Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Забайкальский государственный университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

механика.физика / Механика(копия)

.doc

Скачиваний:

Добавлен:

01.04.2015

Размер:

96.26 Кб

Скачать

☆

Раздел 1. МЕХАНИКА

Глава 1. Физические основы классической механики

1.1 Введение. Общие понятия

Механическое движение – это простейший и в то же время самый распространенный вид движения материальных объектов микро-, макро- и мегамира. Наряду с универсальными законами, описывающими поведение любых тел (законы сохранения, принцип минимального действия и др.), существуют специфические законы для каждого масштабного уровня, являющиеся предметом изучения разных разделов науки (астрономии, квантовой механики, теории относительности и др.).

Классическая механика изучает законы движения и взаимодействия макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света в вакууме. Релятивистская механика (специальная теория относительности) описывает особенности движения макроскопических тел, движущихся со скоростью, сравнимой со скоростью света. Для описания движения микроскопических тел (элементарных частиц) законы классической механики неприменимы, они заменяются законами квантовой механики. На рисунке представлены границы применимости разных разделов механики, где m - масса тела;

m₀- масса протона;

V - скорость тела;

С - скорость света в вакууме.

классическая

механика

детерминированный характер движения

вероятностный

характер движения

квантовая

механика

СТО

релятивисткая

механика

релятивистская

квантовая

механика

10⁶

0,01

Механическое движение – это изменение положения тел или их частей относительно друг друга с течением времени.

О О

Рис. 1

вижение одного и того же тела при рассмотрении его относительно разных тел может выглядеть по-разному. Например, грузы А и В связаны нитью и движутся вдоль вертикальной стойки (рис. 1), при этом груз В относительно стойки движется медленнее, чем относительно груза А. Кусочек мела, движущийся прямолинейно вдоль линейки С, на вращающемся диске Д (рис. 2) оставит след в виде кривой линии.

Таким образом, механическое движение относительно, поэтому при решении любой задачи о движении должна быть выбрана система отсчета, в которой будет рассматриваться движение.

С Д

Рис.2
истема отсчета – это совокупность тела отсчета, системы координат, связанной с этим телом, и неподвижных относительно них инструментов для измерения расстояния и времени. Во многих задачах в качестве тела отсчета выбирается Земля, а в качестве системы координат – прямоугольная декартова система.

Физика, как и любая другая наука, рассматривает не реальные тела во всем многообразии их свойств, а модели, в которых у тела оставляют ограниченное число свойств, существенных для рассматриваемого явления, пренебрегая всеми остальными. Для изучения простейших типов движения (поступательного и вращательного движений твердых тел) достаточно двух моделей:

1) материальная точка – тело, формой и размерами которого можно пренебречь по сравнению с характерными расстояниями, рассматриваемыми в задаче;

2) абсолютно твердое тело – тело, расстояние между любыми двумя точками которого не меняется во время движения (то есть тело, для которого можно пренебречь его деформацией).

Более сложные движения во многих случаях сводятся к совокупности простых. Так, движение катящегося обруча можно рассматривать как совокупность поступательного движения центра масс и вращения вокруг центра масс.

Рис. 3

Поступательное движение – движение, при котором любая прямая, проведенная в теле, остается параллельной себе или, по-другому, когда все точки тела движутся одинаково. В зависимости от формы траектории поступательное движение может быть как прямолинейным, так и криволинейным. Например, на рис. 3 все точки стержня АВ движутся по окружностям одинаковых радиусов, имеют одинаковые скорости, а сам стержень во время движения остается параллелен себе.

Рис. 4

Вращательное движение вокруг неподвижной оси – движение, при котором все точки движутся по окружностям разных радиусов, центры которых лежат на одной прямой, называемой осью вращения (рис. 4).

Поскольку при поступательном движении все точки тела движутся одинаково, достаточно описать движение одной из них, то есть можно считать тело материальной точкой. Характеристики движения, используемые для описания материальной точки, принято называть линейными (линейная скорость, линейное ускорение).

Линейные характеристики разных точек вращающегося тела различны, например, линейная скорость точки А (рис. 4) меньше, чем линейная скорость точки В. Поэтому при описании вращения тела относительно неподвижной оси необходимо найти такие характеристики, которые были бы одинаковы для всех точек тела. Их называют угловыми характеристиками.

Заключение. Структурно-логическая схема темы «Физические

основы классической механики».

Любое физическое явление – это изменение состояния объекта (или системы), происходящее в результате его взаимодействия с другими объектами. Изучить физическое явление – это значит найти такие величины, которые позволяют описать свойства самого объекта, его состояние в любой момент времени, взаимодействие с другими объектами, а также установить законы, связывающие эти величины и позволяющие предсказывать результат явления при тех или иных условиях его протекания.

Физика – это не набор формул и фактов, а система знаний, Чтобы все изученное закрепилось в памяти как система, полезно представить информацию об изучаемых явлениях ( в нашем случае – о механическом движении) в сжатом виде – в виде структурно-логической схемы ( Рис……)

Во-первых, на схеме выделяются две части : первая часть относится к описанию движения одного тела, вторая – к системе взаимодействующих тел.

Во-вторых, информация на схеме сгруппирована в блоки, некоторые из которых имеют светлый фон – это информация о величинах, характеризующих механические свойства самого тела, состояние его движения, изменение этого состояния и взаимодействие с другими телами; другие блоки имеют темный фон – это информация о законах, связывающих разные группы величин. Как видно, выделено четыре группы законов: кинематические законы, динамические законы, законы для разных видов сил и законы сохранения.

В- третьих, на схеме легко прослеживаются две цепочки логических связей, обозначенные горизонтальной и вертикальной стрелками и соответствующие двум разделам механики – кинематике и динамике. Кинематические законы движения устанавливают связь между характеристиками начального и конечного состояний тела без учета причин, вызывающих изменение состояния. Изменение состояния происходит в результате взаимодействия тел. Законы динамики связывают между собой характеристики взаимодействия, свойств тел и изменения состояния движения. Интенсивность взаимодействия определяется состоянием взаимодействующих тел в каждый данный момент времени. Например, силы, характеризующие гравитационное и упругое взаимодействие, зависят от взаимного расположения тел или их частей друг относительно друга , а силы трения – от скоростей движения тел. Эти зависимости описываются законами для разных видов сил. При переходе от рассмотрения движения одного тела к движению системы взаимодействующих тел появляется еще одна группа законов – законы сохранения, связывающие характеристики начального и конечного состояния системы тел при определенных условиях ( замкнутость и консервативность системы).

Структурно-логическая схема изучения раздела "Основы механики"