Перепишите название модульной единицы в свою тетрадь.

ГОУ СПО «Западно-Сибирский государственный колледж»
ФИЗИКА
БЛОК № 1
ОСНОВЫ МЕХАНИКИ
МП-1.1. Кинематика
материальной точки
МП-1.2.
Динамика
материальной
точки
МП-1.4. Колебания и
волны
МП-1.3. Законы
сохранения
МП-1.5. Основы
механики жидкостей
и газов
МП-1.6.
Релятивистская
механика
Тюмень, 2008
Иженякова О.Е. Физика. Блок № 1. Основы механики. Модульная программа МП-1.2.
Динамика материальной точки. – Тюмень: ЗСГК, 2008.
Успешное изучение курса физики представляет собой достаточно трудную задачу,
требующую времени и определенных усилий от Вас. Основное условие успеха - систематические
занятия.
Если Вам кажется, что для понимания и усвоения материала достаточно лишь бегло
прочитать учебную информацию, это глубокое заблуждение. Учебную информацию читать нельзя,
ее следует изучать, т.е. внимательно прорабатывать все темы, обращая особое внимание на
определения основных понятий, формулировку основных законов и вывод следствий из них. Только
такое отношение к учебной информации приведет к истинному пониманию существа вопроса и будет
способствовать прочному запоминанию. Лишь на основе глубокого понимания материала
происходит его активное усвоение. Не огорчайтесь, если Вы что-либо забыли! Это нормальное
свойство мозга, его борьба с перегрузкой. Учтите, что забытый материал легко восстанавливается в
памяти, если он Вами в свое время был понят. А вот механически заученный материал восстановить
в памяти практически невозможно.
Как работать с модульной программой?
Для облегчения работы над текстом модульной программы вся учебная информация разбита
на модульные единицы, содержащие более или менее законченный круг идей.
Учебную информацию надо законспектировать, т.е. записать самое главное из того, что Вы
поняли. В конце каждой модульной единицы даются вопросы для проверки усвоения изученного
материала. Если Вы встретите затруднения при ответах на них, обратитесь снова к учебной
информации, более внимательно прочитайте ее, и Вы обязательно найдете в тексте ответ.
Постарайтесь после каждой модульной единицы осмыслить прочитанное и лишь затем
переходите к работе над следующей дозой информации.
В конце модульной программы находится самоконтрольный тест, по которому Вы сможете
определить степень усвоения Вами теоретического материала модульной программы.
Физику нельзя изучить, не научившись решать задачи. Закрепление знаний путем
решения задач – один из эффективных способов изучения физики. С этой целью после теоретической
части модульных единиц приведены примеры решения задач, а также задачи, которые Вам
необходимо решить. Они являются самоконтролем для Вас, поэтому к этим задачам даны
рекомендации для их решения и ответы.
Следует помнить, что решение физических задач - это теоретическая деятельность, плохо
поддающаяся стандартизации и алгоритмизации. Поэтому не следует впадать в панику, если сразу
решить задачу не удается! Это не показатель Ваших способностей! Чаще всего это сигнал о
поверхностном, формальном усвоении теории. Вернитесь еще раз к соответствующей учебной
информации и изучите ее более внимательно. Обычно это приводит к успеху.
Решая задачи, целесообразно использовать следующие методические указания.
1. Вникнув в условие задачи, сделать краткую запись условия, выразить все данные в системе
единиц СИ и, где это только возможно, дать схематический чертеж, поясняющий содержание задачи.
2. Выяснив, какие физические законы лежат в основе данной задачи, решить ее в общем виде,
т.е. выразить искомую физическую величину через заданные в задаче величины (в буквенных
обозначениях, без подстановки числовых значений в промежуточные формулы).
3. Проверив правильность общего решения, подставить числа в окончательную формулу и
указать единицу искомой величины, проверив правильность ее размерности.
Ваши правильные ответы на самоконтрольный тест и верно решенные задачи являются
хорошим показателем усвоения темы модульной программы и служат Вам пропуском на ее защиту.
Перед защитой необходимо предъявить преподавателю рабочую тетрадь с записями и решенными
задачами по теме.
Защита проводится в форме тестового контроля, в виде устного опроса или письменной
контрольной работы (по решению преподавателя).
2
* Ознакомьтесь со схемой всей дисциплины и местом этой модульной программы в ней.
БЛОК № 1. ОСНОВЫ
МЕХАНИКИ
МП-1.2. ДИНАМИКА
МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ
МЕ-1.2.1. Принцип относительности Галилея
МЕ-1.2.2. Основные понятия динамики
МЕ-1.2.3. Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения
МЕ-1.2.4. Силы электромагнитной природы
МЕ-1.2.5. Законы Ньютона
Самоконтрольный тест.
Самоконтроль
Литература
* Ознакомьтесь со схемой (планом) модульной программы.
3
МЕ-1.2.1. Принцип относительности Галилея
* Перепишите название модульной единицы в свою тетрадь.
Как мы уже знаем, кинематика описывает механическое движение математически, не
объясняя физических причин его существования и изменения, отвечая лишь на вопрос, как движется
тело.
Динамика объясняет причины, определяющие характер механического движения, т.е. дает
ответ на вопрос, почему движется тело. В первой модульной единице мы дадим определение
динамики как раздела механики, познакомимся с принципом инерции, дадим определение
инерциальной системы отсчета, выясним взаимосвязь координат и скорости тела в различных
системах отсчета и сформулируем принцип относительности Галилея
* Внимательно изучите учебную информацию модульной единицы и законспектируйте ее:
УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Динамика – раздел механики, в основе которого лежит количественное описание
взаимодействия тел, определяющего характер их движения.
ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ГАЛИЛЕЯ
Обобщив результаты изучения движения тел при максимальном уменьшении сил трения,
Галилей сформулировал принцип инерции – если на тело не действуют внешние силы, то оно
сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Равномерное прямолинейное движение и состояние покоя физически эквивалентны,
поскольку они существуют без внешнего воздействия. Кроме того, понятия «движение» и «покой»
относительны и зависят от выбора системы отсчета.
Например, стол в комнате неподвижен относительно системы отсчета, связанной с Землей, и
движется вместе с Землей вокруг Солнца, а вместе с Солнечной системой – вокруг центра
Галактики в расширяющейся Вселенной.
Эквивалентность и взаимозаменяемость состояния покоя и равномерного прямолинейного
движения возможны лишь в инерциальных системах отсчета, покоящихся или движущихся
равномерно и прямолинейно относительно друг друга.
Инерциальная система отсчета – это система отсчета, в которой тело, не
взаимодействующее с другими телами, сохраняет состояние покоя или равномерного
прямолинейного движения.
Например, пассажир поезда движется с ним относительно Земли и покоится относительно
поезда. В то же время пассажиру, смотрящему из окна поезда, кажется, что километровые
столбы, движутся относительно поезда, хотя на самом деле они покоятся относительно Земли.
Таким образом, возможная перестановка (эквивалентность) понятий покоя и движения в
системах отсчета, связанных с Землей и поездом, свидетельствует о том, что эти системы
являются инерциальными.
***
Координаты и скорость тела в различных инерциальных системах отсчета связаны между
собой.
Координаты тела в различных инерциальных системах отсчета связывают преобразования
Галилея: х′ = х – vt и х = х′ + vt.
Пусть, например, имеется две системы отсчета
(связанные с Землей и поездом), имеющие
первоначально
общее
начало
отсчета.
Через
промежуток времени t положение пассажира в
движущейся системе отсчета Х′, связанной с поездом,
описывается координатой х′. Поскольку поезд движется
относительно Земли, то за время t он пройдет путь,
равный s = vt. Тогда через этот же промежуток времени
t положение пассажира в неподвижной системе отсчета
Х, связанной с Землей, будет описываться координатой
х = х′ + vt (рис. 1).
4
Рис. 1
Следствием из преобразований Галилея является закон сложения скоростей:
vx = vx′ + v.
Например, если вагон движется относительно Земли со скоростью 80 км/ч, а пассажир идет
по вагону в том же направлении со скоростью 3 км/ч, то скорость пассажира относительно
Земли составит 83 км/ч.
Если река имеет скорость течения 2 м/с, а скорость теплохода относительно воды 8 м/с, то
при движении его против течения скорость относительно Земли составит 6 м/с, а при
движении по течению – 10 м/с.
***
Движение самой инерциальной системы отсчета не оказывает влияния на прямолинейное
равномерное движение тела или его состояние покоя в этой системе.
Во всех инерциальных системах отсчета законы классической динамики имеют один и
тот же вид – в этом состоит принцип относительности Галилея.
*Запишите в тетради пример решения задачи к этой модульной единице:
Задача. Эскалатор метро движется со скоростью 0,75 м/с. Найти время, за которое
пассажир переместится на 20 м относительно земли, если он сам идет в направлении движения
эскалатора со скоростью 0,25 м/с в системе отсчета, связанной с эскалатором.
Дано:
Решение:
vэ = 0,75 м/с
Скорость движения пассажира по эскалатору в неподвижной системе отсчета,
vп.э. = 0,25 м/с
связанной с Землей, равна сумме скорости эскалатора и скорости движения
s = 20 м
пассажира в подвижной системе отсчета, связанной с эскалатором:
vп = vэ + vп.э.
t-?
20 м
s
s
 20с .
Время перемещения пассажира: t =
=

0,75 м / с  0,25 м / с
v п v э  v п.э.
Ответ: t = 20 с.
1.
2.
3.
4.
* Ответьте устно на вопросы к модульной единице:
В чем заключается принцип инерции, сформулированный Галилеем?
Дайте определение понятия «инерциальные системы отсчета».
Запишите преобразования Галилея, связывающие координаты
инерциальных системах отсчета, и закон сложения скоростей.
Сформулируйте принцип относительности Галилея?
тела
в
различных
* Решите самостоятельно задачу и запишите ее решение в своей тетради:
Задача 1. Два поезда движутся навстречу друг другу со скоростями 20 и 15 м/с. Пассажир,
находящийся в первом поезде, замечает, что второй поезд проходит мимо него в течение 14 с. Какова
длина второго поезда?
* Сверьте свой ответ на задачу с правильным ответом:
Задача 1. Ответ: 490 метров. Для определения длины поезда необходимо знать время (оно
Вам дается по условию задачи) и относительную скорость второго поезда по отношению к первому
поезду, в котором едет любознательный пассажир. Определение этой скорости, пожалуй,
единственная сложность при решении этой задачи.
* Если ответы на эти вопросы не вызвали у Вас затруднений и предложенная Вам задача
успешно решена, значит учебная информация этой модульной единицы Вами усвоена, и Вы можете
смело переходить к изучению следующей модульной единицы.
5
МЕ-1.2.2. Основные понятия динамики
* Перепишите название модульной единицы в свою тетрадь.
В этой модульной единице мы дадим определения основных понятий динамики и
сформулируем принцип независимости действия сил.
* Внимательно изучите учебную информацию модульной единицы и законспектируйте ее:
УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Масса тела – физическая величина, являющаяся количественной мерой инертности тела физического свойства, заключающегося в том, что любое тело оказывает сопротивление изменению
его скорости.
Сила – векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на
тело со стороны других тел, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет форму и
размеры. Направление силы всегда совпадает с направлением ускорения.
Единица силы – ньютон (Н): 1 Н – сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2 в
направлении действия силы 1Н = 1 кг · 1м/с2
***
Если на тело со стороны других тел действует несколько сил, то, в соответствии с принципом
независимости действия сил, результирующее ускорение тела определяется суммарной
(равнодействующей) силой, равной векторной сумме всех приложенных к нему сил:
F  F1  F2  ...  Fn .

* Ответьте устно на вопросы к модульной единице:
1. Дайте определение понятия «масса».
2. Дайте определение понятия «сила».
3. В чем состоит принцип независимости действия различных сил?
* Если Вы смогли ответить на вопросы к этой небольшой модульной единице, значит учебная
информация, изложенная в ней Вами усвоена и Вы можете двигаться дальше.
6
МЕ-1.2.3. Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения
* Перепишите название модульной единицы в свою тетрадь.
Все механические явления в макромире определяются электромагнитными и
гравитационными взаимодействиями. Эта модульная единица посвящена гравитационным
взаимодействиям. Мы сформулируем закон всемирного тяготения, узнаем, какая сила называется
силой тяжести, какое ускорение приобретает тело под действием гравитационной силы вблизи
поверхности небесных тел.
* Внимательно прочитайте учебную информацию и законспектируйте ее:
УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Все тела притягиваются друг к другу гравитационными силами. Гравитационное притяжение
является взаимодействием тел друг с другом на неограниченном расстоянии.
Закон всемирного тяготения: Между любыми двумя материальными точками действует
сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению масс этих точек и обратно
пропорциональная квадрату расстояния между ними:
F G
m1m2
,
r2
где G – гравитационная постоянная, численно равная силе гравитационного притяжения двух тел,
массой по 1 кг каждый, находящихся на расстоянии 1 м одно от другого. Гравитационная постоянная
определяется экспериментально и равна G = 6,67 · 10-11 Н·м2/кг2.
Гравитационная сила, действующая на тело, называется силой тяжести. Под действием
гравитационной силы вблизи поверхности небесных тел (планет, звезд), тело приобретает ускорение
свободного падения (гравитационное ускорение).
Например, гравитационное ускорение на планетах Солнечной системы принимает
следующие значения: Меркурий и Марс – 3,7 м/с2; Венера - 8,9 м/с2; Земля - 9,8 м/с2; Юпитер
26 м/с2; Сатурн и Нептун - 12 м/с2; Плутон - 2 м/с2; Уран - 11 м/с2; Луна 1,6 м/с2.
Сила тяжести, действующая на тело массой m вблизи поверхности Земли, равна: F = mg.
* Запишите в тетради пример решения задачи к этой модульной единице:
Задача. Во сколько раз уменьшится сила притяжения к Земле космического корабля при его
удалении от поверхности Земли на расстояние, равное радиусу Земли?
Дано:
Решение:
r1 = RЗ
mm
По закону всемирного тяготения: F  G 1 2 2 .
F1/F2 - ?
r
Запишем величину силы взаимодействия Земли (ее масса m1) и космического корабля(его
масса m2), когда он находится вблизи поверхности Земли: F1  G
m1 m2
.
RЗ2
Запишем величину этой силы, когда космический корабль удален о поверхности Земли на
расстояние, равное ее радиусу: F2  G
Найдем отношение этих сил:
m1 m 2
R З
 RЗ 
2
G
m1 m 2
.
4 R З2
Gm1 m 2 / RЗ2
F1

=4.
F2 Gm1 m 2 / 4 RЗ2
Ответ: F1/F2 = 4.
* Ответьте устно на вопросы к модульной единице:
1. Сформулируйте закон всемирного тяготения.
2. Как называется гравитационная сила, действующая на тело?
3. Как называется гравитационное ускорение?
7
4. Запишите формулу для определения силы тяжести, действующей на тело вблизи поверхности
Земли?
* Решите задачу самостоятельно и запишите в тетради ее решение:
Задача 2. Космический корабль массой 8 т приблизился к орбитальной космической станции
массой 20 т на расстояние 100 м. Найти силу их взаимного притяжения.
* Сверьте свой ответ к задаче с правильным:
Задача 2. Ответ: 1,072 мкН. Решение задачи несложное, достаточно вспомнить закон
всемирного тяготения. Не забудьте только массу корабля и станции перевести в систему СИ.
* Если Вы ответили на все вопросы к модульной единице и ответы решенной Вами задачи
совпали с правильными, значит учебная информация модульной единицы усвоена и Вы можете
переходить к изучению следующей модульной единицы.
8
МЕ-1.2.4. Силы электромагнитной природы
* Перепишите название модульной единицы в свою тетрадь.
Итак, как мы помним, все механические явления в макромире определяются
электромагнитными и гравитационными взаимодействиями. В этой модульной единице мы
рассмотрим силы электромагнитной природы, среди которых выделим силы упругости и силы
трения. Именно они оказывают наибольшее влияние на механическое движение тела. Мы дадим
определение этих сил, узнаем причины их появления и формулы для определения.
* Внимательно прочитайте учебную информацию и законспектируйте ее в своей тетради:
УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Сила упругости
Сила упругости – это сила, возникающая при деформации тела и направленная
противоположно направлению смещения частиц при деформации. Сила упругости восстанавливает
первоначальные размеры и форму тела.
Упругие
свойства
твердого
тела
описывает
механическая модель кристалла (рис. 2). Силы упругости
пружинок между шариками имеют то же электромагнитное
происхождение, что и силы взаимодействия между атомами в
кристалле. При увеличении межатомного расстояния по
сравнению с равновесным (растяжение пружины) атомы
притягиваются друг к другу (пружина стремится сжаться). При
уменьшении расстояния между атомами (сжатие пружины)
возникают силы отталкивания (пружина стремится растянуться).
Рис. 2
Воздействие тела на опору приводит к ее сжатию, подобно сжатию
пружины. При этом со стороны опоры возникает встречная сила – сила
упругости, или сила реакции опоры N (рис. 3). Сила реакции опоры – это сила
упругости, действующая на тело со стороны опоры перпендикулярно ее
поверхности.
Рис. 3
3
При растяжении тела, например, пружины, резинового жгута, нити возникает
упругая сила сжатия, или сила натяжения Т (рис. 4). Сила натяжения – сила
упругости, действующая на тело со стороны нити или пружины.
Рис. 4
***
О величине силы упругости можно судить по степени растяжения или сжатия пружины: чем
больше растянута или сжата пружина, тем больше сила упругости.
Модуль силы упругости и удлинение связывает закон Гука: Модуль силы упругости Fупр,
возникающей при деформации тела, пропорционален его удлинению Δ l:
Fупр = k ·Δ l,
где k – жесткость, зависящая от упругих свойств материала и размеров пружины (или тела).
Закон Гука справедлив лишь при малом удлинении. В этом случае деформация является
упругой.
***
Вес тела – это суммарная сила упругости тела, действующая при наличии силы тяжести на
все опоры и подвесы. Вес тела – это сила, с которой тело действует на нить или опору вследствие
притяжения этого тела к Земле. Вес направлен перпендикулярно к поверхности опоры.
На тело массой m, находящееся в равновесии или покоящееся на горизонтальной опоре,
действуют:
 сила тяжести Р;
9

силы упругости – сила натяжения Т (если тело подвешено на пружине) или сила реакции опоры N
(если тело находится на опоре).
В этом случае сила тяжести равна по модулю силе натяжения (силе реакции опоры) или весу
тела: P = N = mg.
На наклонной опоре вес тела меньше силы тяжести, поскольку вес
направлен перпендикулярно к поверхности опоры, поэтому: Р=N=mgcosα
(рис. 4).
Необходимо помнить, что сила тяжести приложена к телу, а вес
приложен к опоре или подвесу.
Рис. 4
Сила трения
Сила трения – это сила, возникающая при соприкосновении поверхностей тел,
препятствующая их относительному перемещению, направленная вдоль поверхности
соприкосновения. При контакте твердых тел возможны три вида трения – трение покоя, трение
скольжения, трение качения.
Вид трения
Чем вызвано появление силы
Направление
Формула для
трения
вектора силы
определения силы
трения
трения
Трение покоя –
Силами притяжения между
Направление силы
(Fтр.п. )max = μпN,
возникает при
атомами веществ,
трения покоя
где μп – коэффициент
отсутствии
находящимися на
противоположно
трения покоя,
относительного
микроскопических выступах
направлению
зависящий от характера
перемещения
неровных поверхностей
внешней силы
обработки поверхности
соприкасающихся соприкасающихся тел.
Fтр.п. = – F.
и от сочетания
тел.
Если суммарная сила
материалов
притяжения атомов
соприкасающихся тела.
соприкасающихся тел больше
Максимальная сила
внешней силы, то она
трения покоя не зависит
препятствует движению тел.
от площади
соприкосновения тел
Постоянным образованием
Fтр. = μN,
Трение
скольжения –
новых связей между атомами.
где μ – коэффициент
возникает при
Сила трения скольжения
трения скольжения,
относительном
несколько меньше силы трения
зависящий от свойств
Сила трения
перемещении
покоя.
всегда направлена соприкасающихся
соприкасающихся
поверхностей.
в сторону,
тел.
противоположную
относительной
Fтр.кач. = μкачN,
Трение качения Сила трения качения
скорости
– возникает в
значительно меньше трения
где μкач – коэффициент
соприкасающихся трения качения.
случае, когда
скольжения, поскольку
тел.
колесо катится по молекулярные связи при
поверхности без
подъеме участков колеса
проскальзывания. разрываются быстрее, чем при
скольжении.
* Запишите в своей тетради примеры решения задач к этой модульной единице:
Задача 2. Мальчик растягивает резиновый жгут, закрепив один его конец, а ко второму
прикрепив динамометр. Когда жгут удлинялся на 2 см, динамометр показал 20 Н. Какова жесткость
жгута? Что покажет динамометр при растяжении жгута на 6 см?
Дано:
Решение:
Δl1 = 2 см = 0,02 м
F
Согласно закону Гука: F1 = k Δl1, откуда k = 1 .
F1 = 20 Н
l1
Δl2 = 6 см = 0,06 м
F1
k– ?
20 Н
 1000 Н / м .
Произведем
вычисления:
k
=
=
F2 – ?
0,02 м
l1
10
Тогда F2 = k Δl2 = 1000 Н/м · 0,06м = 60 Н
Ответ: k = 1000 Н/м; F2 = 60 Н.
Задача 3. Найдите массу стального бруска, равномерно скользящего по горизонтальной поверхности
под действием силы F = 20 Н. Сила направлена вдоль поверхности. Коэффициент трения скольжения
равен 0,4.
Дано:
Решение:
F = 20 Н
При равномерном движении сила трения равна
μ = 0,4
внешней силе, вызывающей движение:
m-?
Fтр. = F.
Сила трения определяется по формуле Fтр. = μN.
Поскольку в вертикальном направлении брусок не движется, то сила нормального давления N
равна по модулю силе тяжести Р = mg, т.е. N = mg.
Тогда формула для определения силы трения примет вид: Fтр. = μ mg, откуда можно выразить
Fтр
F
массу бруска: m =
или m =
g
g
Подставим в выражение известные нам значения и произведем вычисления:
F
20 Н
m=
=
= 5,1 кг.
g
0,4  9,8 м / с 2
Ответ: m = 5,1 кг.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
* Ответьте на вопросы к модульной единице:
Какие силы называют силами упругости?
Дайте определение понятия «сила реакции опоры».
Дайте определение понятия «сила натяжения».
Сформулируйте закон Гука.
Дайте определение понятия «вес тела». Чему равен вес тела, находящегося в равновесии или
покоящегося на горизонтальной поверхности?
Как определяется вес тела, находящегося на наклонной опоре?
Какую силу называют силой трения? Перечислите виды трения.
Дайте характеристику силы трения покоя: условие возникновения, причины появления,
направление вектора силы, формула для определения.
Дайте характеристику силы трения скольжения: условие возникновения, причины появления,
направление вектора силы, формула для определения.
Дайте характеристику силы трения качения: условие возникновения, причины появления,
направление вектора силы, формула для определения.
* Решите задачи самостоятельно и запишите их решения в тетради:
Задача 3. Спиральная цилиндрическая пружина передней подвески колес автомобиля
«Жигули» имеет длину в свободном состоянии 360 мм и под действием силы 4,35·103 Н должна
сжиматься до 230 мм. Пружина задней подвески колес имеет длину 442 мм и под действием силы
4,4·103 Н сжимается до 273 мм. Найти жесткость пружин.
Задача 4. С какой силой упряжка собак равномерно перемещает сани с грузом массой m = 250
кг, если коэффициент трения скольжения μ = 0,1?
* Сверьте свои ответы к задачам с правильными:
Задача 3. Ответ: k1 = 33,5 кН/м; k2 = 26 кН/м. Для решения этой задачи необходимо
воспользоваться законом Гука
Задача 4. Ответ: F = 245Н. При решении задачи учите, что при равномерном движении сила
трения равна внешней силе, вызывающей это движение, а в вертикальном направлении сани не
движутся.
* Если Вы ответили на все вопросы и решили обе задачи, значит учебная информацию
модульной единицы Вами усвоена, переходите к изучению последней модульной единицы.
11
МЕ-1.2.5. Законы Ньютона
*Перепишите название модульной единицы в свою тетрадь.
Последняя модульная единица посвящена важнейшим законам механики – законам Ньютона.
Мы выявим суть этих законов и дадим их формулировки.
* Внимательно прочитайте учебную информацию и законспектируйте ее в своей тетради:
УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Физическая
система
Модель
Описываемое
явление
Формулировка
закона
Суть закона
Первый закон
Второй закон
Макроскопическое тело
Третий закон
Система двух тел
Материальная точка
Система двух
материальных точек
Взаимодействие тел
Состояние покоя или
равномерного
прямолинейного
движения
Тело сохраняет
состояние покоя или
равномерного
прямолинейного
движения до тех пор,
пока воздействие со
стороны других тел не
заставит его изменить
это состояние.
Постулирует
существование
инерциальной системы
отсчета (если
F  0,

Движение с ускорением
В инерциальной системе
отсчета ускорение тела
прямо пропорционально
векторной сумме всех
действующих на тело
сил и обратно
пропорционально массе
F
тела: а =
.
m
Взаимодействие тел
определяет изменение их
скоростей, т.е. ускорение
то v=const)
Примеры
проявления
Движение космического
корабля вдали от
притягивающих тел
Силы, с которыми два
тела действуют друг на
друга, равны по модулю,
противоположны по
направлению и действуют
вдоль прямой,
соединяющей эти тела:
F12 = – F21.
Силы действия и
противодействия одной
природы, равны по
модулю, противоположны
по направлению,
приложены к разным
телам.
Взаимодействие тел:
Солнца и Земли, Земли и
Луны, автомобиля и
поверхности Земли и т.д.
Движение планет,
падение тел на Землю,
торможение и разгон
автомобиля и т.д.
Границы
Инерциальные системы отсчета.
применимости
Макро- и мегамир.
Движение со скоростями, много меньшими скорости света.
При решении задач динамики второй закон Ньютона удобно записать иначе: m a =
F .
* Запишите пример решения задачи к модульной единице:
Задача. Тело массой 4 кг под действием некоторой силы приобрело ускорение 2 м/с2. Какое
ускорение приобретает тело массой 10 кг под действием такой же силы?
Дано:
Решение:
m1 = 4 кг
Запишем для каждого из этих тел второй закон Ньютона и получим систему
а1 = 2 м/с2
уравнений:
m2 = 10 кг
F = m1 а1
F = m2 а2
а2 – ?
Так как по условию задачи на оба тела действует одинаковая сила F, т.е. левые части
уравнений равны, то можно приравнять и правые части уравнений: m1 а1 = m2 а2, откуда выразить
12
m1 a1
.
m2
Подставим в выражение известные по условию задачи значения и произведем вычисления:
ma
4кг  2 м / с 2
а2 = 1 1 =
= 0,8 м/с2.
10 кг
m2
Ответ: а2 = 0,8 м/с2.
ускорение второго тела а2 =
1.
2.
3.
4.
* Ответьте на вопросы к модульной единице:
Сформулируйте I закон Ньютона, в чем его суть.
Сформулируйте II закон Ньютона, в чем его суть.
Сформулируйте III закон Ньютона, в чем его суть.
Какие явления описывают законы Ньютона?
*Решите задачу самостоятельно и запишите ее решение в своей тетради:
Задача 5. Порожний грузовой автомобиль массой 4 т начал движение с ускорением 0,3 м/с2.
Какова масса груза, принятого автомобилем, если при той же силе тяги он трогается с места с
ускорением 0,2 м/с2?
* Сверьте свой ответ на задачу с правильным:
Задача 5. Ответ: m2 = 2000 кг. Если Вы разобрались с приведенным выше примером, то
решить эту задачу Вам не составит особого труда.
* Если вопросы и задача не были для Вас сложными, значит учебная информация этой
модульной единицы Вами усвоена, и Вы можете переходить к последнему этапу работы с модульной
программой – выполнению самоконтрольного теста. Этот тест Вы делаете для себя! Он не
проверяется преподавателем, но его результаты подскажут Вам, усвоили ли Вы учебную
информацию этой модульной программы.
К самоконтрольному тесту можно приступать только после полной проработки заданий
модульной программы - конспектирования учебной информации, устных ответов на вопросы и
решения задач.
Вопросы теста и ответы на них в тетради записывать не надо. Записываются только их
номера: 1) 4; 2) 1,3 и т.д.
САМОКОНТРОЛЬНЫЙ ТЕСТ
1. В чем состоит принцип относительности Галилея?
1. Механическое движение всегда относительно
2. Во всех инерциальных системах отсчета законы классической динамики имеют один и тот
же вид
3. Если на тело не действуют внешние силы, то оно сохраняет состояние покоя или
равномерного прямолинейного движения относительно других тел
2. Как называется физическая величина, являющаяся количественной мерой инертности тела?
1. сила
2. скорость
3. масса
4. вес
3. Закончите определение: Сила – векторная физическая величина, являющаяся мерой механического
воздействия на тело со стороны других тел, в результате которого …
1. тело приобретает ускорение
2. тело изменяет форму и размеры
13
3. тело приобретает ускорение или изменяет форму и размеры
4. В каких единицах измеряется сила?
1. джоуль
2. ньютон
3. килограмм
5. В чем заключается принцип независимости действия сил?
1. Если на тело со стороны других тел действует несколько сил, то результирующее
ускорение тела определяется равнодействующей силой, равной векторной сумме всех
приложенных к нему сил
2. Если на тело со стороны других тел действует несколько сил, то результирующее
ускорение тела определяется самой большой из приложенных к нему сил
3. Если на тело со стороны других тел действует несколько сил, то результирующее
ускорение тела не зависит от равнодействующей силы.
6. Закончите формулировку закона всемирного тяготения: Между любыми двумя материальными
точками действует сила взаимного притяжения, …
1. равная произведению массы тел на ускорение их движения: F = ma
2. прямо пропорциональная произведению масс этих точек и обратно пропорциональная
квадрату расстояния между ними: F  G
m1m2
r2
3. прямо пропорциональная расстоянию между ними: F = kΔx
7. Как называется гравитационная сила, действующая на тело вблизи поверхности небесных тел?
1. сила тяготения
2. сила тяжести
3. сила притяжения
8. Указать соответствие:
1. Сила упругости
1. сила, возникающая при соприкосновении поверхностей тел,
2. Сила трения
препятствующая их относительному перемещению, направленная
3. Сила тяжести
вдоль поверхности соприкосновения
2. гравитационная сила, действующая на тело вблизи
поверхности небесных тел
3. сила, возникающая при деформации тела и направленная
противоположно направлению смещения частиц при деформации
9. Чему равен вес тела, покоящегося на горизонтальной опоре?
1. силе тяжести
2. силе реакции опоры
3. силе трения покоя
10. Верно ли утверждение, что вес тела, лежащего на наклонной опоре, меньше силы тяжести?
1. да
2. нет
11. Какие виды трения возможны при контакте твердых тел?
1. трение покоя
2. трение сжатия
3. трение скольжения
4. трение качения
5. трение растяжения
6. трение подъема
12. Чем вызвано появление сил трения?
1. гравитационными силами
2. силами притяжения атомов соприкасающихся тел
3. силами реакции опоры
13. Каким образом направлен вектор силы трения скольжения?
1. совпадает с направлением относительной скорости соприкасающихся тел
2. направлен в сторону, противоположную относительной скорости соприкасающихся тел
3. направлен под произвольным углом
14
14. Какому закону Ньютона соответствует следующая формулировка: Тело сохраняет состояние
покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других
тел не заставит его изменить это состояние.
1. первому
2. второму
3. третьему
15. Какому закону Ньютона соответствует следующая формулировка: Силы, с которыми два тела
действуют друг на друга, равны по модулю, противоположны по направлению и действуют вдоль
прямой, соединяющей эти тела: F12 = – F21.
.
1. первому
2. второму
3. третьему
16. Какому закону Ньютона соответствует следующая формулировка: В инерциальной системе
отсчета ускорение тела прямо пропорционально векторной сумме всех действующих на тело сил и
F
обратно пропорционально массе тела: а =
.
m
1. первому
2. второму
3. третьему
15
* При самоконтроле поставьте знаки: (+) – рядом с правильным номером ответа, (–) – рядом с
неправильным номером ответа.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
2
3
3
2
1
2
7.
8.
9.
10.
11.
12.
САМОКОНТРОЛЬ
2
1-3, 2-1, 3-2
1,2
1
1,3,4
2
Коэффициент усвоения Кα подсчитывается по формуле Кα =
13.
14.
15.
16.
2
1
3
2
а
, где а – правильные ответы
р
(+), р – все ответы (+ и –). Подсчет Кα следует производить до 2-3 знаков после запятой.
По найденному коэффициенту усвоения поставьте себе оценку за проделанную работу,
пользуясь следующими условиями:
если 0,7 ≤ Кα≤0,8 – работа оценивается в 3 балла,
если 0,81 ≤ Кα≤0,9– работа оценивается в 4 балла,
если 0,91 ≤ Кα= 1 – работа оценивается в 5 баллов.
Коэффициент усвоения Кα<0,7 говорит о механическом переписывании текста модульной
программы и о поверхностном усвоении теоретического материала темы. Рекомендуем Вам еще раз
внимательно изучить всю учебную информацию модульной программы.
При Кα ≥ 0,7, самоконтрольный тест считается пройденным, теоретический
материал модульной программы усвоенным, и, если при этом все задачи модульной
программы Вами успешно решены, Вы можете выходить на контроль к преподавателю.
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Касьянов В.А. Физика. 10 кл.: Учебн. для общеобразовательных учреждений. – 5-е изд.,
дораб. – М.: Дрофа, 2003. – 416.: ил.
2. Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учебн. для общеобразовательных учреждений. – 3-е изд.,
дораб. – М.: Дрофа, 2003. – 416.: ил., 8 л.цв.вкл.
Дополнительная
1. Касаткина И.Л. Репетитор по физике. /Под ред. Т.В. Шкиль. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2002.
– 832 с.
2. Перельман Я.И. Занимательная физика. – М.: ООО «Издательство АСТ», 2002. – 473 с.
3. Пинский А.А., Граковский Г.Ю. Физика: Учебник для студентов учреждений среднего
профессионального образования / Под общ. ред. Ю.И. Дика, Н.С. Пурышевой. – М.: ФОРУМИНФРА-М, 2002. – 560 с.: ил. – (Серия «Профессиональное образование»)
4. Тарасов Л.В. Физика в природе: Книга для учащихся. – М.: «Вербум-М», 2002. – 352 с: ил.
16