Лекция по физике "Механика. Основы"

МЕХАНИКА 

1. ТЕМА: Введение в механику. Основные понятия механики

Цель урока: 

1.   Ознакомить учащихся с разделами механики.

2.   Дать понятие «основная задача механики», ее смысл.

3.   Дополнить и уточнить сведения учащихся о механическом движении.

4.   Раскрыть философские понятия: МАТЕРИЯ и ВРЕМЯ.

5.   Дать понятия «поступательного движения», «материальная точка» и др.

Механика включает разделы: 

ü     Кинематика /изучает движение тел без учета их масс и действующих на них сил/, 

ü     Динамика /изучает движение тел с учетом их масс и приложенным к ним силам/,

ü     Статика (законы сохранения) /изучает условия равновесия тел/ ü Механические колебания и волны.

Великий римский философ и поэт Лукреций Кар (99 – 55 г. до н.э.) писал: 

«Также и времени нет самого по    себе, но предметы

Сами ведут к ощущению того,   что в веках совершилось, Что происходит теперь и что   воспоследует позже

И неизбежно признать, что никем    ощущаться не может

Время само по себе, вне движения         Тит Лукреций Кар  тел и покоя…».

Ясно прослеживается мысль: ничто в окружающем нас мире не остается неизменным, все движется, изменяется, и время мы чувствуем именно благодаря этим изменениям: что-то происходит раньше, что-то позже, одно событие длится позже другого.  

Древнегреческий ученый Гераклит из Эфеса (544-483 гг. до н.э.) считал, что источником движения является борьба противоположностей, в ней единая материальная ПЕРВООСНОВА порождает многообразие вещей и явлений, составляющих вместе единую сущность.

Так что же это за первооснова, или что такое «материя»?

Материя – это все, что существует в мире (реально), независимо от нашего сознания: звезды, планеты, молекулы, атомы, живые организмы, т.е. все виды существования вещества, свет, радиоволны, электрические и магнитные поля. 

Формы существования материи – пространство и время. Это значит, что движущаяся материя существует только в пространстве и времени. Пространство характеризует расположение материальных объектов относительно друг друга. Время характеризует порядок следования явлений, происходящих с материальными объектами, а также длительность этих явлений. 

Каждый предмет имеет пространственные формы и определенные черты. Выделяют как общие черты, так и различия. Общими чертами пространства и времени являются материальность, объективность, абсолютность, относительность, противоречивость, бесконечность, безграничность. Материальность пространства и времени обозначает, что пространство и время – формы существования материи. Объективность пространства и времени состоит в том, что пространство и время, как и движение и сама материя существуют независимо от воли и сознания людей, от человека и человечества. Абсолютность пространства и времени состоит в их всеобщности. Относительность пространства и времени состоит в том, что пространство и время зависят от конкретных состояний и свойств самой материи. Относительность пространства и времени в нашей части вселенной определяется конкретным состоянием материи – полем тяготения. Относительность пространства и времени доказывает теория относительности Эйнштейна. Если Ньютон считал пространство и время только абсолютным, неизменным, то Эйнштейн показал, что пространство и время не только абсолютны, но и относительны и они изменяются. Так, при больших скоростях, близких к скорости света, длина тел сокращается, а процесс течения времени замедляется.

Различие между пространством и временем состоит в следующем: быть в пространстве – значит существовать, одно возле другого, одно рядом с другим, а быть во времени – значит существовать в форме

Платино-иридиевый брусок последовательности:     одно за      другим       событием. В       _{длиной 1 метр}

пространстве можно перемещать тела слева направо, сверху вниз. Время же необратимо. Пространство имеет три измерения: длина, ширина, высота. А время имеет одно измерение, оно течет только в направлении от прошлого через настоящее к будущему.

Важнейшим свойством пространства и времени является их однородность. Однородность пространства означает, что все физические процессы протекают в любых объектах одинаково при одинаковых условиях во всех точках пространства. Однородность времени означает, что все физические явления протекают одинаково при одинаковых условиях в любые моменты времени.

Единицей    измерения пространственных соотношений в Международной системе единиц СИ является метр /от греческого слова – μετρον – мера/.Длину

один метр имеет эталон длины, хранящийся во французском городе Севр в Палате мер и весов. Один метр равен пути, проходимому светом в вакууме за1/299 792 458 часть секунды. Метр – одна из основных единиц измерения СИ /Системы Интернациональной/.

Единицей измерения времени в СИ является секунда. Одна секунда равна 9 129 631 770 периодам волн, излучаемыми атомами цезия при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния. Секунда тоже относится с основным единицам измерения СИ. 

Международная система единиц СИ содержит Эталон секунды, основанный семь основных единиц измерений – единиц, на переходах в нейтральных являющихся эталонными – и две дополнительные.  ^{атомах стронция}

Все остальные единицы являются производными от основных единиц, т.е.

составлены из них.

Движением материи называют изменения, происходящие в мире, т.е. движение – это основное свойство и способ существования материи, которая на современном этапе развития науки представляется вечной/?/, бесконечной /?/, несотворимой и  неуничтожимой. По современным представлениям существуют два вида существования материи: вещество и поле. Вещество состоит из частиц, масса покоя которых не равна нулю, поле – из частиц с нулевой массой покоя. Частицы вещества и полевые частицы могут взаимно превращаться друг в друга.

Любые изменения, происходящие с материей, называют физическими явлениями. Самое простое из них – «механическое движение».

Механическое движение может быть различным: ü вращательное движение (катится колесо);

ü   поступательное движение (едет автомобиль);

ü   колебательное движение (колеблется маятник часов).

Изучением механического движения и его законов занимается наука «механика».

Различают классическую, квантовую и релятивистскую механику, которые не отрицают друг друга, классическая механика является частным случаем проявления квантовой и релятивистской механики. /Релятивистская механика изучает движение тел со скоростями, соизмеримыми со скоростью света; квантовая механика изучает тела, соизмеримые с размерами атомов/.

Основные задачи механики /О.З.М./: 

ü   прямая: по известным начальным условиям и силам, действующим на тело, определять положение тела в пространстве в любой /данный/ момент времени; 

ü   обратная: по известным начальным условиям и положению тела в пространстве в данный момент времени определить силы, действующие на тело.

При описании механического движения разных тел можно отвлечься от некоторых, только этим телам присущих свойств: формы, размеров, способности к деформации и др., заменив реальные тела абстрактными, лишенными этих свойств. Такими абстрактными телами в механике являются материальная точка, абсолютно твердое тело, математический маятник, идеальная жидкость.

Материальной точкой называют абстрактное тело, размерами и формой которого можно пренебречь в данных условиях движения. /Введено понятие Л. Эйлером. У материальной точки есть масса, она равна массе тела/.

Абсолютно твердым телом называют абстрактное тело, которое никогда не деформируется, т.е. расстояния между двумя любыми точками тела не изменяются ни при каких условиях. /Абсолютно твердое тело обладает только поступательными и вращательными степенями свободы. «Твёрдость» означает, что тело не может быть деформировано, то есть телу нельзя передать никакой другой     энергии,     кроме кинетической       энергии      поступательного или вращательного движения/. Механическое движение делят на поступательное и вращательное. Поступательным называется такое движение абсолютно твердого тела, при котором любая прямая, соединяющая две его любые точки, перемещается все время параллельно самой себе. /Все точки тела, движущегося поступательно, в каждый момент времени имеют одинаковые скорости и ускорения, а их траектории   полностью совмещаются       при параллельном

переносе. Поэтому кинематическое рассмотрение поступательного движения абсолютно твердого тела сводится к изучению движения любой его точки. В самом общем случае поступательно движущееся твердое тело обладает тремя степенями свободы/. 

Вращательным   движением         абсолютно твердого     тела   (вращением) называют движение, при котором остаются неподвижными две точки тела А и B, лежащие на некоторой прямой, называемой осью        вращения. /При вращении   твердого     тела   вокруг неподвижной оси все его точки описывают окружности, центры которых лежат на оси вращения, а плоскости - перпендикулярны к ней. Тело, вращающееся вокруг неподвижной оси, обладает одной степенью свободы: его положение полностью определяется заданием угла φ поворота из некоторого начального положения/. Часто эти два движения сочетаются друг с другом.

Д/з. Задачи «3800» № 1.1, 1.6, 1.9, 1.11, 1.12, 1.14, 1.16, 1.20, 1.22, 1.23 

Д/з.: О.Е. Акимов, стр. 6-23, читать «Кто открыл законы классической механики», понятия из лекции знать*

* задания, отмеченные звездочкой, к сведению

  Манжулей  Л.Г.