас этот
шар, если бы вы подошли к нему вплотную?
3. Камень свободно падает с высоты 80 м. Какова скорость камня в момент падения на
землю? Сколько времени продолжалось свободное падение?
4. Аэростат поднимается вверх с ускорением 2 м/с2. Через 5 с от начала его движения из
него выпадает предмет. Через сколько времени предмет упадет на землю?
5. Две пружины равной длины, скрепленные одними концами, растягивают за
свободные концы руками. Пружина жесткостью 100 Н/м удлинилась на 5 см. Какова
жесткость второй пружины, если ее удлинение равно 1 см?
6. Жесткость одной пружины 20 Н/м, другой — 40 Н/м. Пружины соединили
последовательно. Найдите жесткость этого соединения.