Механическое движение – это изменение положения тела в пространстве относительно других тел.
Например, автомобиль движется по дороге. В автомобиле находятся люди. Люди движутся вместе с автомобилем по дороге. То есть люди перемещаются в пространстве относительно дороги. Но относительно самого автомобиля люди не движутся. В этом проявляется . Далее кратко рассмотрим основные виды механического движения .
Поступательное движение – это движение тела, при котором все его точки движутся одинаково.
Например, всё тот же автомобиль совершает по дороге поступательное движение. Точнее, поступательное движение совершает только кузов автомобиля, в то время как его колёса совершают вращательное движение.
Вращательное движение – это движение тела вокруг некоторой оси. При таком движении все точки тела совершают движение по окружностям, центром которых является эта ось.
Упоминавшиеся нами колёса совершают вращательное движение вокруг своих осей, и в то же время колёса совершают поступательное движение вместе с кузовом автомобиля. То есть относительно оси колесо совершает вращательное движение, а относительно дороги – поступательное.
Колебательное движение – это периодическое движение, которое совершается поочерёдно в двух противоположных направлениях.
Например, колебательное движение совершает маятник в часах.
Поступательное и вращательное движения – самые простые виды механического движения.
Относительность механического движения
Все тела во Вселенной движутся, поэтому не существует тел, которые находятся в абсолютном покое. По той же причине определить движется тело или нет, можно только относительно какого-либо другого тела.
Например, автомобиль движется по дороге. Дорога находится на планете Земля. Дорога неподвижна. Поэтому можно измерить скорость автомобиля относительно неподвижной дороги. Но дорога неподвижна относительно Земли. Однако сама Земля вращается вокруг Солнца. Следовательно, дорога вместе с автомобилем также вращается вокруг Солнца. Следовательно, автомобиль совершает не только поступательное движение, но и вращательное (относительно Солнца). А вот относительно Земли автомобиль совершает только поступательное движение. В этом проявляется относительность механического движения .
Относительность механического движения – это зависимость траектории движения тела, пройденного пути, перемещения и скорости от выбора системы отсчёта .
Материальная точка
Во многих случаях размером тела можно пренебречь, так как размеры этого тела малы по сравнению с расстоянием, которое походит это тело, или по сравнению с расстоянием между этим телом и другими телами. Такое тело для упрощения расчетов условно можно считать материальной точкой, имеющей массу этого тела.
Материальная точка – это тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь.
Многократно упоминавшийся нами автомобиль можно принять за материальную точку относительно Земли. Но если человек перемещается внутри этого автомобиля, то пренебрегать размерами автомобиля уже нельзя.
Как правило, решая задачи по физике, рассматривают движение тела как движение материальной точки , и оперируют такими понятиями, как скорость материальной точки, ускорение материальной точки, импульс материальной точки, инерция материальной точки и т.п.
Система отсчёта
Материальная точка движется относительно других тел. Тело, по отношению к которому рассматривается данное механическое движение, называется телом отсчёта. Тело отсчёта выбирают произвольно в зависимости от решаемых задач.
С телом отсчёта связывается система координат , которая представляет из себя точку отсчёта (начало координат). Система координат имеет 1, 2 или 3 оси в зависимости от условий движения. Положение точки на линии (1 ось), плоскости (2 оси) или в пространстве (3 оси) определяют соответственно одной, двумя или тремя координатами. Для определения положения тела в пространстве в любой момент времени также необходимо задать начало отсчёта времени.
Система отсчёта – это система координат, тело отсчета, с которым связана система координат, и прибор для измерения времени. Относительно системы отсчёта и рассматривается движение тела. У одного и того же тела относительно разных тел отсчёта в разных системах координат могут быть совершенно различные координаты.
Траектория движения также зависит от выбора системы отсчёта.
Виды систем отсчёта могут быть различными, например, неподвижная система отсчёта, подвижная система отсчёта, инерциальная система отсчёта, неинерциальная система отсчёта.
Организация класса к уроку
Знакомство с планом уроков, озвучивание цели и задачи урока.
Актуализация знаний
«Сегодня на уроке мы с вами познакомимся с движением, его видами, а также с понятиями траектория, путь, перемещение».
Мозговой штурм
Ситуация для обсуждения в парах
Если мы будем говорить о чистом поле, где движется автомобиль.
То можем мы сказать, куда или откуда он едет?
Примерные правильные ответы учащихся
Однозначно сказать не можем
Нет ориентиров, по которым мы бы смогли сказать: «он едет от моста, или он приближается к городу».
Рассмотрение примеров механического движения (слайд№5)
Обсуждение увиденного
Вывод:
Да, относительно дерева мальчик, автомобиль, самолет меняет свое местоположение, т. е можно сказать, что мальчик, автомобиль, самолет движутся относительно дерева.
Определение механического движения
Изменение в течение времени положения тела относительно других тел называют механическим движением (запись в тетрадь)
Чтобы понять смысл этого определения нам необходимо ввести понятие тела отсчета и относительность движения
Просмотрим видео «Механическое движение. Тело отсчета»
Вывод:
Тело отсчета - это тело , относительно которого определяется положение другого тела . Обычно в качестве тела отсчета выбирается земля, но может быть и движущийся относительно земли предмет: автомобиль, лодка, самолет и т.д.
Учащиеся приводят примеры механического движения тел
Что Вы можете сказать о размерах тела, участвующих в движении
Примерный правильный ответ -Все они разные по размеру
Говоря о размерах нам необходимо принять некоторые условия.
С этой целью предлагаю просмотреть видео «Материальная точка»
Материальная точка - тело, размерами и формой которого можно пренебречь в данных условиях.
Критерии замены тела материальной точкой:
а) путь, пройденный телом, намного больше размеров движущегося тела.
б) тело движется поступательно.
Определение поступательного движения
Это движение, при котором отрезок прямой , связывающий две любые точки этого тела, форма и размеры которого во время движения не меняются, остается параллельным своему положению в любой предыдущий момент времени.
Вопрос учащимся
Как определить положение тела? (обсуждение в парах)
Вывод после обсуждения
Система отсчета: тело отсчета, система координат, часы.
Система отсчета может быть:
Одномерной, когда положение тела определяется одной координатой
Двухмерной, когда положение тела определяется двумя координатами
Трехмерной, когда положение тела определяется тремя координатами.
Демонстрация.
У меня на столе стоит игрушечный заводной автомобиль.
Продемонстрируем его движение
Мысленный эксперимент
Представим теперь, что автомобиль выезжает из деревни (пункт А) в город (пункт В). При этом дорога, по которой он движется, имеет следующий вид (рисуем на доске воображаемую линию). Эта линия называется траекторией.
Траектория-это линия, вдоль которой движется тело.
Траекторию можно
А если мы измерим кратчайшее расстояние между двумя пунктами, то у нас получится перемещение.
Длина траектории по которой движется тело в течении некоторого промежутка времени называется путем.
Вы видите, что перемещение и путь обозначается буквой S.
И перемещение и путь измеряются в километрах, метрах, сантиметрах, дециметрах. В СИ основная единица пути в метрах.
1 мм = 0,001 м, 1 дм = 0,1 м, 1 см = 0,01 м, 1 км= 1000 м.
Проверка понимания
Формативное оценивание (взаимооценивание)
На выполнение каждого задания 4 минуты, для оценивания один ученик зачитывает свой ответ, остальные оценивают с помощью зеленого(согласен) и красного (несогласен) цветов семафора
Приложение 1
гПриложение2(материальная точка, путь, перемещение)
Подумай и ответь1.Можно ли считать Луну материальной точкой при расчете расстояния от Земли до Луны; при измерении её диаметра; при расчете движения спутника вокруг Луны; при посадке космического корабля на ее поверхность; при определении скорости ее движения вокруг Земли?
а) человек идет из дома на работу;
б) человек выполняет гимнастические упражнения;
в) человек совершает путешествие на пароходе;
г) при измерении роста человека?
а) он бежит от середины поля к воротам противника;
б) он отбирает мяч у противника;
в) он делает пас другому игроку;
г) он спорит с судьей;
д) врач оказывает ему помощь?
4. Путь или перемещение мы оплачиваем при поездке в такси, на самолете, на теплоходе, на поезде?
5. Мальчик подбросил мяч вверх и снова поймал его. Считая, что мяч поднялся на высоту 2,5 м, найдите путь и перемещение мяча.
Закрепление Понятий «путь» и «перемещение»
Приложение 2
Механическое движение
1.Механическое движение - это...
1) Движение механизированных устройств
2) Движение автомобилей и самолетов
3) Изменение положения тела относительно других тел с течением времени
4) Перемещение каких-либо тел
2.Что такое траектория ?
Выберите один из 3 вариантов ответа:
1) Это линия, обозначающая направление перемещения тела
2) Это линия, вдоль которой двигается тело
3) Это путь, пройденный телом в процессе движения
3.Примерами механического движения являются ...
Выберите несколько из 4 вариантов ответа:
1) Бегущий человек
2) Падающий камень
3) Протекающий по проводам ток
4) Перемешивание слоев жидкости в процессе кипения
4.В каких единицах измеряется пройденный путь в Международной системе (СИ)?
Выберите один из 4 вариантов ответа:
1) В километрах
2) В метрах
3) В сантиметрах
4) В гектометрах
Итог урокаУчитель: Сегодня на уроке мы рассмотрели механическое движение и его физические характеристики
Как механика, занимается изучением взаимодействия и движения тел. Основным свойством движения является перемещение в пространстве. Но само перемещение для разных наблюдателей будет разным - это и есть относительность механического движения. Стоя на обочине дороги и наблюдая за движущимся автомобилем, мы видим, что он или приближается к нам, или удаляется, в зависимости от направления движения.
Наблюдая движение машины, мы определяем, как изменяется расстояние между наблюдателем и автомобилем. В то же время, если мы будем сидеть в автомобиле и перед нами будет с такой же скоростью двигаться другой автомобиль, то передний будет восприниматься как стоящий на месте, т.к. расстояние между машинами не меняется. С точки зрения стоящего на обочине наблюдателя автомобиль движется, с точки зрения пассажира - автомобиль неподвижен.
Из этого следует вывод, что каждым наблюдателем движение оценивается по-своему, т.е. относительность определяется точкой, из которой проводится наблюдение. Поэтому для точного определения движения тела необходимо выбрать точку (тело), от которой и будет производиться оценка движения. Здесь непроизвольно возникает мысль, что такой подход к изучению движения затрудняет его понимание. Так и хочется найти какую-то точку, при наблюдении из которой движение было бы «абсолютным», а не относительным.
Изучая физика и физики старались найти решение этой задачи. Ученые, используя такие понятия, как «прямолинейное равномерное движение» и «скорость перемещения тела», пытались определить, как будет двигаться это тело относительно наблюдателей, имеющих разную скорость. В итоге было установлено, что результат наблюдения зависит от соотношения скоростей движения тела и наблюдателей друг относительно друга. Если скорость тела больше, то оно удаляется, если меньше, то приближается.
При всех расчетах использовались формулы классической механики, связывающие скорость, пройденный путь и время при равномерном движении. Следующий напрашивающийся вывод: относительность механического движения - это такое понятие, которое подразумевает одинаковое течение времени у каждого наблюдателя. Полученные учеными формулы называются Он первым в классической механике сформулировал понятие относительности движения.
Физический смысл преобразований Галилея чрезвычайно глубок. Согласно классической механике, его формулы действуют не только на Земле, но и по всей Вселенной. Следующий вывод из этого - пространство одинаково (однородно) всюду. И раз движение одинаково во всех направлениях, то пространство обладает свойствами изотропности, т.е. его свойства одинаковы во всех направлениях.
Таким образом, получается, что из самых простых прямолинейного равномерного движения и концепции относительности механического движения, следует чрезвычайно важный вывод (или гипотеза): понятие «время» едино для всех, т.е. оно универсально. Также из этого следует, что пространство изотропно и однородно, и преобразования Галилея справедливы во всей Вселенной.
Вот такие несколько необычные выводы получаются из наблюдения с обочины за проезжающими мимо автомобилями, а также из попыток с помощью формул классической механики, связывающих скорость, путь и время найти объяснения увиденному. Простое понятие «относительность механического движения», оказывается, может привести к глобальным выводам, затрагивающим основы понимания Вселенной.
Материал касается вопросов классической физики. Рассмотрены вопросы, связанные с относительностью механического движения и выводы, следующие из этого понятия.
Механическое движение - это изменение, происходящее с течением времени, взаимного расположения тел в пространстве.
Примером может служить движение транспортных средств, летательных аппаратов и даже колебания земной коры.
Виды механического движения:
- поступательное механическое движение;
- вращательное механическое движение;
- колебательное механическое движение.
При поступательном движении все точки тела совершают одинаковые движения. Если провести любую прямую в теле при его движении, то она останется параллельной самой себе. Например, такое движение происходит при использовании лифта.
При вращательном движении точки тела будут описывать окружность. Например, в составе генератора есть ротор, который описывает окружность относительно оси этого ротора.
Ротор
При колебательном движении точки тела совершают движение, то вверх, то вниз. Этот вид движения можно рассмотреть на примере обычно пружины и груза. Для этого на пружину надо привязать груз, и она начнет совершать колебательное движение.
Колебательное движение на примере пружины
Относительность механического движения и понятие системы отсчета
Понятие «относительность механического движения » подразумевает, что какое-то тело может покоиться относительно одних тел, но совершать движение относительно других тел. Из-за этого важно указать, говоря, что тело движется или покоится, относительно чего рассматривается состояние. Например, лодка неподвижна относительно воды, но движется относительно берега.
Поэтому и надо указывать относительно какого тела движется или покоится предмет.
В разных системах отсчета скорости тел будут неодинаковы.
Система отсчета - это система, объединяющая тело отсчета, связанную с ними отсчета и прибор для измерения времени.
1. Прибор для измерения времени2. Система отсчета
3. Тело отсчета
Например, если человек будет двигаться в поезде, то скорость его будет разной и зависеть будет от системы отсчета, относительно которой мы будем рассматривать движение, а именно, от системы отсчета, связанной с неподвижной Землей или от системы отсчета поезда.
Стоит отметить, что в разных системах отсчета различными будут еще и траектории движения тела. Примером могут служить капли дождя, которые на землю падают вертикально, а на окне мчащейся машины они будут оставлять след в виде косых струй.
Путь в разных системах отсчета тоже будет различным. В этом можно убедиться на примере пассажира, который сидит в автобусе. Так путь, который он проделал относительно автобуса во время поездке равен практически 0, а вот относительно Земли он преодолел сравнительно больший путь.
Немного об относительности скорости
Допустим, что в одной системе отсчета совершают движение два тела со скоростями V1 и V2. В этом случае, чтобы узнать скорость первого тела относительно второго, необходимо найти разность скоростей:
Это справедливо только в том случае, если тела движутся в одном направлении, а вот при встречном движении необходимо скорости складывать
Темы кодификатора ЕГЭ: механическое движение и его виды, относительность механического движения, скорость, ускорение.
Понятие движения является чрезвычайно общим и охватывает самый широкий круг явлений. В физике изучают различные виды движения. Простейшим из них является механическое движение. Оно изучается в механике.
Механическое движение
- это изменение положение тела (или его частей) в пространстве относительно других тел с течением времени.
Если тело A меняет своё положение относительно тела B, то и тело B меняет своё положение относительно тела A. Иначе говоря, если тело A движется относительно тела B, то и тело B движется относительно тела A. Механическое движение является относительным - для описания движения необходимо указать, относительно какого тела оно рассматривается.
Так, например, можно говорить о движении поезда относительно земли, пассажира относительно поезда, мухи относительно пассажира и т. д. Понятия абсолютного движения и абсолютного покоя не имеют смысла: пассажир, покоящийся относительно поезда, будет двигаться с ним относительно столба на дороге, совершать вместе с Землёй суточное вращение и двигаться вокруг Солнца.
Тело, относительно которого рассматривается движение, называется телом отсчёта
.
Основной задачей механики является определение положения движущегося тела в любой момент времени. Для решения этой задачи удобно представить движение тела как изменение координат его точек с течением времени. Чтобы измерить координаты, нужна система координат. Чтобы измерять время, нужны часы. Всё это вместе образует систему отсчёта.
Система отсчёта
- это тело отсчёта вместе с жёстко связанной с ним («вмороженной»» в него) системой координат и часами.
Система отсчёта показана на рис. 1. Движение точки рассматривается в системе координат . Начало координат является телом отсчёта.
 |
| Рисунок 1. |
Вектор называется радиус-вектором
точки . Координаты точки являются в то же время координатами её радиус-вектора .
Решение основной задачи механики для точки состоит в нахождении её координат как функций времени: .
В ряде случаев можно отвлечься от формы и размеров изучаемого объекта и рассматривать его просто как движущуюся точку.
Материальная точка
- это тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи.
Так, поезд можно считать материальной точкой при его движении из Москвы в Саратов, но не при посадке в него пассажиров. Землю можно считать материальной точкой при описании её движения вокруг Солнца, но не её суточного вращения вокруг собственной оси.
К характеристикам механического движения относятся траектория, путь, перемещение, скoрость и ускорение.
Траектория, путь, перемещение.
В дальнейшем, говоря о движущемся (или покоящемся) теле, мы всегда полагаем, что тело можно принять за материальную точку. Случаи, когда идеализацией материальной точки пользоваться нельзя, будут специально оговариваться.
Траектория
- это линия, вдоль которой движется тело. На рис. 1 траекторией точки является синяя дуга, которую описывает в пространстве конец радиус-вектора .
Путь
- это длина участка траектории, пройденного телом за данный промежуток времени.
Перемещение
- это вектор, соединяющий начальное и конечное положение тела.
Предположим, что тело начало движение в точке и закончило движение в точке (рис. 2). Тогда путь, пройденный телом, это длина траектории . Перемещение тела - это вектор .
 |
| Рисунок 2. |
Скорость и ускорение.
Рассмотрим движение тела в прямоугольной системе координат с базисом (рис. 3).
 |
| Рисунок 3. |
Пусть в момент времени тело находилось в точке с радиус-вектором
Спустя малый промежуток времени тело оказалось в точке с
радиус-вектором
Перемещение тела:
(1)
Мгновенная скорость в момент времени - это предел отношения перемещения к интервалу времени , когда величина этого интервала стремится к нулю; иными словами, скорость точки - это производная её радиус-вектора:
Из (2) и (1) получаем:
Коэффициенты при базисных векторах в пределе дают производные:
(Производная по времени традиционно обозначается точкой над буквой.) Итак,
Мы видим, что проекции вектора скорости на координатные оси являются производными координат точки:
Когда стремится к нулю, точка приближается к точке и вектор перемещения разворачивается в направлении касательной. Оказывается, что в пределе вектор направлен точно по касательной к траектории в точке . Это и показано на рис. 3.
Понятие ускорения вводится похожит образом. Пусть в момент времени скорость тела равна , а спустя малый интервал скорость стала равна .
Ускорение
- это предел отношения изменения скорости к интервалу , когда этот интервал стремится к нулю; иначе говоря, ускорение - это производная скорости:
Ускорение, таким образом, есть "cкорость изменения скорости". Имеем:
Следовательно, проекции ускорения являются производными проекций скорости (и, стало быть, вторыми производными координат):
Закон сложения скоростей.
Пусть имеются две системы отсчёта. Одна из них связана с неподвижным телом отсчёта . Эту систему отсчёта обозначим и будем называть неподвижной
.
Вторая система отсчёта, обозначаемая , связана с телом отсчёта , которое движется относительно тела со скоростью . Эту систему отсчёта называем движущейся
. Дополнительно предполагаем, что координатные оси системы перемещаются параллельно самим себе (нет вращения системы координат), так что вектор можно считать скоростью движущейся системы относительно неподвижной.
Неподвижная система отсчёта обычно связана с землёй. Если поезд плавно едет по рельсам со скоростью , это система отсчёта, связанная с вагоном поезда, будет движущейся системой отсчёта .
Заметим, что скорость любой точки вагона (кроме вращающихся колёс!) равна . Если муха неподвижно сидит в некоторой точке вагона, то относительно земли муха движется со скоростью . Муха переносится вагоном, и потому скорость движущейся системы относительно неподвижной называется переносной скоростью .
Предположим теперь, что муха поползла по вагону. Скорость мухи относительно вагона (то есть в движущейся системе ) обозначается и называется относительной скоростью . Скорость мухи относительно земли (то есть в неподвижной системе ) обозначается и называется абсолютной скоростью .
Выясним, как связаны друг с другом эти три скорости - абсолютная, относительная и переносная.
На рис. 4 муха обозначена точкой .Далее:
- радиус-вектор точки в неподвижной системе ;
- радиус-вектор точки в движущейся системе ;
- радиус-вектор тела отсчёта в неподвижной системе .
 |
| Рисунок 4. |
Как видно из рисунка,
Дифференцируя это равенство, получим:
(3)
(производная суммы равна сумме производных не только для случая скалярных функций, но и для векторов тоже).
Производная есть скорость точки в системе , то есть абсолютная скорость:
Аналогично, производная есть скорость точки в системе , то есть относительная скорость:
А что такое ? Это скорость точки в неподвижной системе, то есть - переносная скорость движущейся системы относительно неподвижной:
В результате из (3) получаем:
Закон сложения скоростей . Скорость точки относительно неподвижной системы отсчёта равна векторной сумме скорости движущейся системы и скорости точки относительно движущейся системы. Иными словами, абсолютная скорость есть сумма переносной и относительной скоростей.
Таким образом, если муха ползёт по движущемуся вагону, то скорость мухи относительно земли равна векторной сумме скорости вагона и скорости мухи относительно вагона. Интуитивно очевидный результат!
Виды механического движения.
Простейшими видами механического движения материальной точки являются равномерное и прямолинейное движения.
Движение называется равномерным
, если модуль вектора скорости остаётся постоянным (направление скорости при этом может меняться).
Движение называется прямолинейным
, если направление вектора скорости остаётся постоянным (а величина скорости при этом может меняться). Траекторией прямолинейного движения служит прямая линия, на которой лежит вектор скорости.
Например, автомобиль, который едет с постоянной скоростью по извилистой дороге, совершает равномерное (но не прямолинейное) движение. Автомобиль, разгоняющийся на прямом участке шоссе, совершает прямолинейное (но не равномерное) движение.
А вот если при движении тела остаются постоянными как модуль скорости, так и его направление, то движение называется равномерным прямолинейным .
В терминах вектора скорости можно дать более короткие определения данным типам движения:
Важнейшим частным случаем неравномерного движения является равноускоренное движение, при котором остаются постоянными модуль и направление вектора ускорения:
Наряду с материальной точкой в механике рассматривается ещё одна идеализация - твёрдое тело.
Твёрдое тело
-
это система материальных точек, расстояния между которыми не меняются со временем. Модель твёрдого тела применяется в тех случаях, когда мы не можем пренебречь размерами тела, но можем не принимать во внимание изменение
размеров и формы тела в процессе движения.
Простейшими видами механического движения твёрдого тела являются поступательное и вращательное движения.
Движение тела называется поступательным,
если всякая прямая, соединяющая две какие-либо точки тела, перемещается параллельно своему первоначальному направлению. При поступательном движении траектории всех точек тела идентичны: они получаются друг из друга параллельным сдвигом (рис. 5).
 |
| Рисунок 5. |
Движение тела называется вращательным , если все его точки описывают окружности, лежащие в параллельных плоскостях. При этом центры данных окружностей лежат на одной прямой, которая перпендикулярна всем этим плоскостям и называется осью вращения .
На рис. 6 изображён шар, вращающийся вокруг вертикальной оси. Так обычно рисуют земной шар в соответствующих задачах динамики.
 |
| Рисунок 6. |
