Конспект по физике на тему Механика. Динамика (подготовка к ЕГЭ)

Раздел 1.2. Динамика.

Тема 1. Три закона Ньютона.

Динамика изучает причины движения тел и способы определения ускорения.

Инерция - явление, при котором тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения (т.е. в этих случаях отсутствует ускорение). Иначе говоря, инертность - это явление сохранения скорости тела.

Инерциальные системы отсчета (ИСО) - это системы отсчета, относительно которых наблюдается инерция, а также те, которые движутся равномерно и прямолинейно относительно ИСО.

ИСО - системы, ускорение которых равно нулю.

Инертность - физическое свойство, заключающееся в том, что любое тело оказывает сопротивление изменению его скорости (как по модулю, так и по направлению).

Проявление инертности чаще всего наблюдается в движущемся транспорте. Например, при резком увеличении скорости все пассажиры отклоняются назад, при резком торможении - вперед, при повороте направо все отклоняются влево и т.д.

Масса m (кг) - физическая величина, являющаяся мерой инертности тела. Измерительный прибор - весы.

Сила F (Н) - количественная характеристика воздействия одного тела на другое.

Сила - векторная величина, которая имеет числовое значение, направление в пространстве, точку приложения.

Точкой приложения всех сил (кроме веса) является центр тяжести тела. Измерительный прибор - динамометр.

Законы Ньютона

Законы Ньютона справедливы только в ИСО.

Равнодействующая сила - векторная сумма всех сил, действующих на тело:

Тема 2. Сила всемирного тяготения.

Сила всемирного тяготения - это сила, с которой тела притягиваются к друг другу. Это сила наиболее заметно проявляется при взаимодействии массивных тел (звезд, планет, их спутников).

Закон всемирного тяготения: все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:

, где

G=6,67*10^-11 Hм²/кг² - гравитационная постоянная, численно равная силе гравитационного притяжения двух тел массой по 1 кг каждое , находящихся на расстоянии 1м одно от другого;

r - расстояние между центрами тел.

Сила всемирного тяготения направлена по линии, соединяющей центры тел:

Тема 3. Сила тяжести

Сила тяжести - это сила, с которой планета (Земля) притягивает к себе окружающие тела. Сила тяжести имеет гравитационную природу. Направление силы тяжести - вертикально вниз:

Искусственный спутник планеты (ИСЗ) - это тело, которое обращается вокруг планеты. Движение искусственных спутников происходит по эллипсам, но для удобства рассматривают упрощенный случай - движение по окружности. Линейную скорость такого движения называют первой космической скоростью.

М - масса планеты,

m - масса спутника,

R -радиус планеты,

H -высота спутника над поверхностью планеты,

r - расстояние от центра планеты до спутника (r=R+H - радиус орбиты),

v_I - первая космическая скорость спутника.

Закон движения ИСЗ - второй закон Ньютона:

Тема 4. Сила упругости

Сила упругости - это сила, возникающая при деформации тел, как ответная реакция на внешнее воздействие. Сила упругости имеет электромагнитную природу.

Деформация - изменение формы или объема тела.

Виды деформации:

Растяжение -это вид деформации, при котором нагрузка прикладывается продольно от тела, то есть соосно или параллельно точкам крепления тела.

Сжатие -это вид деформации, аналогичный растяжению, с одним отличием в способе приложения нагрузки, ее прикладывают соосно, но по направлению к телу.

Изгиб - это вид деформации, при котором нарушается прямолинейность главной оси тела.

Сдвиг - это вид деформации, при котором нагрузка прикладывается параллельно основанию тела. В ходе деформации сдвига одна плоскость тела смещается в пространстве относительно другой.

Кручение - это вид деформации, при котором к телу приложен крутящий момент, вызванный парой сил, действующих в перпендикулярной плоскости оси тела.

Упругие деформации исчезают после снятия нагрузки.

Пластические деформации остаются после снятия нагрузки.

Закон Гука: модуль силы упругости , возникающей при деформации тела, пропорционален его удлинению

где:

k - жесткость пружины, зависящая от его размеров, формы и материала. Единица измерения (H/m).

Закон Гука выполняется только для упругих деформаций.

Сила упругости направлена противоположно перемещению частиц при деформации.

Сила реакции опоры (N) всегда перпендикулярна опоре.

Сила натяжения нити (T) всегда направлена вдоль оси подвеса.

Архимедова сила (F_A) всегда противоположна силе тяжести.

Основные понятия и величины, характеризующие деформацию.

Деформация или абсолютное удлинение тела х (м):

где:

l₀ - начальная длина тела, l - длина деформированного тела.

Относительное удлинение тела :

.

Механическое напряжение (Н/м²):

Жесткость пружины k (H/м):

, где:

E - модуль упругости (модуль Юнга).

Тема 5. Силы трения.

Сила трения возникает при движений тел или при попытке сдвинуть их с места.

Она действует на поверхности тел и затрудняет их перемещение относительно друг друга.

Относится к силам электромагнитной природы.

Трение бывает сухое и жидкое.

Сухое делится на три вида: трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Трение скольжения возникает при скольжении одного тела по поверхности другого.

Направление трения скольжения противоположно скорости движения :

Трение скольжения находится по формуле:

,где:

- коэффициент трения.

Если движение происходит по гладкой поверхности, то силу трения учитывать не надо. Если тело преодолевает границу между гладкой и шероховатой поверхностью, то сила трения равна:

.

Трение покоя возникает при попытке сдвинуть предмет с места. Трение покоя противоположно приложенной силе или направлению возможного движения.

Жидкое трение (сила сопротивления) возникает при движении в жидкостях и газах. Направление жидкого трения противоположно скорости движения:

.

Жидкое трение зависит от формы тел.

При малых скоростях :

При больших скоростях:

.

Тема 6. Вес тела

Вес тела - это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле, действует на опору или подвес (сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес).

Относится к силам электромагнитной природы.

Измеряется динамометром.

Единица измерения - ньютон (Н).

Вес тела, опускающегося с ускорением или поднимающегося с замедлением:

Р = m(g - a).

Вес тела, поднимающегося с ускорением или опускающегося с замедлением:

Р = m(g + a).

Перегрузка при подъеме с ускорением или спуске с замедлением:

,где :

n - перегрузка (безразмерная),

Р - вес (Н),

m - масса (кг),

g - ускорение свободного падения (м/с²).

Тема 7. Импульс тела

Импульс тела р (кг*м/с) - это векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость.

.

Направление импульса совпадает с направлением скорости, так как масса есть величина положительная:

.

Импульс равен нулю, если тело не движется (v=0).

Суммарный (полный) импульс системы тел - это векторная сумма импульсов всех тел:

Изменение импульса тела - векторная разность между конечным и начальным импульсом тела:

.

Второй закон Ньютона:

Закон сохранения импульса: полный импульс замкнутой системы сохраняется.

Систему называют замкнутой, если тела, входящие в нее, взаимодействуют только друг с другом, а влиянием внешних сил можно пренебречь.