Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

Конспект урока: Динамика. Инерциальная система отсчёта. Первый закон Ньютона. Сила

Динамика

Инерциальная система отсчёта. Первый закон Ньютона. Сила

План урока

  • Динамика
  • Инерциальная система отсчета. Первый закон Ньютона
  • Сила

Цели урока

  • Знать: что изучает динамика; понятие инерциальной системы отсчета; первый закон Ньютона; понятие силы; понятие равнодействующей силы
  • Уметь: приводить примеры инерциальных систем отсчета; находить равнодействующую силу

Разминка

  • Что изучает динамика?
  • По какой причине скорость тела может измениться?
  • Что такое равнодействующая сила?

Динамика

 

Если кинематика позволяет описать, как движется тело: равномерно или равноускоренно, прямолинейно или криволинейно, то динамика позволяет определить причины изменения скорости тела.


Динамика – это область механики, изучающая причины изменения характера движения тел.


При описании движения тел в динамике также применяется понятие точечного тела, так как, если тело движется поступательно, то для описания причин его движения размерами данного тела можно пренебречь.
 

Изменение характера движения тела обычно связано с действием той или иной силы. Результат действия силы напрямую зависит от массы тела: чем больше масса рассматриваемого тела, тем сильнее оно препятствует действию приложенной к нему силы, тем оно инертнее.


Масса m – это мера инертности тела.
 

Точечное тело, обладающее массой, называется материальной точкой .


Материальная точка – это модель, подобная модели атома, которую мы использовали при изучении электрических явлений. Экспериментально установлено, что законы, полученные при описании движения материальной точки, соответствуют движению реальных объектов.

 

Инерциальная система отсчета. Первый закон Ньютона

 

Вспомним, в чем заключается закон инерции: тело, которое не испытывает действие сил со стороны других тел, сохраняет свою скорость постоянной. То есть в отсутствие других тел, рассматриваемое тело, будет двигаться равномерно прямолинейно или находиться в состоянии покоя. Законы, установленные динамикой, применимы для инерциальных систем отсчета – систем, в которых выполняется закон инерции.


Инерциальная система отсчета (ИСО) – это такая система отсчета, в которой рассматриваемое тело при отсутствии действия на него других тел движется равномерно прямолинейно или находится в состоянии покоя.


В большинстве задач, решаемых динамикой, инерциальной системой отсчета можно считать тело, находящееся в покое относительно поверхности Земли.
 


Первый закон Ньютона гласит, что инерциальные системы отсчета существуют.


Данный постулат означает, что при рассмотрении того или иного физического явления всегда можно найти такую систему отсчета, относительно которой будет выполняться закон инерции.
 

При решении практических задач в курсе динамики за инерциальную систему отсчета можно принимать систему отсчета, жестко связанную с Землей. Только после выбора подходящей системы отсчета можно оценивать действие различных механических сил на рассматриваемое тело.

 

Сила

 

Судить о наличии механического действия на рассматриваемую материальную точку со стороны других тел, можно по изменению ее скорости. Таким образом, изменение скорости материальной точки в инерциальной системе отсчета является признаком механического действия со стороны других тел.
 

Для количественной оценки механического действия введена физическая величина под названием сила.


Сила F  – это векторная физическая величина, которая количественно характеризует действие одного тела на другое. Результатом действия силы в инерциальной системе отсчета является изменение скорости тела - появление ускорения.


Рис. 1. Направление силы тяжести и ускорения тела Рис. 1. Направление силы тяжести и ускорения тела

 

Если на материальную точку действует только одна сила, то вектор ускорения тела сонаправлен с вектором силы. 

 

Например, на падающее на Землю тело действует только сила тяжести, направленная строго вниз. Тело в этом случае падает с ускорением свободного падения g = 10 м/с2, направленным, как известно, тоже вниз (рис. 1).

 

Напомним, что единица измерения силы в СИ – ньютон (Н).

Рис. 2. Вектор силы изображается с учетом выбранного единичного отрезка Рис. 2. Вектор силы изображается с учетом выбранного единичного отрезка

При изображении вектора силы Fследует учитывать значение модуля F данной силы: чем больше модуль силы, тем больше длина направленного отрезка. Для графического изображения известных сил выбирается единичный отрезок, соответствующий одной клетке. Например, на рисунке 2 изображены две силы F1 и F2, пусть модули данных сил равны F1 = 3 Н и F2 = 4 Н. В этом случае удобно принять, что 1 клетка соответствует единичному отрезку Fед = 1 Н.

Рис. 3. Проекции силы на координатные оси Рис. 3. Проекции силы на координатные оси

Если известны проекции силы F на координатные оси Fx и Fy, то модуль силы F можно найти через тригонометрические функции или через теорему Пифагора (рис 3).
 

F=Fxcos(α)F=Fysin(α).
 

F=Fx2+Fy22.

Направление силы F следует искать по правилу сложения векторов:
 

F=Fx+Fy.

 

В примере, приведенной на рисунке 3 проекции силы F на координатные оси равны соответственно Fx = 4 Н и Fy = 8 Н. Тогда модуль силы F равен:
 

F=Fx2+Fy22=42+822=8028,94 Н.
 

Если на материальную точку действуют несколько сил, то направление вектора ускорения тела совпадает с вектором, равным сумме всех сил, действующих на тело – данный вектор называется равнодействующей этих сил.


Равнодействующая сила – это сила, равная сумме всех сил, действующих на материальную точку.


Если сила F является равнодействующей сил F1 и F2, то есть F=F1+F2 (рис. 4, а), то проекции равнодействующей силы F равны суммам соответствующих проекций сил F1 и F2: Fx = F1x + F2x и Fy = F1y + F2y (рис. 4, б).

Рис. 4. Равнодействующая сила Рис. 4. Равнодействующая сила

Равнодействующая сила оказывает на тело такое же действие, какое оказывают на тело все действующие на него силы.

Рис. 5. Действие на тело двух равных по модулю и противоположно направленных сил Рис. 5. Действие на тело двух равных по модулю и противоположно направленных сил

Следует упомянуть, что не во всех случаях действие нескольких сил можно заменить равнодействующей. Например, если прикладывать к канату силы F1 и F2, равные по модулю, но противоположные по направлению (рис. 5), канат будет растягиваться и, если значения сил будут достаточно велики, разорвется. 

Понятно, что в данном случае невозможно заменить действие сил F1 и F2 равнодействующей.

Причиной изменения скорости тела является действие одной или нескольких сил, поэтому следует вспомнить механические силы, изученные вами в 7 классе. В таблице 1 приведены основные силы и их краткая характеристика.
 

Таблица 1. Силы в механике

 

Название силы

Обозначение и формула

Направление

Проявление действия силы

Тело, к которому приложена сила

Сила тяжести

Fт = m ∙ g

Вертикально вниз

Притягивает тело к Земле

Любое тело на поверхности Земли

Вес тела

P = N

Вертикально вниз

Деформирует опору

Опора

Сила упругости

Fупр = k ∙ Δx

В сторону, противоположную деформации

Препятствует деформации

Тело, вызвавшее деформацию

Сила реакции опоры

N = m ∙ g

Перпендикулярно поверхности

Препятствует деформации опоры

Тело, расположенное на поверхности

Сила трения скольжения

Fтр = μ ∙ N

В сторону, противоположную движению тела

Препятствует движению тела

Движущееся тело

Сила Архимеда

FA = ρ ∙ g ∙ V

Вертикально вверх

Выталкивает тело из жидкости или газа

Тело, погруженное в жидкость или газ


Пример 1

На тело действуют 4 силы, направления которых указаны на рисунке. Куда будет направлена результирующая сила и чему будет равен её модуль? Длина клетки соответствует 5 Н.


Решение


1. Заметим, что силы F1 и F4 – противоположно направлены, тогда можем их заменить результирующей силой F41. Аналогично заменяем F2 и F3 на F32.

2. С помощью правила параллелограмма находим результирующую силу. Можно использовать наименование «общая» Fобщ.  

3. Найдём модуль результирующей силы:

 

Fобщ=F322+F4122=152+2022=6252=25 Н.

 

Ответ: Fобщ=25 Н.


Итоги

  • Динамика – это раздел механики, изучающий причины изменения характера движения тел;
  • Масса m – это мера инертности тела. Точечное тело, обладающее массой, называется материальной точкой;
  • Первый закон Ньютона гласит, что существуют такие системы отсчета, в которых рассматриваемое тело при отсутствии действия на него других тел движется равномерно прямолинейно или находится в состоянии покоя. Такие системы отсчета называются инерциальными ;
  • Сила F  – это векторная физическая величина, которая количественно характеризует действие одного тела на другое. Результатом действия силы в инерциальной системе отсчета является изменение скорости тела - появление ускорения;
  • Равнодействующая сила – это сила, равная сумме всех сил, действующих на материальную точку. Ускорение тела направлено в ту же сторону, что и равнодействующая сила.


Упражнение 1


1. На тело действуют три силы F1F2 и F3. Куда направлена равнодействующая сил F123? Чему равен её модуль, если длина клетки соответствует 1 Н?


Контрольные вопросы

 

1. Что такое инерциальная система отсчета?
2. Как найти силу, если известны ее проекции на координатные оси?
3. Что такое равнодействующая сила?


Ответы

Упражнение 1


1. горизонтально влево, F123=2 H.


Предыдущий урок
История развития представлений о Вселенной. Солнечная система. Строение и эволюция Вселенной
Динамика
Следующий урок
Линзы. Тонкие линзы
Геометрическая оптика
  • Русский сентиментализм. Н.М. Карамзин. «Бедная Лиза»

    Литература

  • М.Ю. Лермонтов. Хронология жизни и творчества. Многообразие тем, жанров, мотивов лирики поэта. «Парус», «Узник», «И скучно и грустно…», «Выхожу один я на дорогу…

    Литература

  • Пунктуация. Знаки препинания. Виды знаков препинания

    Русский язык

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке