Презентация на тему Система отчета. Вектор перемещения. скорость и ускорение

Литература:
1. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для инженерно-технич. специальностей вузов - М.: Академия, 2010.
2. Савельев И.В. Основы теоретической физики: учебник в 3 томах. 3-е изд., - СПб. : Издательство "Лань", 2005.
3. Чертов А.Г. Задачник по физике: учеб. пособие для втузов / А.Г. Чертов, А.А. Воробьёв. - 9-е изд., перераб. и доп. - М. : изд. Физико-математической литературы, 2009.
4. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики для втузов / Т.И. Трофимова, 3-е изд. - М. : Оникс 21 век; Мир и образование, 2005.

Физика – это наука о простейших формах движения материи и общих законах природы.
«Физика – это наука, изучающая общие свойства движения вещества и поля»
Академик А.И. Иоффе:

Между физическим величинами существует связь. Чтобы ее установить, величины необходимо сравнивать с соответствующими эталонами.
Для этого вводится единая система основных единиц: Международная Система единиц (СИ).
Даты перехода на метрическую систему.
Страны, которые не приняли систему СИ в качестве основной или единственной (Либерия, Мьянма, США).

Основные физические единицы:
Метр (м)
(длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 с.)
Килограмм (кг)
(масса, равная массе международного прототипа килограмма (платиноиридиевого цилиндра, хранящегося в Международном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа)
Секунда (с)
(время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133)

Ампер (А)
(сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, создаст между этими проводниками силу, равную 2⋅10–7 Н на каждый метр длины)
Кельвин (К)
(1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды)
Моль (моль)
(количество вещества системы, содержащей столько же структур­ных элементов, сколько атомов содержится в изотопе углерода С массой 12 г)
Кандела (кд)
(сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540⋅1012 Гц).

Радиан (рад)
(угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу)
Стерадиан (ср)
(телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы)
Дополнительные физические единицы:
Производные физические единицы:
получаются из законов, связывающих их с основными единицами, пример – скорость.

Раздел 1. Механика
Механика — часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение.
Механическое движе­ние — это изменение с течением времени взаимного расположения тел или их частей.
Разделы механики:
Кинематика. Изучает движение тел, не рассматривая причины, которые это движение обусловливают.
Динамика. Изучает законы движения тел и причины, которые вызывают или изменяют это движение.
Статика. Изучает законы равновесия системы тел.
1.1. Структура механики. Модели в механике

Модели в механике (определения):
Материальная точка — тело, обладающее массой, размерами которого можно пренебречь.
Абсолютно твердое тело – тело, которое ни при каких условиях не может деформироваться и при всех условиях расстояние между двумя точками (или точнее между двумя частицами) этого тела остается постоянным.
Абсолютно упругое тело – деформация которого подчиняется закону Гука, а после прекращения внешнего воздействия такое тело полностью восстанавливает свои первоначальные размеры и форму.
Абсолютно неупругое тело – полностью сохраняющее деформированное состояние после прекращения действия внешних сил.

1.2. Система отсчета. Траектория, длина пути, вектор перемещения
Система отсчета — совокупность системы координат и часов, связанных с телом отсчета.
Телом отсчета называется произвольно выбранное тело, по отношению к которому определяется положение материальной точки.
В физике наиболее часто используется декартовая система координат.
В декартовой системе положение точки А в данный момент времени по отношению к этой системе характеризуется тремя координатами x, y и z или радиусом-вектором r, проведенным из начала системы координат в данную точку.

При движении материальной точки ее координаты определяется скалярными уравнениями:
x = x(t), у = y(t), z = z(t),
или векторным уравнением:
r = r (t).
Эти уравнения называются кинематическими уравнениями движения материальной точки.
Число независимых координат, полностью определяющих положение точки в пространстве, называется числом степеней свободы.

Траектория движения материальной точки — линия, описыва­емая этой точкой в пространстве.
Движение может быть прямолинейным и криволинейным.
Длина участка траектории АВ, пройденного материальной точкой с момента начала отсчета времени, называется длиной пути Δs и является скалярной функцией времени:
Δs = Δs(t).
Вектор Δr = r — r0, проведенный из начального положения А в конечное В называется перемещением.

1.3. Скорость
Скорость – это векторная величина, которая определяет быстроту движения и его направление в данный момент времени.
Вектором средней скорости
называется отношение приращения Δr радиуса-вектора точки к промежутку времени Δt:
Направление вектора средней скорости совпадает с направлением вектора Δr.

Мгновенная скоростью v:
Модуль мгновенной скорости равен производной пути по времени:

При неравномерном движении — модуль мгновенной скорости с течением времени изменяется.
В этом случае пользуются скалярной величиной 〈v〉 , которая называется средней скоро­стью неравномерного движения:
Длина пути, пройденного точкой за промежуток времени от t1 до t2 :

1.4. Ускорение
Ускорение – это физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости по модулю и направлению.
Средним ускорением неравномерного движения в интервале от t до t + Δt называется векторная величина, равная отношению изменения скорости Δv к интервалу времени Δt:
Мгновенным ускорением а материальной точки в момент време­ни t будет предел среднего ускорения:

Тангенциальная составляющая ускорения:
Нормальная составляющая ускорения:

Полное ускорение тела есть геометрическая сумма тангенциальной и нормальной составляющих:

В зависимости от тангенциальной и нормальной составляющих ускорения движение можно классифицировать следующим образом:
— прямолинейное равномерное движение;
— прямолинейное равнопеременное движение.
При таком виде движения:

— прямолинейное движение с переменным ускорением;
— равномерное движение по окружности;
— равномерное криволинейное движение;
— криволинейное равнопеременное движение;
— криволинейное движение с переменным ускорением.

1.5. Кинематика вращательного движения
Модуль вектора угла поворота равен углу поворота, а его направление подчиняется правилу правого винта.
Вектор угла поворота движущегося тела .
Угловая скорость – это векторная величина, равная первой производной угла поворота тела по времени:

Вектор угловой скорости направлен вдоль оси вращения по правилу правого винта.
Линейная скорость точки:
В векторном виде :
Модуль векторного произведения:

При равномерном вращательном движении период равен:
Число оборотов в единицу времени (частота ):
Угловая частота вращения:

Угловое ускорение – это векторная величина, равная производной угловой скорости по времени:
Направление вектора ускорения при ускоренном движении:
Направление вектора ускорения при замедленном движении:

Тангенциальная составляющая ускорения:
Нормальная составляющая ускорения: