Практическое занятие №2. Силы в природе.

Практическое занятие №1. Кинематика.

Цель:  Научиться применять основные формулы равноускоренного движения при расчете основных кинематических величин для различных случаев равноускоренного движения.

Теоретические сведения:

Средняя скорость: 

Мгновенная скорость:

Ускорением тела называют предел отношения малого изменения скорости  к малому промежутку времени, в течение которого происходило изменение скорости: 

Составляющие вектора ускорения называют касательным  (тангенциальным)  и нормальным  ускорениями (рис. 18).

Касательное ускорение указывает, насколько быстро изменяется скорость тела по модулю и направлено по касательной к траектории: 

Нормальное ускорение указывает, насколько быстро скорость тела изменяется по направлению, зависит от модуля скорости υ и от радиуса R окружности, по дуге которой тело движется в данный момент, всегда направлено к центру окружности:

Модуль полного ускорения равен:

Если в некоторый момент времени t₁ тело находилось в точке с координатой x₁, а в более поздний момент t₂ – в точке с координатой x₂, то проекция перемещения Δs на ось OX за время Δt = t₂ – t₁ равна:

Δs = x₂ – x₁.

Скоростью равномерного прямолинейного движения называют отношение: 

Зависимость координаты x от времени t (закон движения) выражается при равномерном прямолинейном движении линейным математическим уравнением: 

x (t) = x₀ + υt

Равноускоренным движением называют такое движение, при котором вектор ускорения  остается неизменным по модулю и направлению. При равноускоренном прямолинейном движении скорость тела определяется формулой:

υ = υ₀ + at.

Ускорение тела:                                       

Перемещение  тела при равномерно ускоренном  движении:      

Конечная скорость  тела, если известны начальная скорость, ускорение  и перемещение: 

Если начальная скорость  равна нулю, эти формулы принимают вид:

Свободным падением тел называют падение тел на Землю в отсутствие сопротивления воздуха (в пустоте). Ускорение, с которым падают на Землю тела, называется ускорением свободного падения, g=9,81м/с².

υ = –gt.

Скорость отрицательна, так как вектор скорости направлен вниз. 

Время падения t_п тела на Землю найдется из условия y = 0: 

Скорость тела в любой точке составляет: 

В частности, при y = 0 скорость υ_п падения тела на Землю равна: 

Движение тела по окружности является частным случаем криволинейного движения.

      Угловое перемещение Δφ (или угол поворота), измеряемое в радианах (рис. 19). Длина дуги связана с углом поворота соотношением:             Δl = R Δφ

При малых углах поворота Δl ≈ Δs.

Угловая скорость  тела в данной точке круговой траектории:

Угловая скорость измеряется в рад/с.

Связь между модулем линейной скорости υ и угловой скоростью ω: 

υ = ωR.

Равномерное движение тела по окружности является движением с ускорением.

Ускорение направлено по радиусу к центру окружности. Его называют нормальным или центростремительным ускорением. Модуль центростремительного ускорения связан с линейной  и угловой  скоростями соотношениями: 

При равномерном вращении тела величины x, y, υ_x, υ_y будут периодически изменяться во времени по гармоническому закону с периодом 

Контрольные вопросы

1. Какое движение называется механическим?
2. Какое тело можно считать материальной точкой?
3. Чем различаются понятия «система отсчета» и «система координат»?
4. Что такое траектория движения?
5. Что такое вектор перемещения?
6. Что характеризует скорость движения тела?
7. Как направлен вектор мгновенной скорости?
8. Какое движение называют прямолинейным?
9. Что характеризует ускорение?
10. Что характеризует тангенциальное и нормальное ускорение? Как они направлены?
11.  Какое прямолинейное движение называют равноускоренным; равнозамедленным?
12.  Дайте определение ускорения свободного падения.
13.  Чем отличается падение тел в воздухе от падения в вакууме?
14.  Что такое период движения?
15.  Дайте определение угловой скорости.
16.  Почему равномерное движение по окружности является ускоренным?
17.  Чему равно центростремительное ускорение и куда оно направленно?
18.  Какая связь существует между линейной и угловой скоростями?

Задание №1.   По графику зависимости пройденного пути от времени  определить путь, перемещение и скорость тела.

1.                  Определите масштаб пути и времени.

2.                  Начертите по данному графику пути график зависимости координаты от времени, считая  движение прямолинейным до остановки в одном направлении, а после – в обратном.

3.                  Сколько времени тело движется в одну сторону, стоит, движется в обратном направлении.

4.                  Какой общий путь прошло тело за все время?

5.                  Вычислите  скалярную среднюю скорость на участке ОС.

6.                  Вычислите скорость движения до остановки и после остановки.

7.                  Каково общее перемещение тела?

8.                  Проведите на графике движения, начерченном вами в тетради, прямую из конца 5-й клетки на оси координаты до конца 10-й клетки на оси времени (считая от 0).

Эта прямая будет графиком движения второго тела, движущегося вдоль той же прямой, что и первое тело. Определите скорость движения этого тела, место и время его встречи с первым телом.

Задание №2.  Изучить законы криволинейного движения.

Цель: Изучить законы кинематики криволинейного движения. Измерить путь, перемещение, скорость, угловую скорость, центростремительное ускорение.

Оборудование: секундомер, сантиметровая лента, шарик, шарик на нити, копировальная бумага.

Теоретические сведения.

Если направить скорость тела, стоящего на наклонной плоскости горизонтально, то действующая на тело сумма сил будет направлена перпендикулярно скорости. Следовательно, движение тела будет напоминать движение тела брошенного горизонтально (т. е. по параболе) рис. 20 . Если при этом измерить путь и перемещение тела, то можно убедиться в том, что они различаются. При равномерном вращении шарика на нити он движется с центростремительным ускорением:

Ход   работы

1)                 Соберите установку согласно рис. 21 (положите папку на стопку книг, на неё лист бумаги, на него лист копировальной бумаги).

2)                 Толкните тяжёлый шарик горизонтально, снимите копировальную бумагу и прочертите тонкий след карандашом, начертите вектор перемещения.

3)                 Измерьте путь и перемещение шарика с учётом погрешности, сравните их.

4)                 Начертите векторы скорости в начале, середине и конце пути.

5)                 Приведите шарик на нити во вращение над линейкой.

6)                 Измерьте время прохождения 20 – 25 кругов и вычислите период движения шарика.

7)                 Вычислите скорость, угловую скорость и центростремительное ускорение шарика.

8)                 Рассчитайте  погрешности измерений и вычислений.

9)                 Заполните таблицу:

10)             Ответьте на  вопросы.

-             В каком случае измерение будут точнее: если делать 30 оборотов шарика или 60?

-             Как изменится период движения шарика, если радиус окружности увеличить вдвое?

-             Как при этом изменится угловая скорость?

-             Как при этом изменится центростремительное ускорение?

Скачано с www.znanio.ru