Механика Закон сохранения импульса Молекулярная физика и термодинамика Реальные газы, жидкости и твердые тела Электростатика Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков

Лабораторные работы по физике. Курс по разделу механика

Кинематические характеристики вращательного движения.

Вращательным называется такое движение, при котором все точки тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной и той же прямой, называемой осью вращения.

Пусть точка или абсолютно твердое тело за время Dt, вращаясь вокруг неподвижной оси ОО’, перешло из положения 1 в 2, повернувшись на угол Dj. Скалярная величина Dj есть угловой путь (рис.5.1). Элементарные (бесконечно малые) повороты можно рассматривать как векторы. Модуль такого вектора равен углу поворота dj, а направление определяется по правилу правого винта: если винт вращать в направлении движения точки по окружности, то поступательное движение его острия указывает направление вектора . Такие вектора, направление которых связывается с направлением вращения, называются псевдовекторами. Быстрота вращения характеризуется вектором угловой скорости, направленной вдоль оси вращения как и . Средняя угловая скорость . Мгновенная угловая скорость . Изменение  со временем определяет вектор углового ускорения. Среднее угловое ускорение . Мгновенное угловое ускорение ; . При вращении тела вокруг неподвижной оси изменение вектора  обусловлено только изменением его численного значения. Поэтому  направлен вдоль оси вращения. Если вращение ускоренное, то направления  и  совпадают (e>0); если замедленное – то они противоположны (e<0). При равнопеременном движении точки по окружности (e=const) , где j0 – начальный угол поворота, w0 – начальная угловая скорость.

Связь между линейными и угловыми кинематическими характеристиками.

Пусть за малый промежуток времени dt материальная точка повернулась относительно оси вращения на малый угол dj (рис.6.1). По ранее приведенной формуле линейная скорость . При малых углах поворота перемещение dr можно считать равным произведению радиуса вращения r на угол поворота dj, т.е. . Отсюда =rw. В векторном виде связь линейной скорости  и угловой  можно представить с помощью векторного произведения , . При вращении вокруг неподвижной оси угол между векторами  и  равен , следовательно . Отсюда можно получить еще одно выражение для тангенцального ускорения . Учитывая направление, связь тангенциального и углового ускорений можно записать в векторном виде , а также для  или . Знак «минус» в формуле обусловлен противоположной направленностью векторов  и .

Если вращение равномерное, то , и его можно характеризовать периодом вращения Т. Т – время одного полного оборота точки (тела) вокруг оси.

n – число оборотов в единицу времени, частота вращения. При равномерном вращении , .

 ДИНАМИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ.

Динамика – это раздел механики, который изучает движение совместно с причинами, вызывающими или изменяющими это движение. В основе динамики лежат три закона Ньютона, сформулированные им в 1687 г.

Масса тела, силовое поле, сила.

Масса тела (материальной точки) – скалярная физическая величина, одна из основных характеристик материи. Она определяет ее инерционные (инертная масса) и гравитационные (гравитационная масса) свойства. Доказано, что инертная и гравитационная масса равны.

Поле физическое или силовое поле – есть форма существования материи, посредством которой осуществляются взаимодействия между макроскопическими телами или частицами, входящими в состав вещества. К физическим полям относятся гравитационное, электромагнитное, поле ядерных сил. Источниками полей служат незаряженные и заряженные тела, постоянные магниты, контуры с током, ядра атомов и т.д.

Причиной изменения движения тел является силовое воздействие. Сила - векторная физическая величина, являющаяся мерой воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате чего тело либо приобретает ускорение, либо деформируется. Взаимодействие тел возможно как при соприкосновении, так и на расстоянии, благодаря силовым полям. В каждый момент времени сила характеризуется числовым значением, направлением в пространстве и точкой приложения. Силы, связанные с перечисленными выше физическими полями, являются первичными, их называют фундаментальными силами. Имеется также множество вторичных сил, которые являются комбинацией фундаментальных сил (в основном – электромагнитные). Например, это силы межатомного и межмолекулярного взаимодействия, силы трения, силы деформации и др.

 Гравитационное поле – это поле сил взаимодействия (притяжения) тел, имеющих массу. И. Ньютон установил, что для материальных точек формула величины силы гравитации имеет вид , где G- гравитационная постоянная, m1 и m2 – массы взаимодействующих точек, r- расстояние между ними.

Электромагнитное поле – это поле сил взаимодействия (притяжения или отталкивания) тел, имеющих электрический заряд. Формулы этих сил будут рассмотрены при изучении электрических и магнитных явлений.

 Ядерное поле – это поле сил взаимодействия элементарных частиц, из которых состоят атомы и молекулы. Эти силы действуют только на очень малых расстояниях, их свойства рассматриваются при изучении ядер атомов.

Механика делится на три раздела: статику, кинематику, динамику. Статика изучает законы равновесия системы тел. Она подробно изучается в курсе теоретической механики. Поэтому в предлагаемом пособии этот раздел мы опускаем.

Кинематические характеристики и уравнения поступательного движения. Кроме модели реального тела в виде материальной точки, в физике часто используется модель абсолютно твердого тела. Тело считается абсолютно твердым, если в условиях рассматриваемой задачи оно не деформируется, т.е. расстояние между любыми двумя произвольными точками сохраняется неизменным.

Классическая динамика базируется на трех законах Ньютона. Первый закон Ньютона: Если на материальную точку не действуют силы или приложенные силы взаимноуравновешены (т.е. суммарная или результирующая сила равна нулю), то материальная точка будет находиться в состоянии покоя (=0) или равномерного прямолинейного движения (=const).


На главную