Урок 3/3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МЕХАНИКИ

Цель урока: ввести основные понятия механики: материальная точка, система отсчета, траектория, перемещение, путь.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: модель трехмерной системы координат.

План урока: 1. Вступительная часть 1-2 мин.

2. Опрос 10 мин.

3. Объяснение 20 мин.

4. Закрепление 10 мин.

5. Задание на дом 2-3 мин.

II. Опрос фундаментальный: 1. Что, как и зачем мы будем изучать на уроках физики? 2. Основные понятия физики.

Вопросы:

1. Объясните, верны ли в известном мультфильме «33 попугая» слова удава: «…А в попугаях я длиннее!»

2. Какой высоты будут горы на рельефном глобусе диаметром 1 м?

3. Какими свойствами обладает пространство?

4. Металлические кубик и шар, имеющие одинаковую площадь поверхности, погружены в воду. На какой из этих предметов действует большая выталкивающая сила?

5. Как вы понимаете выражение: «расширение пространства»?

6. Сколько должна стоить пицца диаметром 20 см, если пицца диаметром 10 см стоит 10 рублей?

7. Материальны ли следующие объекты: 1. Молекула; 2. Время; 3. Пространство; 4. Материальная точка; 5. Электрическое поле.

8. Почему на люках канализационных колодцев крышки круглые, а не квадратные?

Задачи:

1. Тонкий провод намотали на круглый карандаш в один слой так, чтобы соседние витки соприкасались. Оказалось, что 20 витков такой намотки занимают на карандаше отрезок длиной мм. Чему равен диаметр провода?

2. Измерение площади прямоугольника дали: S = 300,0 м² ± 5,0 м², а периметра ℓ = 70,0 м ± 0,6 м. С какой точностью были измерены стороны прямоугольника?

III. Что изучает механика? Механическое движение? Механика изучает движение и взаимодействие объектов в природе, в том числе и узлов машин.

Механическим движением тела называют изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени. Примеры: ракетная техника, транспорт, строительство, военная техника, робототехника. Целью механики является построение математических моделей движения и взаимодействия материальных объектов. Основные причины техногенных катастроф – ошибки проектирования и недостаточное знание законов механики.

Основная задача механики – определить положение тела в любой момент времени. Пример: «Вояджер-2», пройдя около двух миллиардов километров, имел отклонение от расчетной точки в пространстве – 40 км, а по времени – 1,5 с.

Тела могут совершать самые разнообразные движения. Примеры.

Однако во всех случаях мы должны будем установить связи между величинами, характеризующими механическое движение, т.е. найти законы движения тел. Кинематика описывает движение тел при известных ускорениях.

Чтобы изучать движение тел, нужно, прежде всего, уметь определять его положение в пространстве. Как же определить положение тела в пространстве, если различные его точки находятся в разных местах пространства? Определять положение и описывать движение каждой точки? Во многих случаях в этом нет необходимости. Примеры: движение санок, парохода и т.д.

Поступательным называют такое движение тела, при котором его точки движутся одинаково. При поступательном движении достаточно описать движение одной точки тела. Нет необходимости описывать движение каждой точки и тогда, когда размеры тела малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит, или по сравнению с расстоянием от него других тел.

Во всех этих случаях тело можно считать материальной точкой.

1. Материальная точка – тело, размерами и формой которого в данной задаче можно пренебречь.

Как определить теперь положение материальной точки в пространстве? Пример с определением положения тела в темной комнате относительно порога или относительно любого другого тела. Тело отсчета. Предварительная разметка координатных осей. Система координат.

Движение по прямой линии, на плоскости и в пространстве.

0 А(х) х

Но тело движется, и его положение в пространстве изменяется. Необходимость введения «четвертой координаты» – времени.

2. Система отсчета – система координат и часы для измерения промежутков времени. Пример: железная дорога (тело отсчета, километровые столбы, часы).

3. Траектория– геометрическое место точек в данной системе отсчета, через которые прошло тело. Демонстрация.

4. Путь (S) – длина траектории между ее началом и концом.

5. Перемещение ( ) – свойство движущегося тела изменяет свое положение в пространстве, измеряемое длиной отрезка, соединяющего начальное и конечное положение тела.

Пример: S₁ = 400 м, S₂ = 300 м, S = 500 м. Модуль вектора перемещения может принимать любые значения от 700 м до 100 м. На перемещения не распространяются законы алгебры!

Вывод. Если известно положение точки в начальный момент времени и ее перемещение, то можно определить положение точки в следующий момент времени на чертеже или карте: х_о, у_о, → х, у.

Примеры: Самолет вылетел из Новокузнецка и пролетел прямолинейно 500 км. Где он находится? Где будет находиться самолет, если он пролетел после вылета 500 км на северо-восток? Перемещение – это "сколько и куда", а путь – только "сколько"!

IV. Задачи:

1. Лошадь прошла по арене цирка окружности диаметром 13 м. Определите перемещение лошади и пройденный ею путь.

"Одиночество, как твой характер крут!

Посверкивая циркулем железным,

Как холодно ты замыкаешь круг,

Не внемля увереньям бесполезным".

Белла Ахмадулина

2. На рисунке приведены три графика пути материальной точки от времени. Опишите движение точки по каждому из этих графиков. Какие из графиков не соответствуют никакому движению?

V. § 1-3. Вопросы 1-3 к § 3.

1. Путник в полдень вышел из города А и в тот же день достиг города В. В полдень следующего дня он вышел из города В и пошел в А той же дорогой. Докажите, что существует такая точка на дороге, в которой он на пути туда и на пути обратно находится при одинаковых показаниях часов.

Есть многое на свете, друг Гораций,

Что и не снилось нашим мудрецам.

У. Шекспир