Кинетическая и потенциальная энергии. Волновые процессы Методы учета инструментальных погрешностей Измерение метода инерции Изучение движения маятника Максвела Изучение стоячих волн в натянутой струне

Физические основы механики Лабораторные работы

Изучение основных измерительных приборов и определение линейных размеров твердых тел Цель работы: изучить устройство, характеристики и правила работы основных измерительных приборов, определить линейные размеры образца и вычислить погрешности прямых измерений.

Кинематические характеристики вращательного движения.

Вращательным называется такое движение, при котором все точки тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной и той же прямой, называемой осью вращения.

Пусть точка или абсолютно твердое тело за время Dt, вращаясь вокруг неподвижной оси ОО’, перешло из положения 1 в 2, повернувшись на угол Dj. Скалярная величина Dj есть угловой путь (рис.5.1). Элементарные (бесконечно малые) повороты можно рассматривать как векторы. Модуль такого вектора равен углу поворота dj, а направление определяется по правилу правого винта: если винт вращать в направлении движения точки по окружности, то поступательное движение его острия указывает направление вектора . Такие вектора, направление которых связывается с направлением вращения, называются псевдовекторами. Быстрота вращения характеризуется вектором угловой скорости, направленной вдоль оси вращения как и . Средняя угловая скорость . Мгновенная угловая скорость . Изменение  со временем определяет вектор углового ускорения. Среднее угловое ускорение . Мгновенное угловое ускорение ; . При вращении тела вокруг неподвижной оси изменение вектора  обусловлено только изменением его численного значения. Поэтому  направлен вдоль оси вращения. Если вращение ускоренное, то направления  и  совпадают (e>0); если замедленное – то они противоположны (e<0). При равнопеременном движении точки по окружности (e=const) , где j0 – начальный угол поворота, w0 – начальная угловая скорость.

Связь между линейными и угловыми кинематическими характеристиками.

Пусть за малый промежуток времени dt материальная точка повернулась относительно оси вращения на малый угол dj (рис.6.1). По ранее приведенной формуле линейная скорость . При малых углах поворота перемещение dr можно считать равным произведению радиуса вращения r на угол поворота dj, т.е. . Отсюда =rw. В векторном виде связь линейной скорости  и угловой  можно представить с помощью векторного произведения , . При вращении вокруг неподвижной оси угол между векторами  и  равен , следовательно . Отсюда можно получить еще одно выражение для тангенцального ускорения . Учитывая направление, связь тангенциального и углового ускорений можно записать в векторном виде , а также для  или . Знак «минус» в формуле обусловлен противоположной направленностью векторов  и .

Если вращение равномерное, то , и его можно характеризовать периодом вращения Т. Т – время одного полного оборота точки (тела) вокруг оси.

n – число оборотов в единицу времени, частота вращения. При равномерном вращении , .

 ДИНАМИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ.

Динамика – это раздел механики, который изучает движение совместно с причинами, вызывающими или изменяющими это движение. В основе динамики лежат три закона Ньютона, сформулированные им в 1687 г.

Масса тела, силовое поле, сила.

Масса тела (материальной точки) – скалярная физическая величина, одна из основных характеристик материи. Она определяет ее инерционные (инертная масса) и гравитационные (гравитационная масса) свойства. Доказано, что инертная и гравитационная масса равны.

Поле физическое или силовое поле – есть форма существования материи, посредством которой осуществляются взаимодействия между макроскопическими телами или частицами, входящими в состав вещества. К физическим полям относятся гравитационное, электромагнитное, поле ядерных сил. Источниками полей служат незаряженные и заряженные тела, постоянные магниты, контуры с током, ядра атомов и т.д.

Причиной изменения движения тел является силовое воздействие. Сила - векторная физическая величина, являющаяся мерой воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате чего тело либо приобретает ускорение, либо деформируется. Взаимодействие тел возможно как при соприкосновении, так и на расстоянии, благодаря силовым полям. В каждый момент времени сила характеризуется числовым значением, направлением в пространстве и точкой приложения. Силы, связанные с перечисленными выше физическими полями, являются первичными, их называют фундаментальными силами. Имеется также множество вторичных сил, которые являются комбинацией фундаментальных сил (в основном – электромагнитные). Например, это силы межатомного и межмолекулярного взаимодействия, силы трения, силы деформации и др.

 Гравитационное поле – это поле сил взаимодействия (притяжения) тел, имеющих массу. И. Ньютон установил, что для материальных точек формула величины силы гравитации имеет вид , где G- гравитационная постоянная, m1 и m2 – массы взаимодействующих точек, r- расстояние между ними.

Электромагнитное поле – это поле сил взаимодействия (притяжения или отталкивания) тел, имеющих электрический заряд. Формулы этих сил будут рассмотрены при изучении электрических и магнитных явлений.

 Ядерное поле – это поле сил взаимодействия элементарных частиц, из которых состоят атомы и молекулы. Эти силы действуют только на очень малых расстояниях, их свойства рассматриваются при изучении ядер атомов.

Механика делится на три раздела: статику, кинематику, динамику. Статика изучает законы равновесия системы тел. Она подробно изучается в курсе теоретической механики. Поэтому в предлагаемом пособии этот раздел мы опускаем.

Кинематические характеристики и уравнения поступательного движения. Кроме модели реального тела в виде материальной точки, в физике часто используется модель абсолютно твердого тела. Тело считается абсолютно твердым, если в условиях рассматриваемой задачи оно не деформируется, т.е. расстояние между любыми двумя произвольными точками сохраняется неизменным.

Классическая динамика базируется на трех законах Ньютона. Первый закон Ньютона: Если на материальную точку не действуют силы или приложенные силы взаимноуравновешены (т.е. суммарная или результирующая сила равна нулю), то материальная точка будет находиться в состоянии покоя (=0) или равномерного прямолинейного движения (=const).

Закон сохранения импульса. Рассмотрим общий случай - систему n взаимодействующих материальных точек (тел). На каждое тело действуют внутренние и внешние силы. Силы взаимодействия между телами системы называются внутренними, а силы, которые действуют со стороны тел, не входящих в рассматриваемую систему, называются внешними.

>

Физика является опытной наукой, поэтому умение наблюдать физические процессы и измерять разные физические величины в физике имеет особое значение. Измерить величину - значит сравнить ее с другой однородной величиной, принятой за единицу измерения. Следовательно, под измерением следует понимать сравнение измеряемой величины с другой величиной, принятой за единицу измерения.
>Кинематические характеристики вращательного движения