Кинематика. Материя. Виды движения

1. Введение. Кинематика

ВоГТУ
Лекция 1
Введение. Кинематика
Кузина Л.А.,
к.ф.-м.н., доцент
2015 г.

2. Содержание

Введение
1.
2.
3.
4.
5.
Предмет физики
Материя
Виды движения
Методы научного познания
Модели

3.

Физика изучает наиболее общие свойства и формы движения материи
Вещество
Материя
Частицы
Свойства:
дискретность,
ограниченность
1. Взаимно превращаются:
e e 2
2. Частицы взаимодействуют
посредством полей
3. Корпускулярно-волновой дуализм
Поле
Тёмное вещество
Тёмная энергия
?
?
Электромагнитное,
гравитационное, …
Свойства:
непрерывность,
безграничность

4.

Движение – любое изменение
Виды движения
Разделы физики
Механика
Механическое
перемещение
Молекулярнотепловое движение
Электромагнитные
явления
Молекулярная
физика
Термодинамика
Электромагнетизм
Оптика
Волновые явления
Квантовая механика
Внутриатомные
процессы
Ядерная физика
Внутриядерные
явления
Физика твёрдого
тела

5.

Методы научного познания
1. Наблюдение
Наблюдение явления в естественных условиях
2. Эксперимент
Воспроизведение явления в контролируемых условиях
3. Научное мышление
4. Гипотеза
Объясняет явление; нуждается в экспериментальной
проверке
5. Экспериментальная
проверка
6. Теория
Обобщение результатов эксперимента;
выработка гипотезы
Выдержавшая экспериментальную проверку
гипотеза превращается в научную теорию
Научные законы, объясняющие ряд фактов с единой точки зрения

6.

Модель
Модель – упрощение
Пренебрегаем несущественными
свойствами объекта (явления);
оставляем самые важные
Примеры
Материальная
точка
Тело, размерами которого можно пренебречь
в данных условиях
Абсолютно
твёрдое тело
Тело, деформациями которого можно
пренебречь в данных условиях
Упругая
деформация
Такая деформация, что после снятия нагрузки
можно пренебречь остаточной деформацией

7.

Механика
Изучает простейшую форму движения –
механическое перемещение тел
Кинематика
Динамика
Даёт математическое
описание движения без
исследования причин
механического
перемещения
Исследует взаимодействие
тел и его влияние на
механическое движение

8.

Кинематика
Основные понятия
Траектория
Линия, описываемая
материальной точкой в
процессе движения
Путь (ΔS, Δl)
Длина траектории
Перемещение
Вектор, соединяющий
начальную и конечную точку
(ΔS; Δr )

9.

r
vср.
t
S
vср.
t
м
[v]
с
Физический смысл скорости:
средняя скорость численно равна
перемещению (пути) за единицу времени

10.

r dr
v lim
dt
t 0 t
S dS
v lim
dt
t 0 t
t 0 r S
r
S dS
v v lim
lim
dt
t 0 t
t 0 t

11.

1A 1B
v v2 v1
аср.
t
t
v dv
a lim
dt
t 0 t
м
[a] 2
с
Физический смысл ускорения:
ускорение численно равно изменению
скорости за единицу времени

12.

v v 2 v1 vк v n
vк vк v2 v1 v
v dv
a lim
dt
t 0 t
vк
vn
a lim
lim
a an
t 0 t
t 0 t
a a lim
t 0
vк
v dv
lim
t
dt
t 0 t

13.

r
R
v n
v
an an lim
t 0
an lim
t 0
v n
t
r
v v
2
r
v
R
lim
t
R t 0 t
R

14.

vк
a lim
t 0 t
dv
a
dt
v n
an lim
t 0 t
v2
an
R
Тангенциальное (касательное)
ускорение
характеризует быстроту
изменения скорости по
величине;
численно равно производной
величины скорости
Нормальное
(центростремительное)
ускорение характеризует
быстроту изменения скорости
по направлению

15.

При
t 0
vк v n
a a an
a a n
a
2
2
a an
Полное ускорение всегда направлено внутрь
криволинейной траектории
при ускорении
при торможении

16.

Прямолинейное движение
Графическое представление пути
t2
dS
v
S v dt
dt
t1
Путь –
площадь под графиком
v f t
dv
a a
dt
t
v v 0 a dt
0

17.

Произвольное криволинейное движение
dv
a
dt
v dr
dt
t
v v0 a t dt
0
t
r
r
v
t
dt
0
0

18.

Равнопеременное движение
a const
t
v v0 adt
v v 0 a t
0
2
t
a t
r
r
v
t
r
r
v
t
dt
0
0
0
2
0
v x v0 x a x t
2
ax t
x x0 v0 x t
2
В проекциях на ось OX

19.

Равнопеременное криволинейное с
постоянным тангенциальным ускорением
a const
dv
a
dt
dS
v
dt
v 2 v02
S
2a
v v0 a t
v v0
S
t
2
a t 2
S v0 t
2
a t 2
S v t
2

20.

Кинематика вращательного движения
S R
dS R d
dS
v
dt
v R
d
R
dt
dt
dS
d
dt

21.

Кинематика вращательного движения
Угловая скорость и угловое перемещение - вектора.
Они направлены по оси вращения по правилу буравчика
d
lim
dt
t 0 t
При равномерном вращении
const v R const
dv
a
0
dt
Полное ускорение равно
центростремительному (нормальному):
v2
a an
2R v
R

22.

Кинематика вращательного движения
При неравномерном
вращении
dv d
d
a
( R) R
R
dt dt
dt
d
dt
Угловое ускорение
показывает быстроту
изменения угловой
скорости
рад 2
2 с
с