Лекция 2 - Динамика точки 2014

Лекция 2. Динамика точки.

Импульс. Второй закон Ньютона – основное уравнение динамики. Сила и масса. Силы в природе (гравитационные, электромагнитные, ядерные). Границы применимости второго закона Ньютона. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона. Принцип относительности Галилея. Второй закон Ньютона в неинерциальной системе отсчета. Силы инерции. Понятие механической системы. Внешние и внутренние силы. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса. Работа силы. Мощность. Теорема об изменении кинетической энергии. Консервативные и диссипативные силы. Потенциальная энергия. Выбор нулевого уровня для потенциальной энергии. Закон сохранения энергии в механике.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение импульса.

2. Какую информацию о частице мы должны иметь, чтобы решить основную задачу механики?

3. Сформулируйте второй закон Ньютона в наиболее общей форме. Как он будет выглядеть для частицы с постоянной массой? А для частицы, имеющей постоянную скорость?

4. Какую величину нам надо найти из второго закона Ньютона, чтобы решить основную задачу механики?

5. Что мы называем силой?

6. Является ли второй закон Ньютона определением силы?

7. Объясните, чем вызвана необходимость независимых от второго закона Ньютона законов для сил?

8. Какие типы взаимодействий существуют в природе? Приведите примеры проявления каждого из этих взаимодействий. С каким типом взаимодействия мы чаще всего встречаемся в повседневной жизни?

9. Что такое гравитационная сила? Какие вы знаете законы для гравитационных сил?

10. Сформулируйте закон всемирного тяготения. Когда он применим в такой формулировке?

11. Сформулируйте законы для известных вам сил электромагнитной природы.

12. Как зависят от расстояния силы межмолекулярного взаимодействия? Связан ли закон Гука с этой зависимостью?

13. Сформулируйте известные вам законы для сил трения.

14. Каковы отличительные черты сил ядерного взаимодействия?

15. Каковы границы применимости второго закона Ньютона?

16. Сформулируйте первый закон Ньютона.

17. Какие системы отсчёта называются инерциальными, а какие – неинерциальными? Для чего придуман первый закон Ньютона и не является ли он простым следствием второго закона Ньютона?

18. Сформулируйте принцип относительности Галилея.

19. Какая система отсчета называется неинерциальной? Приведите примеры таких систем. Можно ли узнать, не выглядывая наружу, в какой системе отсчета вы находитесь – инерциальной или неинерциальной?

20. Каким образом можно использовать второй закон Ньютона в неинерциальных системах отсчета?

21. Чему равна и куда направлена сила инерции? Пользуясь понятием силы инерции, объясните явление невесомости.

22. Что называют системой материальных точек (механической системой)?

23. Какие силы называют внутренними, а какие – внешними?

24. Сформулируйте третий закон Ньютона. Всегда ли он выполняется?

25. Сформулируйте закон сохранения импульса.

26. Дайте определение работы в механике. В каких случаях работа равна нулю? Какой вид имеет выражение для работы в случае постоянной силы?

27. Что такое мощность?

28. Чему равна работа результирующей силы, действующей на тело?

29. Что такое кинетическая энергия?

30. Какие силы называются консервативными, а какие – диссипативными? Приведите примеры тех и других.

31. Чему равна работа консервативной силы? Чему будет равна работа такой силы вдоль замкнутой траектории?

32. Что такое потенциальная энергия? Где она равна нулю?

33. От какого уровня надо отсчитывать высоту для вычисления потенциальной энергии поля силы тяжести?

34. Сформулируйте закон сохранения энергии в механике.

Вопросы

1. Если ускорение тела равно нулю, значит ли это, что на него не действует ни одна сила?

2. На тело действует одна-единственная сила. Может ли ускорение тела равняться нулю?

3. Должна ли действовать на тело какая-либо сила, чтобы оно двигалось по криволинейной траектории?

4. Наконец-то построена столь идеальная железная дорога, что поезд по ней идёт без малейших колебаний и покачиваний! Можно ли установить, не выглядывая наружу, стоит ли поезд на месте или же едет по прямой с постоянной скоростью? С постоянным ускорением? С переменной скоростью? С переменным ускорением?

5. Если уронить тело в движущемся с постоянной скоростью поезде, оно полетит вертикально вниз относительно поезда или относительно рельсов?

6. Чем хороши инерциальные системы отсчета?

7. Можно ли считать Землю инерциальной системой отсчета?

8. Большинство движущихся тел в конце концов замедляется и останавливается. Противоречит ли это закону сохранения импульса?

9. Возможны ли ситуации, когда результирующая сила не равна нулю, а законом сохранения импульса можно пользоваться?

10. Трактор тащит на буксире бревно с постоянной скоростью. Чему равна результирующая сила, действующая на бревно?

11. Какой-то шутник отбуксировал Землю на расстояние от Солнца, в три раза большее, чем нынешнее. Как и во сколько раз изменилась сила притяжения Земли к Солнцу?

12. Арбуз радиусом 10 см стоит 50 гроблей, а арбуз радиусом 20 см – 200 гроблей. Какие арбузы выгоднее покупать?

13. Вы положили телевизор экраном кверху и настроили изображение. Потом поставили телевизор в нормальное положение. Упадет ли картинка с экрана?

14. Почему мы не проваливаемся сквозь пол?

15. Почему ядерные силы не оказывают влияния на протекание химических процессов?

16. Вы измеряете свой вес пружинными весами в лифте, который двигается с ускорением, направленным а) вверх; б) вниз; с постоянной скоростью, направленной а) вверх; б) вниз. Что можно сказать о показаниях весов в этих четырёх случаях?

17. Можно ли считать Землю инерциальной системой отсчета?

18. Изменяется ли работа при переходе из одной системы отсчета в другую?

19. Куда направлена работы силы трения? )))

20. Можно ли выяснить на листе бумаги, является ли данная конкретная сила консервативной или диссипативной? Если можно, то каким образом? Если нельзя, то почему?

21. Может ли точка иметь не равный нулю импульс и равную нулю энергию?

22. Может ли точка иметь не равную нулю энергию и равный нулю импульс?

23. Почему работа сил трения всегда отрицательна?

24. Какой смысл имеют знаки «плюс» и «минус» у работы?

25. Если уронить очень упругий мяч, сможет ли он подпрыгнуть на высоту, бОльшую, чем та, на которой он находился?

26. Пользуясь определениями работы и мощности, получите формулу, связывающую мощность со скоростью тела.

27. Почему, когда Вы идёте по плавающей на воде лодке, лодка двигается в противоположном направлении?

28. Если на систему не действуют внешние силы, будет ли сохраняться полная механическая энергия системы?