Импульс тела, закон сохранения импульса и его применение.

Физика – наука о природе.

Физика – это наука о природе, она изучает, исследует основные закономерности явлений происходящих в окружающем мире.

Физика – изучает явления природы, для того чтобы объяснять их предсказывать, использовать.

Физика изучает различные формы движения материи.

Материя – это объективная реальность, существующая независимо от нашего сознания и данная нам в ощущениях.

Формы движения материи – это любые изменения происходящие с материей.( изменение положения в пространстве, изменение химического состава, температуры и т.п.)

Для описания явлений физике необходимы физические величины.

Физическая величина – это характеристика объектов, имеющая числовое значение (масса, скорость, расстояние).

Развитие физики непосредственно связано с прогрессом и развитием техники. Физические открытия послужили основой для создания современных приборов и механизмов.

Система единиц- СИ.

Изучение физических явлений и процессов связано с измерением физических величин. Измерить физическую величину — это значит сравнить ее с такой же физической величиной, условно принятой за единицу.

Для каждой величины можно было бы выбрать свою единицу независимо от других величин. Но целесообразно поступить иначе — единицы нескольких величин (их на­зывают основными единицами) установили не­зависимо, а остальные — выразили через эти единицы, ис­пользуя формулы.

Например, скорость выражается через две независимые величины —длину и время. Те единицы, которые устанавливаются с помощью формул, связывающих их с основны­ми единицами, называются производными еди­ницами.

Совокупность основных и производных единиц называют системой единиц.

В 1960 г. XI Генеральной конференцией по мерам и ве­сам в Париже была принята и в последующие годы допол­нена и уточнена Международная система единиц СИ . Она состоит из семи основных единиц: метр (м) — единица длины;

килограмм ( кг) — единица массы;

секунда (с) — единица времени;

ампер (А) — единица силы электрического тока;

кельвин (К) — единица термодинамической температуры;

кандела (кд) — едини­ца силы света ;

моль (моль) — единица количества вещества

Дополнительными единицами Си являются : радиан (рад) – единица плоского угла и стерадиан (ср) – единица объемного угла. Используя формулы, можно получить единицы измерения для любых физических величин. Например : =>

2)Основные понятия механики:

Механика – раздел физики , изучающий механическое движение.

Механическим движением называется изменение положе­ния тела в пространстве с течением времени.

Основная задача механики — определение положения тела в про­странстве в любой момент времени.

Каждое тело имеет определенные размеры. Однако оказы­вается, что нет необходимости указывать положение каж­дой точки тела, если все точки тела движутся одинаково. Движение тела, при котором все его точки движутся оди­наково, называется поступательным движением. При поступательном движении тела достаточно описать движение только одной точки этого тела.

Размерами тела, движущегося поступательно можно пренебречь и считать его материальной точкой. Материальная точка отличается от тела тем, что у нее нет размеров.

Материальной точкой называется тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь. Тело можно рассматривать как материальную точку, если его размеры малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит, или по сравнению с расстоянием от него до дру­гих тел.

Космический корабль, пролетающий около восьми кило­метров за одну секунду, при наблюдении с Земли можно рассматривать как материальную точку. Космонавт, нахо­дящийся в корабле, не может считать его материальной точкой.

Для описания движения тела необходимо ввести понятия траектории, пройденного пути и перемещения.

Траектория – это линия по которой движется тело. Траектория может быть прямо­линейной и криволинейной.

Путь пройденный точкой, равен длине траектории. Путь — скалярная величина.

Пере­мещение — вектор, соединяю­щий начальное положение точки с ее конечным положе­нием.

Международной единицей измерения пути и перемеще­ния является метр (м).

Положение тела в пространстве можно определить только относительно других тел, поэтому для описания движения необходима система отсчета.Система отсчета состоит из тела отсчета, системы координат, способа отсчета времени.

Скорость- это перемещение, совершаемое за единицу времени.(м/с)

Ускорение- это изменение скорости за единицу времени.(м/с²)

3) Виды движения:

Движение можно различать по форме траектории – прямолинейное (траектория прямая линия) и криволинейное ( траектория кривая).

Движение может отличаться по скорости – равномерное, равноускоренное, неравномерное.

Равномерное- движение, при котором точка за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения .

Равноускоренное – движение при котором тело за равные промежутки времени изменяет скорость одинаково.

Неравномерное- движение при котором перемещения точки за равные промежутки времени не одинаковы, называют неравномерным движением. Для характеристики неравномерного движения используют среднюю скорость

Основы динамики

Инерция- это явление сохранения скорости не изменой при отсутствии внешних воздействий. При резком торможении автобуса пассажиры продолжают двигаться по инерции вперед.

Инертность- это свойство тел по-разному изменять свою скорость при внешних воздействиях.

Со свойством инертности связана масса тела. Масса тела – это мера инертности. Чем тяжелее тело, тем сложнее изменить его скорость, тем оно инертнее. Тяжелый камень труднее остановить, чем воздушный шарик, но и заставить двигаться воздушный шарик можно легким прикосновением руки.

Тело изменяет свою скорость, если на него действуют другие тела.

Сила-это мера воздействия одного тела на другое.

Сила равна F = ma

Три закона Ньютона:

Вся динамика базируется на трех основных законах, сформулированных впервые Ньютоном в 1686 году в книге «Математические начала натуральной философии» :

1закон( закон инерции)

-существуют такие системы отсчета ,относительно которых тело сохраняет свою скорость неизменной, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.

В этом случае тело движется равномерно и прямолинейно или покоится.

2закон( основной закон динамики материальной точки)

-ускорение, приобретенное телом, прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально его массе.

а = F / m

3закон(закон противодействия)

-сила действия равна силе противодействия(или с какой силой одно тело действует на второе с такой же по величине, но противоположно направленной силой второе тело действует на первое).

F₁₂ = - F₂₁

5) Силы в природе:

Сила всемирного тяготения:

Сила, с которой все тела притягиваются друг к другу, называется силой всемирного тяготения. Обозначается буквой F_в.т Рассчитывается по формуле:

F_в.т= G(m₁*m₂)/R²

G =6,67 * 10 ^-11 Н м²/кг^{2 -} гравитационная постоянная

Направлена вдоль прямой, соединяющей центры тел.

Сила тяжести:

Сила , с которой все тела притягиваются к Земле называется силой тяжести. Обозначается буквой F _тяж Рассчитывается по формуле: F_тяж = mg

Направлена вертикально вниз. ( к центру Земли)

Вес тела:

Сила , с которой тело давит на опору или подвес вследствие своего притяжения к земле, называется весом тела. Обозначается буквой Р

Направлена вниз перпендикулярно поверхности.

Сила реакции опоры:

Сила, с которой опора реагирует на воздействие тела называется силой реакции опоры. Обозначается буквой N. Рассчитывается по формуле: N = - Р

Направлена перпендикулярно поверхности вверх.

Сила упругости:

Сила , возникающая при деформации тела называется силой упругости.

Обозначается буквой FупрРассчитывается по формуле: а F_упр= -Кх, где K – коэффициент упругости , х – абсолютная деформация.

Направлена сила упругости в сторону противоположную деформации.

Сила трения:

Сила , возникающая при движении одного тела по поверхности другого, называется силой трения. Обозначается буквой Fтр .

Рассчитывается по формуле: Fтр= μN, где μ – коэффициент трения, N- сила реакции опоры.

Направлена в сторону противоположную движению.

Сила тяги :

Сила, приводящая тело в движение за счет работы механизмов, называется силой тяги.

Обозначается F_тяги . Направлена в сторону движения тела.

Если на тело действует только сила тяжести, то оно совер­шает свободное падение. Следовательно, свободное падение — это движение тела в безвоздушном пространстве (вакууме) под действием только силы тяжести.

Свободное падение — это равноускоренное движение, так как вблизи поверхности Земли оно происходит под действием постоянной по модулю и направлению силы тя­жести .

Ускорение свободного падения на уровне поверхности Земли на данной географической широте для всех тел одинаково: на полюсе g =9,83 м/с², на экваторе g=9,78 м/с², среднее зна­чение g=9,8 м/с².

Ускорение свободного падения можно высчитать для любой планеты, если воспользоваться формулой

g = G M_{планеты} / R² _{планеты}

Весом тела называется сила, с которой тело действует на опору или подвес вследствие своего притяжения к Земле.

Вес тела равен по величине и противоположно направлен силе реакции опоры. Эти силы, исходя из 3 закона Ньютона являются парными силами P = - N

Вес тела направлен перпендикулярно поверхности вверх.

Вес тела, движущегося с ускорением вверх или вниз, изменяется.

При движении вверх Р= m( g + a).

При движении вниз вес уменьшается P = m(g – a).

При движении тела вниз с ускорением свободного падения тело находится в состоянии невесомости, т.е. вес такого тела = 0.

Характеристика жидкостей.

Вещество в жидком состоянии сохраняет свой объем, но принимает форму того сосуда , в котором находится. Расстояние между молекулами жидкости значительно меньше, чем между молекулами газа и между молекулами жидкости действуют силы притяжения, но действуют они только на ближайших соседей данной молекулы. Эти силы притяжения удерживают молекулу около временного положения равновесия примерно в течение 10^-12 - 10^-10 секунд, после чего они перескакивают из одного положения равновесия в другое. Время между двумя перескоками молекул из одного положения равновесия в другое называется временем оседлой жизни. В течение времени оседлой жизни большинство молекул удерживается в положениях равновесия, за более длительный срок большинство молекул успевает переменить местоположение, поэтому жидкости обладают текучестью.

Если в жидкости выделить малый объем, то в течение времени оседлой жизни в нем существует упорядоченное расположение молекул, подобное расположению в кристаллической решетке. Затем оно распадается и возникает в другом месте. В небольшом объеме жидкости наблюдается упорядоченное расположение ее молекул, а в большом объеме оно оказывается хаотическим. Говорят, что в жидкостях существует ближний порядок в расположении частиц. Ближний порядок – это способность молекул взеимодействовать только с ближайшими соседями.

Жидкость может обнаруживать механические свойства твердого тела, если время взаимодействия мало (меньше времени оседлой жизни) - камень отскакивает от поверхности воды. палка при ударе о воду может сломаться и т.п.

Поверхностное натяжение :

Молекулы поверхностного слоя испытывают притяжение со стороны молекул внутри жидкости и стремятся уйти вглубь , поэтому на поверхности остается минимальное число молекул. Сила, действующая вдоль поверхности жидкости и стремящаяся сократить ее до минимума называется силой поверхностного натяжения.

F _п.н. = s l

Где l - длина границы между жидкостью и твердым телом , а σ - коэффициент поверхностного натяжения.

Поверхностный слой всегда находится в состоянии натяжения

Смачивание:

Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее , чем к молекулам твердого тела, то такую жидкость называют смачивающей данное вещество.

Если молекул в жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам вещества, то такую жидкость называют не смачивающей. Смачивает жидкость вещество или нет можно обнаружить по форме капельки жидкости на поверхности этого вещества : если капелька имеет шарообразную (чуть приплюснутую форму) , то жидкость не смачивает твердое тело. Если капелька растекается по поверхности жидкости, то жидкость смачивает твердое тело. Поверхности жидкости в сосудах искривляются: смачивающие имеют вогнутую поверхность, а не смачивающие - выпуклую.

Из за разного давления, оказываемого вогнутой или выпуклой поверхностью смачивающие жидкости в тоненьких трубочках ( капиллярах) поднимаются вверх, а не смачивающие опускаются вниз.

Высота подъема(опускания) жидкости в капилляре

2 σ

h = ρ g r

Капиллярные явления играют большую роль в природе и технике. Много капилляров в растениях. По капиллярам в растениях вода поднимается вверх. В почве находятся капилляры, по ним вода поднимается вверх и испаряется. Большое значение имеют капилляры в технике - чтобы кирпичная стена не сырела, между фундаментом дома и кирпичной стеной делают прокладку в которой нет капилляров.

Влажность воздуха.

Благодаря процессам испарения и кипения в воздухе содержится некоторое количество водяного пара.

Насыщенным паром называется пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью. Динамическое равновесие- это процесс, при котором за одно и то же время число молекул, переходящих из жидкости в пар, и число молекул, возвращающихся из пара в жидкость , одинаково.

Насыщенный пар обладает следующими свойствами :

1. При данной температуре плотность и давление насыщенного пара величины постоянные;

2. Давление и плотность насыщенного пара - максимально возможные при данной температуре;

3. С повышением температуры давление и плотность насыщенного пара увеличиваются;

4. Давление и плотность насыщенного пара максимальные при температуре кипения;

Непрерывно происходят процессы испарения воды с поверхности морей и океанов, но не смотря на них водяной пар в атмосфере остается ненасыщенным. Это объясняется непрерывными процессами конденсации его в отдельных областях атмосферы и выпадением в виде осадков.

Влажность воздуха.

Абсолютная влажность воздуха - это количество водяных паров, содержащихся в единице объема воздуха r_а =m _в.п / V измеряется абсолютная влажность в кг/м³

Относительная влажность - это величина, показывающая на сколько воздух насыщен водяными парами. Она обозначается В и измеряется в %.

В =(r_а / r_н ) 100%

Точка росы - это температура , при которой водяные пары, находящиеся в атмосфере, становятся насыщенными и в результате выпадает роса.

Приборы для определения влажности ( вспомнить лабораторную работу – психрометр гигрометрический)

Свойства твердых тел.

Твердые тела - это тела , сохраняющие объем и форму при отсутствии внешних воздействий. Твердые тела могут быть аморфными и кристаллическими.

Аморфные тела- это тела, свойства которых по всем направлениям одинаковы. Аморфные тела похожи на жидкости, поэтому их часто называют «застывшие жидкости». Эти тела не имеют определенного порядка в расположении частиц, не имеют постоянной температуры плавления, они постепенно размягчаются при нагревании (пластилин, стекло).

Кристаллические тела - это твердые тела, имеющие кристаллическую решетку, т.е. упорядоченное расположение частиц. Точки в кристаллической решетке, соответствующие наиболее устойчивому положению равновесия частиц, называются узлами кристаллической решетки. Узлы решетки имеют правильное расположение, которое периодически повторяется внутри кристалла.

Правильное расположение частиц в узлах решетки кристалла называется дальним порядком в расположении частиц. Обычно рассматривая твердые тела имеют в виду кристаллические тела.

При внешнем воздействии твердые тела могут деформироваться. Деформация – это изменение формы или объема тела при внешних воздействиях.

Причиной деформации может стать сила или тепловое действие.

При механическом действии силы тело обычно изменяет свою форму, при тепловом – объем.

Изменение длины тела- называют линейной деформацией.

Физика – наука о природе.

Физика – это наука о природе, она изучает, исследует основные закономерности явлений происходящих в окружающем мире.

Физика – изучает явления природы, для того чтобы объяснять их предсказывать, использовать.

Физика изучает различные формы движения материи.

Материя – это объективная реальность, существующая независимо от нашего сознания и данная нам в ощущениях.

Формы движения материи – это любые изменения происходящие с материей.( изменение положения в пространстве, изменение химического состава, температуры и т.п.)

Для описания явлений физике необходимы физические величины.

Физическая величина – это характеристика объектов, имеющая числовое значение (масса, скорость, расстояние).

Развитие физики непосредственно связано с прогрессом и развитием техники. Физические открытия послужили основой для создания современных приборов и механизмов.

Система единиц- СИ.

Изучение физических явлений и процессов связано с измерением физических величин. Измерить физическую величину — это значит сравнить ее с такой же физической величиной, условно принятой за единицу.

Для каждой величины можно было бы выбрать свою единицу независимо от других величин. Но целесообразно поступить иначе — единицы нескольких величин (их на­зывают основными единицами) установили не­зависимо, а остальные — выразили через эти единицы, ис­пользуя формулы.

Например, скорость выражается через две независимые величины —длину и время. Те единицы, которые устанавливаются с помощью формул, связывающих их с основны­ми единицами, называются производными еди­ницами.

Совокупность основных и производных единиц называют системой единиц.

В 1960 г. XI Генеральной конференцией по мерам и ве­сам в Париже была принята и в последующие годы допол­нена и уточнена Международная система единиц СИ . Она состоит из семи основных единиц: метр (м) — единица длины;

килограмм ( кг) — единица массы;

секунда (с) — единица времени;

ампер (А) — единица силы электрического тока;

кельвин (К) — единица термодинамической температуры;

кандела (кд) — едини­ца силы света ;

моль (моль) — единица количества вещества

Дополнительными единицами Си являются : радиан (рад) – единица плоского угла и стерадиан (ср) – единица объемного угла. Используя формулы, можно получить единицы измерения для любых физических величин. Например : =>

2)Основные понятия механики:

Механика – раздел физики , изучающий механическое движение.

Механическим движением называется изменение положе­ния тела в пространстве с течением времени.

Основная задача механики — определение положения тела в про­странстве в любой момент времени.

Каждое тело имеет определенные размеры. Однако оказы­вается, что нет необходимости указывать положение каж­дой точки тела, если все точки тела движутся одинаково. Движение тела, при котором все его точки движутся оди­наково, называется поступательным движением. При поступательном движении тела достаточно описать движение только одной точки этого тела.

Размерами тела, движущегося поступательно можно пренебречь и считать его материальной точкой. Материальная точка отличается от тела тем, что у нее нет размеров.

Материальной точкой называется тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь. Тело можно рассматривать как материальную точку, если его размеры малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит, или по сравнению с расстоянием от него до дру­гих тел.

Космический корабль, пролетающий около восьми кило­метров за одну секунду, при наблюдении с Земли можно рассматривать как материальную точку. Космонавт, нахо­дящийся в корабле, не может считать его материальной точкой.

Для описания движения тела необходимо ввести понятия траектории, пройденного пути и перемещения.

Траектория – это линия по которой движется тело. Траектория может быть прямо­линейной и криволинейной.

Путь пройденный точкой, равен длине траектории. Путь — скалярная величина.

Пере­мещение — вектор, соединяю­щий начальное положение точки с ее конечным положе­нием.

Международной единицей измерения пути и перемеще­ния является метр (м).

Положение тела в пространстве можно определить только относительно других тел, поэтому для описания движения необходима система отсчета.Система отсчета состоит из тела отсчета, системы координат, способа отсчета времени.

Скорость- это перемещение, совершаемое за единицу времени.(м/с)

Ускорение- это изменение скорости за единицу времени.(м/с²)

3) Виды движения:

Движение можно различать по форме траектории – прямолинейное (траектория прямая линия) и криволинейное ( траектория кривая).

Движение может отличаться по скорости – равномерное, равноускоренное, неравномерное.

Равномерное- движение, при котором точка за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения .

Равноускоренное – движение при котором тело за равные промежутки времени изменяет скорость одинаково.

Неравномерное- движение при котором перемещения точки за равные промежутки времени не одинаковы, называют неравномерным движением. Для характеристики неравномерного движения используют среднюю скорость

Основы динамики

Инерция- это явление сохранения скорости не изменой при отсутствии внешних воздействий. При резком торможении автобуса пассажиры продолжают двигаться по инерции вперед.

Инертность- это свойство тел по-разному изменять свою скорость при внешних воздействиях.

Со свойством инертности связана масса тела. Масса тела – это мера инертности. Чем тяжелее тело, тем сложнее изменить его скорость, тем оно инертнее. Тяжелый камень труднее остановить, чем воздушный шарик, но и заставить двигаться воздушный шарик можно легким прикосновением руки.

Тело изменяет свою скорость, если на него действуют другие тела.

Сила-это мера воздействия одного тела на другое.

Сила равна F = ma

Три закона Ньютона:

Вся динамика базируется на трех основных законах, сформулированных впервые Ньютоном в 1686 году в книге «Математические начала натуральной философии» :

1закон( закон инерции)

-существуют такие системы отсчета ,относительно которых тело сохраняет свою скорость неизменной, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.

В этом случае тело движется равномерно и прямолинейно или покоится.

2закон( основной закон динамики материальной точки)

-ускорение, приобретенное телом, прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально его массе.

а = F / m

3закон(закон противодействия)

-сила действия равна силе противодействия(или с какой силой одно тело действует на второе с такой же по величине, но противоположно направленной силой второе тело действует на первое).

F₁₂ = - F₂₁

5) Силы в природе:

Сила всемирного тяготения:

Сила, с которой все тела притягиваются друг к другу, называется силой всемирного тяготения. Обозначается буквой F_в.т Рассчитывается по формуле:

F_в.т= G(m₁*m₂)/R²

G =6,67 * 10 ^-11 Н м²/кг^{2 -} гравитационная постоянная

Направлена вдоль прямой, соединяющей центры тел.

Сила тяжести:

Сила , с которой все тела притягиваются к Земле называется силой тяжести. Обозначается буквой F _тяж Рассчитывается по формуле: F_тяж = mg

Направлена вертикально вниз. ( к центру Земли)

Вес тела:

Сила , с которой тело давит на опору или подвес вследствие своего притяжения к земле, называется весом тела. Обозначается буквой Р

Направлена вниз перпендикулярно поверхности.

Сила реакции опоры:

Сила, с которой опора реагирует на воздействие тела называется силой реакции опоры. Обозначается буквой N. Рассчитывается по формуле: N = - Р

Направлена перпендикулярно поверхности вверх.

Сила упругости:

Сила , возникающая при деформации тела называется силой упругости.

Обозначается буквой FупрРассчитывается по формуле: а F_упр= -Кх, где K – коэффициент упругости , х – абсолютная деформация.

Направлена сила упругости в сторону противоположную деформации.

Сила трения:

Сила , возникающая при движении одного тела по поверхности другого, называется силой трения. Обозначается буквой Fтр .

Рассчитывается по формуле: Fтр= μN, где μ – коэффициент трения, N- сила реакции опоры.

Направлена в сторону противоположную движению.

Сила тяги :

Сила, приводящая тело в движение за счет работы механизмов, называется силой тяги.

Обозначается F_тяги . Направлена в сторону движения тела.

Если на тело действует только сила тяжести, то оно совер­шает свободное падение. Следовательно, свободное падение — это движение тела в безвоздушном пространстве (вакууме) под действием только силы тяжести.

Свободное падение — это равноускоренное движение, так как вблизи поверхности Земли оно происходит под действием постоянной по модулю и направлению силы тя­жести .

Ускорение свободного падения на уровне поверхности Земли на данной географической широте для всех тел одинаково: на полюсе g =9,83 м/с², на экваторе g=9,78 м/с², среднее зна­чение g=9,8 м/с².

Ускорение свободного падения можно высчитать для любой планеты, если воспользоваться формулой

g = G M_{планеты} / R² _{планеты}

Весом тела называется сила, с которой тело действует на опору или подвес вследствие своего притяжения к Земле.

Вес тела равен по величине и противоположно направлен силе реакции опоры. Эти силы, исходя из 3 закона Ньютона являются парными силами P = - N

Вес тела направлен перпендикулярно поверхности вверх.

Вес тела, движущегося с ускорением вверх или вниз, изменяется.

При движении вверх Р= m( g + a).

При движении вниз вес уменьшается P = m(g – a).

При движении тела вниз с ускорением свободного падения тело находится в состоянии невесомости, т.е. вес такого тела = 0.

Импульс тела, закон сохранения импульса и его применение.

Импульс – это количественная характеристика движения равная произведению массы тела на его скорость. p = m v

Импульс- это вектор, направление которого совпадает с направлением движения тела. Единицы измерения кг^.м / с

При взаимодействии тел в замкнутой системе выполняется закон сохранения импульса:

– сумма импульсов замкнутой системы остается постоянной. p₁+p₂+p₃=const

Замкнутой называется система в которой тела взаимодействуют только между собой.

Примером закона сохранения импульса являются любые упругие и неупругие удары (столкновения шаров в бильярде),прыжок человека с тележки, отдача ружья при выстреле, реактивное движение.

Реактивное движение – это движение ракеты за счет выброса продуктов сгорания топлива по закону сохранения импульса.