Как вы думаете, движетесь вы или нет, когда читаете этот текст? Практически каждый из вас сразу ответит: нет, не двигаюсь. И будет неправ. Некоторые могут сказать: двигаюсь. И тоже ошибутся. Потому, что в физике некоторые вещи не совсем такие, какими кажутся на первый взгляд.
Например, понятие механического движения в физике всегда зависит от точки (или тела) отсчета. Так летящий в самолете человек перемещается относительно оставшихся дома родных, но находится в состоянии покоя относительно друга, сидящего рядом. Так вот скучающие родственники или спящий на плече друг - это, в данном случае, тела отсчета для определения, движется наш вышеупомянутый человек или нет.
Определение механического движения
В физике определение механического движения, изучаемое в седьмом классе, следующее: изменение положения тела относительно других тел с течением времени называется механическим движением. Примерами механического движения в быту будут движение автомобилей, людей и пароходов. Комет и кошек. Пузырьков воздуха в закипающем чайнике и учебников в тяжелом рюкзаке школьника. И всякий раз высказывание о движении либо покое одного из этих предметов (тел) будет лишенным смысла без указания тела отсчета. Поэтому в жизни мы чаще всего, когда говорим о движении, имеем в виду движение относительно Земли или статичных объектов - домов, дорог и так далее.
Траектория механического движения
Нельзя также не упомянуть такую характеристику механического движения, как траектория. Траектория - это линия, по которой движется тело. Например, отпечатки ботинок на снегу, след самолета в небе и след слезы на щеке - все это траектории. Могут они быть прямыми, изогнутыми или ломаными. А вот длина траектории, или же сумма длин - это путь, пройденный телом. Обозначается путь буквой s. И измеряется в метрах, сантиметрах и километрах, либо же в дюймах, ярдах и футах, в зависимости от того, какие в этой стране приняты единицы измерения.
Виды механического движения: равномерное и неравномерное движение
Какие бывают виды механического движения? Например, во время поездки на машине водитель движется с разной скоростью, когда едет по городу и практически с одинаковой скоростью, когда выезжает на трассу за городом. То есть он движется либо неравномерно, либо равномерно. Так вот движение, в зависимости от пройденного пути за равные промежутки времени называют равномерным либо неравномерным.
Примеры равномерного и неравномерного движения
Примеров равномерного движения в природе очень мало. Почти равномерно движется вокруг Солнца Земля, капают капли дождя, всплывают пузырьки в газировке. Даже пуля, выпущенная из пистолета, движется прямолинейно и равномерно только на первый взгляд. От трения о воздух и притяжения Земли полет ее постепенно становится медленнее, а траектория снижается. Вот в космосе пуля может двигаться действительно прямолинейно и равномерно, пока не столкнется с каким-либо другим телом. А с неравномерным движением дело обстоит куда как лучше - примеров множество. Полет мяча во время игры в футбол, движения льва, охотящегося на добычу, путешествия жвачки во рту семиклассника и бабочки, порхающей над цветком, - все это примеры неравномерного механического движения тел.
Тема: Взаимодействие тел
Урок: Равномерное и неравномерное движение. Скорость
Рассмотрим два примера движения двух тел. Первое тело – автомобиль, движущийся по прямой пустынной улице. Второе – саночки, которые, разгоняясь, скатываются со снежной горки. Траектория обоих тел – это прямая линия. Из прошлого урока вы знаете, что такое движение называется прямолинейным. Но в движениях автомобиля и саночек есть различие. Автомобиль за равные промежутки времени проходит одинаковые отрезки пути. А саночки за равные промежутки времени проходят все большие и большие, то есть различные отрезки пути. Первый вид движения (движение автомобиля в нашем примере) называется равномерным движением. Второй вид движения (движение саночек в нашем примере) называется неравномерным движением.
равномерным называется такое движение, при котором за любые равные промежутки времени тело проходит одинаковые отрезки пути.
Неравномерным называется такое движение, при котором за равные промежутки времени тело проходит различные отрезки пути.
Обратите внимание на слова «любые равные промежутки времени» в первом определении. Дело в том, что иногда можно специально подобрать такие промежутки времени, за которые тело проходит равные пути, но при этом движение не будет равномерным. Например, конец секундной стрелки электронных часов каждую секунду проходит одинаковые пути. Но это не будет равномерным движением, поскольку стрелка движется скачкообразно, с остановками.
Рис. 1. Пример равномерного движения. Каждую секунду этот автомобиль проходит путь 50 метров
Рис. 2. Пример неравномерного движения. Разгоняясь, каждую секунду саночки проходят все большие отрезки пути
В наших примерах тела двигались прямолинейно. Но понятия равномерного и неравномерного движения в равной степени применимы и для движения тел по криволинейным траекториям.
С понятием скорости мы сталкиваемся достаточно часто. Из курса математики вы прекрасно знакомы с этим понятием, и вам легко рассчитать скорость пешехода, который прошел 5 километров за 1,5 часа. Для этого достаточно разделить путь, пройденный пешеходом, на время, затраченное на прохождение этого пути. Конечно, при этом предполагается, что пешеход двигался равномерно.
Скоростью равномерного движения называется физической величиной, численно равной отношению пути, пройденного телом, ко времени, затраченному на прохождение этого пути.
Скорость обозначается буквой . Таким образом, формула для вычисления скорости имеет вид:
В Международной системе единиц путь, как и любая длина, измеряется в метрах, а время – в секундах. Следовательно, скорость измеряется в метрах в секунду .
В физике также очень часто применяют внесистемные единицы измерения скорости. Например, автомобиль движется со скоростью 72 километра в час (км/ч), скорость света в вакууме 300 000 километров в секунду (км/с), скорость пешехода составляет 80 метров в минуту (м/мин), а вот скорость улитки всего лишь 0,006 сантиметра в секунду (см/с).
Рис. 3. Скорость можно измерять в различных внесистемных единицах
Внесистемные единицы измерения принято переводить в систему СИ. Рассмотрим, как это делается. Например, чтобы перевести километры в час в метры в секунду, нужно вспомнить, что 1 км = 1000 м, 1 ч = 3600 с. Тогда
Подобный перевод можно провести и с любой другой внесистемной единицей измерения.
Можно ли сказать, где будет находиться автомобиль, если он двигался со скоростью 72 км/ч в течение, к примеру, двух часов? Оказывается, нет. Ведь для того, чтобы определить положение тела в пространстве, необходимо знать не только путь, пройденный телом, но и направление его движения. Автомобиль в нашем примере мог двигаться со скоростью 72 км/ч в любом направлении.
Выход из положения можно найти, если приписать скорости не только численное значение (72 км/ч), но и направление (на север, на юго-запад, вдоль заданной оси Х, и т.п.).
Величины, для которых важны не только численное значение, но и направление, называются векторными.
Следовательно, скорость – векторная величина (вектор) .
Рассмотрим пример. Два тела движутся навстречу друг другу, одно со скоростью 10 м/с, другое со скоростью 30 м/с. Чтобы изобразить это движение на рисунке, нам необходимо выбрать направление координатной оси, вдоль которой движутся эти тела (ось Х). Изображать тела можно условно, например, в виде квадратиков. Направления скорости тел указывают с помощью стрелок. Стрелки позволяют указать, что тела движутся в противоположных направлениях. Кроме того, на рисунке соблюден масштаб: стрелка, изображающая скорость второго тела, в три раза длиннее, чем стрелка, изображающая скорость первого тела, поскольку численное значение скорости второго тела по условию втрое больше.
Рис. 4. Изображение векторов скорости двух тел
Обратите внимание на то, что, когда мы изображаем символ скорости рядом со стрелкой, которой указывается ее направление, то над буквой ставится маленькая стрелка: . Эта стрелка говорит том, что речь идет о векторе скорости (т.е. указано и численное значение, и направление скорости). Рядом же с числами 10 м/с и 30 м/с над символами скорости стрелочки не изображены. Символ без стрелочки обозначает численное значение вектора.
Итак, механическое движение может быть равномерным и неравномерным. Характеристикой движения является скорость. В случае равномерного движения для нахождения численного значения скорости достаточно путь, пройденный телом, разделить на время прохождения этого пути. В системе СИ скорость измеряется в метрах в секунду, однако существует множество внесистемных единиц скорости. Помимо численного значения, скорость характеризуется также направлением. То есть скорость – векторная величина. Для обозначения вектора скорости над символом скорости ставится маленькая стрелка. Для обозначения численного значения скорости такая стрелка не ставится.
Список литературы
1. Перышкин А.В. Физика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.
2. Перышкин А.В. Сборник задач по физике, 7 – 9 кл.: 5-е изд., стереотип. – М: Издательство «Экзамен», 2010.
3. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике для 7 – 9 классов общеобразовательных учреждений. – 17-е изд. – М.: Просвещение, 2004.
1. Единая коллекция Цифровых Образовательных Ресурсов ().
2. Единая коллекция Цифровых Образовательных Ресурсов ().
Домашнее задание
Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике для 7 – 9 классов
Равномерное движение - движение вдоль прямой линии с постоянной (как по модулю, так и по направлению) скоростью. При равномерном движении пути, которые тело проходит за равные промежутки времени, также равны.
Для кинематического описания движения расположим ось OХ вдоль направления движения. Для определения перемещения тела при равномерном прямолинейном движении достаточно одной координаты Х. Проекции перемещения и скорости на координатную ось можно рассматривать, как алгебраические величины.
Пусть в момент времени t 1 тело находилось в точке с координатой x 1 , а в момент времени t 2 - в точке с координатой x 2 . Тогда проекция перемещения точки на ось OХ будет запишется в виде:
∆ s = x 2 - x 1 .
В зависимости от направления оси и направления движения тела эта величина может быть как положительной, так и отрицательной. При прямолинейном и равномерном движении модуль перемещения тела совпадает с пройденным путем. Скорость равномерного прямолинейного движения определяется по формуле:
v = ∆ s ∆ t = x 2 - x 1 t 2 - t 1
Если v > 0 , тело движется вдоль оси OX в положительном направлении. Иначе - в отрицательном.
Закон движения тела при равномерном прямолинейном движении описывается линейным алгебраическим уравнением.
Уравнение движения тела при равномерном прямолинейном движении
x (t) = x 0 + v t
v = c o n s t ; x 0 - координата тела (точки) в момент времени t = 0 .
Пример графика равномерного движения - на рисунке ниже.
Здесь два графика, описывающих движение тел 1 и 2. Как видим, тело 1 во время t = 0 находилось в точке x = - 3 .
От точки x 1 до точки x 2 тело переместилось за две секунды. Перемещение тела составило три метра.
∆ t = t 2 - t 1 = 6 - 4 = 2 с
∆ s = 6 - 3 = 3 м.
Зная это, можно найти скорость тела.
v = ∆ s ∆ t = 1 , 5 м с 2
Есть еще один способ определения скорости: из графика ее можно найти как отношение сторон BC и AC треугольника ABC.
v = ∆ s ∆ t = B C A C .
Причем, чем больше угол, который образует график с осью времени, тем больше скорость. Говорят также, что скорость равна тангенсу угла α .
Аналогично вычисления проводятся для второго случая движения. Рассмотрим теперь новый график, изображающий движение с помощью отрезков прямых. Это так называемый кусочно-линейный график.
Движение, изображенное на нем - неравномерное. Скорость тела меняется мгновенно в точках излома графика, а каждый отрезок пути до новой точки излома тело движется равномерно с новой скоростью.
Из графика мы видим, что скорость менялась в моменты времени t = 4 c , t = 7 с, t = 9 с. Значения скоростей также легко находятся из графика.
Отметим, что путь и перемещение не совпадают для движения, описываемого кусочно-линейным графиком. Например, в интервале времени от нуля до семи секунд тело прошло путь, равный 8 метрам. Перемещение тела при этом равно нулю.
Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
95. Приведите примеры равномерного движения.
Встречается очень редко, например, движение Земли вокруг Солнца.
96. Приведите примеры неравномерного движения.
Движение автомобиля, самолета.
97. Мальчик скатывается на салазках с горы. Можно ли это движение считать равномерным?
Нет.
98. Сидя в вагоне движущегося пассажирского поезда и наблюдая движение встречного товарного поезда, нам кажется, что товарный поезд идет гораздо быстрее, чем шел до встречи наш пассажирский поезд. Почему это происходит?
Относительного пассажирского поезда, товарный движется с суммарной скоростью пассажирского и товарного поездов.
99. В движении или покое находится водитель движущегося автомобиля относительно:
а) дороги;
б) сидения автомобиля;
в) автозаправки;
г) Солнца;
д) деревьев вдоль дороги?
В движении: а, в, г, д
В покое: б
100. Сидя в вагоне движущегося поезда, мы наблюдаем в окне автомобиль, который уходит вперед, затем кажется неподвижным, и, наконец, движется назад. Как объяснить то, что мы видим?
Вначале скорость автомобиля выше скорости поезда. Затем скорость автомобиля становится равной скорости поезда. После этого, скорость автомобиля уменьшается, по сравнению со скоростью поезда.
101. Самолет выполняет «мертвую петлю». Какую траекторию движения видят наблюдатели с земли?
Кольцевую траекторию.
102. Приведите примеры движения тел по криволинейным траекториям относительно земли.
Движение планет вокруг Солнца; движение катера по реке; полет птицы.
103. Приведите примеры движения тел, имеющих прямолинейную траекторию относительно земли.
Движущийся поезд; идущий прямо человек.
104. Какие виды движения мы наблюдаем при письме шариковой ручкой? Мелом?
Равномерное и неравномерное.
105. Какие части велосипеда при его прямолинейном движении описывают относительно земли прямолинейные траектории, а какие – криволинейные?
Прямолинейное: руль, седло, рама.
Криволинейное: педали, колеса.
106. Почему говорят, что Солнце всходит и заходит? Что в данном случае является телом отсчета?
Телом отсчета рассматривается Земля.
107. Два автомобиля движутся по шоссе так, что некоторое расстояние между ними не меняется. Указать, относительно каких тел каждый из них находится в покое и относительно каких тел они в течение этого промежутка времени движутся.
Относительно друг друга автомобили находятся в покое. Относительно окружающих предметов автомобили движутся.
108. Санки скатываются с горы; шарик скатывается по наклонному желобу; камень, выпущенный из рук, падает. Какие из этих тел движутся поступательно?
Поступательно движутся санки с горы и камень, выпущенный из рук.
109. Книга, установленная на столе в вертикальном положении (рис. 11, положение I), от толчка падает и занимает положение II. Две точки А и В на переплете книги при этом описали траектории АА1 и ВВ1. Можно ли сказать, что книга двигалась поступательно? Почему?
Как вы думаете, движетесь вы или нет, когда читаете этот текст? Практически каждый из вас сразу ответит: нет, не двигаюсь. И будет неправ. Некоторые могут сказать: двигаюсь. И тоже ошибутся. Потому, что в физике некоторые вещи не совсем такие, какими кажутся на первый взгляд.
Например, понятие механического движения в физике всегда зависит от точки (или тела) отсчета. Так летящий в самолете человек перемещается относительно оставшихся дома родных, но находится в состоянии покоя относительно друга, сидящего рядом. Так вот скучающие родственники или спящий на плече друг - это, в данном случае, тела отсчета для определения, движется наш вышеупомянутый человек или нет.
Определение механического движения
В физике определение механического движения, изучаемое в седьмом классе, следующее: изменение положения тела относительно других тел с течением времени называется механическим движением. Примерами механического движения в быту будут движение автомобилей, людей и пароходов. Комет и кошек. Пузырьков воздуха в закипающем чайнике и учебников в тяжелом рюкзаке школьника. И всякий раз высказывание о движении либо покое одного из этих предметов (тел) будет лишенным смысла без указания тела отсчета. Поэтому в жизни мы чаще всего, когда говорим о движении, имеем в виду движение относительно Земли или статичных объектов - домов, дорог и так далее.
Траектория механического движения
Нельзя также не упомянуть такую характеристику механического движения, как траектория. Траектория - это линия, по которой движется тело. Например, отпечатки ботинок на снегу, след самолета в небе и след слезы на щеке - все это траектории. Могут они быть прямыми, изогнутыми или ломаными. А вот длина траектории, или же сумма длин - это путь, пройденный телом. Обозначается путь буквой s. И измеряется в метрах, сантиметрах и километрах, либо же в дюймах, ярдах и футах, в зависимости от того, какие в этой стране приняты единицы измерения.
Виды механического движения: равномерное и неравномерное движение
Какие бывают виды механического движения? Например, во время поездки на машине водитель движется с разной скоростью, когда едет по городу и практически с одинаковой скоростью, когда выезжает на трассу за городом. То есть он движется либо неравномерно, либо равномерно. Так вот движение, в зависимости от пройденного пути за равные промежутки времени называют равномерным либо неравномерным.
Примеры равномерного и неравномерного движения
Примеров равномерного движения в природе очень мало. Почти равномерно движется вокруг Солнца Земля, капают капли дождя, всплывают пузырьки в газировке. Даже пуля, выпущенная из пистолета, движется прямолинейно и равномерно только на первый взгляд. От трения о воздух и притяжения Земли полет ее постепенно становится медленнее, а траектория снижается. Вот в космосе пуля может двигаться действительно прямолинейно и равномерно, пока не столкнется с каким-либо другим телом. А с неравномерным движением дело обстоит куда как лучше - примеров множество. Полет мяча во время игры в футбол, движения льва, охотящегося на добычу, путешествия жвачки во рту семиклассника и бабочки, порхающей над цветком, - все это примеры неравномерного механического движения тел.
