Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
ОСНОВЫ КИНЕМАТИКИ Урок 1. ТЕМА: « Материальная точка. Система отсчета»
Механика – раздел физики изучающий движение. Основная задача механики – определить положение тела в пространстве в любой момент времени.
Кинематика - раздел механики изучающий способы описания движения и связь между величинами, характеризующими это движение. Динамика - раздел механики, изучающий причины возникновения механического движения. Статика изучает законы равновесия системы тел.
Механическое движение – изменение положения тела в пространстве с течением времени относительно других тел.
Поступательное движение – движение, при котором все точки тела движутся одинаково, с одной скоростью. Материальная точка – тело размерами которого можно пренебречь, в условиях данной решаемой задачи. Тело отсчета – любое тело, условно принимаемое за неподвижное, относительно которого рассматривается движение других тел.
Например За материальную точку очень часто рассматривают Землю, если исследуют её движение вокруг Солнца.
Например Но если мы решаем задачу связанную с суточным вращением планет, то нужно обязательно учесть форму и размер планеты. Например, если требуется определить время восхода Солнца в разных местах земного шара.
Что такое поступательное движение? Тело движется поступательно, если все его точки движутся одинаково. или Тело движется поступательно, если прямая, проведенная через две точки этого тела, при его перемещении смещается параллельно своему первоначальному положению.
Примеры поступательного движения Поступательно движется кабина лифта Поступательно движется кабина колеса обозрения
Чтобы определить положение тела (материальной точки) в пространстве надо: задать тело отсчета; выбрать систему координат; иметь прибор для отсчёта времени (часы)
Тело отсчета, связанная с ним система координат и часы для отсчета времени движения образуют систему отсчета.
Что такое тело отсчета? Тело отсчёта - это тело, относительно которого определяется положение других (движущихся) тел. Например, это может быть дерево, когда рассматриваем движение автобуса, или Земля, при расчёте движения ракеты
Система координат Положение тела в пространстве можно определить с помощью 2 координат (двумерная система координат) Положение тела в пространстве можно определить с помощью 3 координат (трехмерная система координат)
При прямолинейном движении тела достаточно одной координатной оси
Траектория – линия вдоль которой движется тело.
Путь - длина траектории. [L] Перемещение – вектор проведенный из начального положения материальной точки в ее конечное положение.
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Динамика. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона.
Цели урока: сформировать понятие об ИСО; изучить первый закон Ньютона; показать важность такого раздела физики как «Динамика»; воспитывать чувство уважения к различным профессиям....
конспект урока "Движение. Материальная точка. Система отсчета. Относительность движения."
Данную работу можно использовать при изучении темы в 9 классе: «Кинематика». Материал предназначен для повторения и обобщения темы. Работу можно использовать в качестве повторения материал...
Цель урока:
Задачи урока:
обучающие:
развивающие:
воспитательные:
Оборудование:
Просмотр содержимого документа
«Материальная точка. Система отсчета.»
Урок 1/1
Тема: Материальная точка. Система отсчета.
Цель урока: сформировать понятия: материальная точка, система отсчета.
Задачи урока:
обучающие:
введение понятий: материальная точка, система отсчета, траектория.
развивающие:
развитие умений выделять главное, сравнивать, обобщать, делать выводы, аргументировать собственное мнение;
развитие речи учащихся через организацию диалогического общения на уроке,
развитие моторной памяти - фиксирование учащимися информации в тетради,
развитие слуховой памяти - проговаривание определений;
развитие зрительной памяти - выполнение записей на доске;
воспитательные:
эстетическое оформление записей в тетрадях и на доске.
Оборудование: Штатив с муфтой и лапкой, желоб, шарик, тело на нити.
Ход урока:
1.Вступление.
Знакомство с учебником.
Техника безопасности в кабинете и при выполнении лабораторных работ.
Учебные принадлежности необходимые на уроке.
2.Актуализация знаний.
Ответить на вопросы:
Что такое материя? (определение ).
Что такое механическое движение? (определение ).
3.Изучение нового материала.
Физика – наука, занимающаяся изучением самых общих свойств окружающего нас мира. Это наука экспериментальная.
Отыскать наиболее общие законы природы
Объяснить конкретные процессы действием этих общих законов.
Основные разделы физики:
Механика
Термодинамика
Электродинамика
Механика – наука о движении и взаимодействии макроскопических тел.
Классическая механика состоит из трех частей:
Кинематика изучает как движется тело.
Динамика объясняет причины движения тела.
Статика объясняет причины нахождения тела в покое.
Для описания движения в кинематике вводятся специальные понятия: материальная точка, система отсчета, траектория и величины: путь, перемещение скорость, ускорение, которые важны не только в кинематике, но и в других разделах физики.
Первое, что бросается в глаза при наблюдении окружающего мира – это его изменчивость.
Ответить на вопросы:
Какие изменения вы замечаете?
Итог: частые ответы связаны с изменением положения тел относительно друг друга.
Изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени называется механическим движением .
Демонстрация:
скатывание шарика по желобу,
колебания маятника.
Относительность движения. (примеры анимация отн движения)
Материальная точка – тело, размерами и формой которого можно пренебречь в данных условиях.
Критерии замены тела материальной точкой:
а) путь, пройденный телом, намного больше размеров движущегося тела.
б) тело движется поступательно. (примеры анимация мат точка)
Ответить на вопросы:
Как определить положение тела?
Необходимо тело отсчета и система отсчета.
Система отсчета: тело отсчета, система координат, часы.
Система отсчета может быть:
Одномерной, когда положение тела определяется одной координатой
Двухмерной, когда положение тела определяется двумя координатами
Трехмерной, когда положение тела определяется тремя координатами.
4.Закрепление материала.
Ответить на вопросы:
1.В каком случае тело является материальной точкой тело:
а) на станке изготавливают спортивный диск;
б) тот же диск после броска спортсмена летит на расстояние 55 м.
2.Какую систему координат (одномерную, двухмерную, трехмерную) следует выбрать для определения положения тел:
- трактор в поле;
- вертолет в небе;
- поезд;
- шахматная фигура.
Самостоятельная работа: спишите и заполните пропуски.
Всякое тело можно рассматривать как материальную точку в тех случаях, когда расстояния, проходимые точками тела, очень велики по сравнению с …
Движение называется поступательным, если все точки тела в любой момент времени движутся …
Тело, размерами и формой которого в рассматриваемом случае можно пренебречь, называется…
Все вместе: а) тело отсчета, б) система координат, в) прибор для определения времени, - образуют…
При прямолинейном движении тела положение тела определяется … координат(ой)(ами).
5.Рефлексия.
Домашнее задание: § 1.
Урок № 1
Тема. Механическое движение и его виды. Основная задача механики и способы ее решения в кинематике. Физическое тело и материальная точка. Система отсчета
Цель: охарактеризовать задачи изучения раздела «Кинематика», ознакомить со структурой учебника; дать представление о механическое движение, основную задачу механики и способы ее решения в кинематике; сформировать понятие поступательного движения тел, материальной точки, системы отсчета; показать роль знаний по механике в других науках, в технике; показать, что механическое движение - одна из форм существования материи, один из многочисленных видов изменений в природе, а материальная точка - модель, идеальный объект классической механики.
Тип урока: урок изучения нового учебного материала.
Наглядный: демонстрация поступательного движения тела, случаев, когда тело можно (и не можно) считать материальной точкой, ППС «Физика-9» от «Квазар-Микро».
Ожидаемые результаты. После урока учащиеся:
Различат физическое тело и материальную точку, прямолинейное и криволинейное движение материальной точки;
Смогут обосновать содержание основной (прямой) задачи механики;
Научатся объяснять суть физических идеализаций - материальной точки и системы отсчета.
II. Объявление темы и цели урока
Формирование новых понятий. Во время беседы с применением демонстрационного эксперимента и ППС «Физика-9» от «Квазар-Микро» рассмотреть следующие вопросы:
Механическое движение и его виды;
Основная задача механики и способы ее решения в кинематике;
Что изучает кинематика;
Физическое тело и материальная точка, система отсчета.
Мы часто называем одни тела подвижными, другие неподвижными.
Деревья, различные здания, мосты, берега рек - неподвижные. Вода в реке, самолеты в небе, автомобили, едущие по дороге, - подвижные.
Что дает нам основание разделять тела на подвижные и неподвижные? Чем они отличаются друг от друга?
Когда мы говорим об автомобиле, который движется, то имеем в виду, что в определенный момент времени он был рядом с нами, а в другие моменты расстояние между нами и автомобилем менялась. Неподвижные тела в течение всего наблюдения не меняют своего положения относительно наблюдателя.
Опыт. Разместим вертикальные вешки на столе на некотором расстоянии друг от друга по одной прямой. Поставим возле первой из них тележка с ниткой и начнем его тянуть. Сначала он перемещается от первой вешки ко второй, затем к третьей и т. д. То есть тележка будет менять свое положение относительно вышек.
Механическое движение - это изменение положения тела относительно других тел или одних его частей относительно других. Примеры механического движения: движение звезд и планет, самолетов и автомобилей, артиллерийских снарядов и ракет, человек идет относительно Земли, движение рук относительно туловища.
Другие примеры механического движения показано на рис. 1.
Механические движения окружающих тел разделяют на: поступательное, вращательное и колебательное (система периодически возвращается в положение равновесия, например колебания листьев на дереве под действием ветра) движения (рис. 2).
Особенности поступательного движения (движение пассажиров вместе с эскалатором, движение резца токарного станка и т.п.):
Произвольная прямая в теле, остается параллельной к себе;
Все точки имеют одинаковые траектории, скорости, ускорения.
Эти условия не выполняются для вращательного движения тела (движение колеса автомобиля, колеса обозрения, Земли вокруг Солнца и своей оси и т.д.).
Механическое движение нередко являются частью более сложных немеханических процессов, например тепловых. Изучением механического движения занимается раздел физики, который называется механикой.
Механическую форму движения материи изучает раздел физики «Механика». Основная задача механики - найти положение тела в пространстве в любой момент времени. Механическое движение происходит в пространстве и времени. Понятия пространства и времени - фундаментальные понятия, которые невозможно определить через какие-то более простые. Для изучения механического движения, что происходит в пространстве и времени, нужно прежде всего уметь измерять промежутки времени и расстояния. Частным случаем движения является покой, поэтому механика рассматривает также условия, при которых тела находятся в покое (эти условия называются условиями равновесия).
Чтобы сформулировать законы механики и научиться их применять, нужно сначала научиться описывать положение тела и его движение. Описание движения составляет содержание раздела механики, называется кинематикой.
Для описания механического движения, как и других физических процессов, происходящих в пространстве и времени, используют систему отсчета. Система отсчета - это совокупность тела отсчета, связанной с ним системы координат (декартовой или другой) и прибора для отсчета времени (рис. 3).
Систему отсчета в кинематике выбирают, руководствуясь лишь соображениями насчет того, как удобнее всего математически описать движение. Никаких преимуществ одной системы над другой в кинематике не существует. Из-за сложности физического мира реальное явление, которое изучается, всегда приходится упрощать и вместо собственно явления рассматривать идеализированную модель. Так, для упрощения в условиях определенных задач размерами тел можно пренебречь. Абстрактное понятие, которое заменяет реальное тело, которое движется поступательно и размерами которого можно пренебречь в условиях реальной задачи, называется материальной точкой. В кинематике, когда решают задачу, вопрос о том, что именно движется, где движется, почему именно так движется, в основном не рассматривают. Главное одно: как тело движется.
III. Закрепление изученного. Решение задач
1. Самостоятельная работа над материалом ППС «Физика-9» от «Квазар-Микро», в ходе которой учащиеся составляют опорный конспект.
IV. Домашнее задание
1. Выучить конспект урока; соответствующий параграф учебника.
2. Решить задачи:
Маленькому ребенку кажется, что секундная стрелка часов движется, а минутная и часовая стрелки неподвижны. Как доказать ребенку, что она ошибается?
Приведите примеры задач, в которых Луну: а) можно считать материальной точкой; б) нельзя считать материальной точкой.
3. Дополнительное задание: подготовить презентации.
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Разуменская средняя общеобразовательная школа №2»
Белгородского района Белгордской области
Конспект урока по физике
в 9 классе
«»
подготовила
учитель математики и физики
Елсукова Ольга Андреевна
г. Белгород
2013
Тема: Законы взаимодействия и движения тел.
Тема урока: Материальная точка. Система отсчета.
Форма учебного занятия: урок
Тип: I + II (урок изучения знаний и способов деятельности)
Место урока в разделе: 1
Цели и задачи:
обеспечить восприятие, осмысление и первичное запоминание учащимися понятий материальная точка, поступательное движение, система отсчета;
организовать деятельность учащихся по воспроизведению изученного материала;
обобщить знания о понятии «материальная точка» ;
проверить применение на практике изученного материала ;
развивать познавательную самостоятельность и творческие способности учащихся;
воспитывать навыки творческого усвоения и применения знаний;
развивать коммуникативные способности учащихся;
развивать устную речь учащихся;
Оснащение урока: доска, мел, учебник.
Ход урока:
Организация начала учебного занятия:
Поприветствовать учащихся;
Проверить санитарно- гигиеническое состояние класса (проветрен ли класс, вымыта доска, наличие мела ), если есть не совпадения с санитарно-гигиеническими нормами попросить учеников их исправить вместе с учителем.
Познакомится с учащимися, отметить отсутствующих на уроке;
Подготовка к активной деятельности учащихся:
Сегодня на уроке нам предстоит вернуться к изучению механических явлений. В 7 классе вы уже сталкивались с механическими явлениями и перед тем как приступить к изучению нового материала, давайте вспомним:
Что такое механическое движение?
Механическим движением – называется изменение положение тела в пространстве с течением времени.
Что такое равномерное механическое движение?
Равномерное механическое движение – это движение с постоянной скоростью.
Что такое скорость?
Скорость – это физическая величина, которая характеризует быстроту перемещения тела, численно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величине этого промежутка.
Что такое средняя скорость?
Средняя скорость - это отношение всего пройденного пути ко всему времени.
Как определить скорость если мы знаем расстояние и время?
В 7 классе вы решали достаточно простые задачи на нахождение пути, времени или скорости движения. В этом году мы более подробно рассмотрим, какие виды механического движения существуют, как описать механическое движение любого вида, что делать, если скорость на протяжении движения меняется и т.д.
Уже сегодня мы с вами познакомимся с основными понятиями, которые помогают описать как количественно, так и качественно механическое движение. Эти понятия являются очень удобными инструментами при рассмотрении любого вида механического движения.
Изучение нового материала:
В окружающем нас мире всё находится в непрерывном движении. Что же понимается под словом «Движение»?
Движение – любое изменение, происходящее в окружающем мире.
Наиболее простым видом движения является уже известное нам механическое движение.
При решении любых задач, касающихся механического движения, необходимо уметь описывать это движение. А это значит, что нужно определить: траекторию движения; скорость движения; путь пройденный телом; положение тела в пространстве в любой момент времени др.
Например, на учениях в РА чтобы запустить снаряд, необходимо знать траекторию полета, на какое расстояние упадет.
Из курса математики нам известно, что положение точки в пространстве задаётся с помощью системы координат. Допустим нам нужно описать положение не точки, а всего тела, которое как мы знаем, состоит из множества точек, а каждая точка имеет свой набор координат.
При описании движения тела, которое имеет размеры, возникают и другие вопросы. Например, как описать движение тела, если при движении тело ещё и вращается вокруг собственной оси. В подобном случае помимо собственной координаты, каждая точка данного тела обладает собственным направлением движения и собственным модулем скорости.
В качестве примера можно привести любую из планет. При вращении планеты противоположные точки на поверхности имеют противоположное направление движения. Причём чем ближе к центру планеты, тем меньше скорость у точек.
Как тогда быть? Как описать движение тела, которое имеет размер?
Для этого можно воспользоваться понятием, которое подразумевает, что размер тела как бы пропадает, а масса тела остаётся. Такое понятие называется материальной точкой.
Записываем определение:
Материальной точкой называется тело, размерами которого в условиях решаемой задачи можно пренебречь.
Материальных точек в природе не существует. Материальная точка – это модель физического тела . С помощью материальной точки решается достаточно большое количество задач. Но применять замену тела на материальную точку не всегда можно.
Если в условиях решаемой задачи размер тела не оказывает особого влияния на движение, тогда можно такую замену произвести. Но если размер тела начинает влиять на движение тела, то замена невозможна.
Например, футбольный мяч. Если он летает и быстро перемещается по футбольному полю, то он материальная точка, а если лежит на прилавки спортивного магазина, то это тело не является материальной точкой. Самолет летит в небе – материальная точка, приземлился – его размерами пренебречь уже нельзя.
Иногда можно принимать за материальную точку тела, размеры которых соизмеримы. Например, человек поднимается на эскалаторе. Он просто стоит, но каждая его точка движется в том же направление и с той же скоростью, что и человек.
Такое движение называется поступательным. Запишем определение.
Поступательное движение – это движение тела, при котором все его точки движутся одинаково. Например, всё тот же автомобиль совершает по дороге поступательное движение. Точнее, поступательное движение совершает только кузов автомобиля, в то время как его колёса совершают вращательное движение.
Но с помощью одной материальной точки мы не сможем описать движение тела. Поэтому введем понятие системы отсчёта.
Любая система отсчёта состоит из трёх элементов:
1) Из самого определения механического движения вытекает первый элемент любой системы отсчёта. «Движение тела относительно других тел». Ключевая фраза – относительно других тел. Тело отсчёта – это тело, относительно которого рассматривается движение
2) Опять же из определения механического движения следует второй элемент системы отсчёта. Ключевая фраза – с течением времени. Это значит, что для описания движения нам необходимо определить время движения от начала в каждой точке траектории. А для отсчёта времени нам нужны часы .
3) А третий элемент мы с вами уже озвучивали в самом начале урока. Для того, чтобы задать положение тела в пространстве нам нужна система координат .
Таким образом, системой отсчёта называется система, которая состоит из тела отсчёта, связанной с ним системой координат и часов.
Системы отсчета Мы с вами будем пользоваться декартовой системой двух видов: одномерной и двухмерной.
На данном уроке, тема которого: «Материальная точка. Система отсчета», мы познакомимся с определением материальной точки, рассмотрим определение положения разных тел с помощью координат. Кроме того, рассмотрим, что такое система отсчета и зачем она нужна.
Представьте, что вы сидите дома, в своей комнате, и вам задают вопрос: «Где ты?». Как вы на него ответите? Вы можете ответить «дома», и это будет правильный ответ. Можете ответить «в своей комнате, за столом», или назвать город, или сказать, что вы в России. Ответ на вопрос «где ты?» будет дан, все эти варианты правильные.
Как, в таком случае, мы выбираем, что именно ответить? Зависит от того, насколько точно нужно знать расположение. Если спрашивает мама, которая вошла в квартиру, ей хочется знать, в какой вы комнате. Если спрашивает по телефону знакомый из другого города, чтобы встретиться с вами, то ему все равно, в своей вы комнате или на кухне, и уж тем более все равно, какая часть ваших ног находится под столом и какая часть рук лежит на столе. Ему просто надо знать, не уехали ли вы из города.
Отвечая на простой вопрос, мы отбросили все лишнее, упростили и ответили настолько точно, насколько это требуется в каждом конкретном случае.
Упрощениями мы пользуемся на каждом шагу, описывая предметы или процессы с позиции того, что нас интересует.
Еще один пример - географические карты (см. рис. 1).
Рис. 1. Географическая карта
Можно было бы размещать в атласах спутниковые фотографии местности, но этого никто не делает. При изучении географии нам не важно, как выглядит каждый объект, и объекты нас интересуют не все, поэтому при составлении карт ненужное отбрасывается. На физической карте остается рельеф и водоемы (см. рис. 2), на политической карте - границы государств и крупнейшие города (см. рис. 3)
И как вы показываете свое положение на карте? Ставите точку, которая ничего общего с вами реальными не имеет, но положение ваше описывает, и, глядя на точку на карте, вы все понимаете (см. рис. 4).
Рис. 4. Обозначение на карте
В физике мы тоже будем использовать упрощения.
Упрощенное представление о чем-нибудь, что нам необходимо изучить или описать с заданной степенью соответствия реальности, называется моделью .
Человек мыслит моделями. Представьте себе велосипед. А теперь попробуйте его как можно точнее нарисовать.
Удивительно, что многие из вас столкнутся с трудностями, а ведь все знают, как выглядит велосипед, и все с легкостью его представили. Но воображаемая картинка достаточно приблизительна: два колеса, руль, педали, сидение, эти части соединены рамой, а как именно соединены, какой они формы и какого цвета - мы не задумываемся.
Какие детали мы опускаем, а на какие обращаем внимание? В повседневной жизни - на свое усмотрение, в зависимости от потребностей. В науке же нужна точность и определенность, поэтому в физике мы будем четко оговаривать модели, которые будем изучать и которые будут с заданной точностью соответствовать действительности.
Модель
|
Когда мы говорим слово «модель» в физике, чаще всего имеем в виду уменьшенную копию чего-нибудь, какой-либо образ предмета, его описание, словесное или математическое. Такая копия не является оригиналом, но дает о нем упрощенное представление. Степень упрощения может быть разной в зависимости от того, какой информации нам достаточно. Возьмем модель автомобиля. Некоторые коллекционируют модели, которые выглядят как настоящие, т. е. дают представление о внешнем виде автомобиля (см. рис. 5).
Рис. 5. Модель автомобиля При этом такая модель не покажет устройство двигателя, но для нашей цели достаточно внешнего вида. Если вы рассказываете другу, как вас обгонял другой автомобиль, вам не обязательно иметь коллекционные модели этих автомобилей, вам не важен внешний вид, вам важно движение и расположение машин. Вам достаточно взять два прямоугольных предмета, например мобильных телефона, и сымитировать на столе обгон (см. рис. 6). Рис. 6. Обгон машин Еще один пример: вас просят купить хлеба. Понятие «хлеб» - упрощенная модель, во фразе «Купи хлеба» нет информации ни о хлебозаводе-производителе, ни о составе, ни о точной массе булки. Мы разве что уточним, белого купить или черного, все остальные детали мы опустим. Если некоторые детали важны, то нас попросят «Купи маленькую булку белого хлеба». Это будет другая более точная модель: она уже уточнит размер булки и вид хлеба, но также опустит все остальное. Моделями мы пользуемся постоянно - выбирая точность добычи или передачи информации, мы уже моделируем реальность. |
Мы займемся изучением механического движения. Движение - это перемещение тел с течением времени.
Нас интересует, что тело было в одном месте, а через некоторое время оказалось в другом. Как вы это опишете? Например, автомобиль утром был на парковке, а потом подъехал к дому. Выглянув из окна, вы покажете пальцем, где он был утром, а потом покажете, где он стоит сейчас (см. рис. 7).
Рис. 7. Положение автомобиля
Как нарисовать на бумаге свой путь из школы домой? После того как вы отметите школу, дом и несколько ключевых объектов, например автобусную остановку, станции метро, перекресток, на котором вы поворачиваете, вы отметите точками: сначала я здесь, потом иду здесь, и прихожу вот сюда (см. рис. 8).
Рис. 8. Путь из школы домой
Обратите внимание: в этих примерах, как и во многих других случаях, нам не нужно обращать внимание на размер и форму движущихся тел. Идет из школы один ученик или другой, едет автомобиль или бежит слон - мы отметим их на бумаге такими же точками. Это очень удобно, и мы, где это возможно, будем применять эту модель.
Эта модель называется материальная точка - модель тела, размерами и формой которого в данной задаче можно пренебречь.
Другие модели в кинематике
|
В механике физической моделью движущегося тела может быть материальная точка, размерами которой в данной задаче можно пренебречь, или тело, имеющее форму и размеры, если они для нас в данной задаче важны (см. рис. 9).
Рис. 9. Модели движения Модели движения, которые будем использовать, - это равномерное движение по прямой, равноускоренное движение по прямой и равномерное движение по окружности. Кто пытался проехать на велосипеде по узкой прямой тропинке или перекладине, тот знает, как трудно придерживаться идеально прямой траектории, траектория всегда кривая, но мы можем пренебречь подобными неточностями, движение вверх-вниз по кочкам вообще не учитывать, и можем свести движение к одной из изучаемых моделей. |
Нужно понимать, что любая модель имеет свои границы применения и материальными точками можно считать не все тела и не во всех случаях. Тот же автомобиль, если мы рассматриваем его перемещение с парковки к дому, может считаться материальной точкой, его размеры не важны (см. рис. 10).
Рис. 10. Автомобиль - материальная точка
Но если мы рассматриваем, как он поместится на парковке между двух соседних автомобилей, его размеры и форму нужно учитывать.
Мы займемся изучением движения материальной точки. Движение - это изменение положения во времени. Как описать положение?
Выберите в своей комнате какой-нибудь предмет, а теперь скажите, где он находится. Допустим, вы выбрали чашку, из которой вы недавно пили чай и еще не отнесли на кухню. Вы скажете что-то вроде «она стоит на столе на полметра левее клавиатуры» или «она сразу перед дневником» (см. рис. 11).
Рис. 11. Положение чашки на столе
А теперь попробуйте указать ее положение, не упоминая никакие другие предметы, как клавиатуру или дневник. Не получится. Описывая положение тела или точки, нужно выбрать другое тело и относительно него задавать положение, то есть координаты.
Координаты - это способ точного указания места, адрес этого места. Этот адрес должен не только идентифицировать место, но и помогать его найти, указывать на его положение в упорядоченном ряду подобных точек (термин «координата» происходит от слова ordinare, которое означает «упорядочивать», с приставкой со-, которая означает «вместе, совместно, согласованно»).
Свойства числа
Например, координатой дома на улице является его номер, который отсчитывается с того края улицы, который принят за начало. Номер дома не только указывает на то, о каком именно доме идет речь (о том самом, например, пятиэтажном, с парикмахерской на первом этаже), но и подсказывает, где его можно найти: если мы прошли мимо домов № 8 и № 10, то дом № 16 должен быть где-то впереди (см. рис. 12).
Рис. 12. Номер дома
Тогда как название улицы зачастую только идентифицирует ее (слышим об улице Пушкинской и понимаем, что это за улица), но не содержит в себе информации о ее положении среди других улиц (нет упорядоченности).
В кинотеатре номер ряда и номер места являются координатами кресла: мы знаем, где начало координат (обычно слева у экрана), потому если видим пятый ряд, то знаем, где искать большие номера рядов. То же с местами: если ищем место № 13, идем сразу в конец ряда, и, увидев место № 11, понимаем, что мы близко (см. рис. 13).
Рис. 13. Искомое место в кинотеатре
Номер не только имя (надпись на кресле), но и ориентир в поиске (упорядоченность).
Все, кто играл в морской бой, знают, что положение клетки можно однозначно задать парой параметров: в данном случае буквой, указывающей столбец, и числом, указывающим строку, а отсчитываются столбцы и строки от левого верхнего угла поля (см. рис. 14).
Рис. 14. Игра «Морской бой»
Можно определить положение, определив направление и расстояние, например в 50 километрах от города на северо-восток (см. рис. 15).
Рис. 15. Определение положения
Примеры систем координат
|
В любом случае, когда мы задаем положение чего-либо, мы в том или ином виде пользуемся его координатами. Например: — на фото пишут «в первом ряду второй слева Иванов» (см. рис. 16). Координатами являются ряд и место в нем;
Рис. 16. Положение человека на фото: Иванов второй слева — на билетах пишут номер ряда и номер места: координаты ряда и места (см. рис. 17);
Рис. 17. Билет — улица, номер дома - координаты: улица и номера; — «выйдешь из метро «такого-то», повернешь налево и пройдешь 100 м; — Положение тела на поверхности Земли можно задать по-разному: — 30 км на север от Москвы,40 км на восток. В данном случае координатами является пара чисел: расстояние на восток/запад и север/юг; — 50 км на северо-восток. Здесь координаты - угол направления относительно оси восток/запад + длина радиус-вектора (см. рис. 18).
Рис. 18. Положение на карте мира |
В механике мы чаще всего будем использовать прямоугольную (или декартову) систему координат. В ней положение точки на плоскости задается следующим образом. Есть точка отсчета, то есть начало координат, и есть два взаимно перпендикулярных направления. Положение точки задается расстоянием, которое нужно пройти от начала координат в одном и во втором направлении, чтобы попасть в эту точку (см. рис. 19), как в кинотеатре при продвижении по рядам и вдоль ряда по местам.
Итак, мы описываем движение материальной точки. Чтобы его описать, нам нужно тело отсчета, относительно которого задавать положение точки. Нужна система координат, чтобы точно и однозначно задавать положение (см. рис. 20).
Рис. 20. Система отсчета
Но движение - это перемещение с течением времени, поэтому нужно еще определиться с измерением времени. Казалось бы, секунда у всех на часах длится одинаково, если не считать неисправных часов, тогда в чем проблема измерять время? Представьте: если начало движения засечь по часам, которые показывают 14:40, а окончание - по секундомеру, который остановится на показании 02:36:41, причем неизвестно, когда он запущен. Поэтому с прибором измерения времени и моментом начала измерения тоже нужно определиться, как мы определяемся с телом отсчета и системой координат.
Теперь у нас есть все инструменты, которые нужны для описания движения: тело отсчета, система координат и прибор измерения времени. Вместе они составляют систему отсчета .
При решении задач мы будем самостоятельно выбирать систему отсчета, в которой описанный в задаче процесс нам будет рассматривать наиболее удобно.
На этом наш урок окончен, спасибо за внимание.
Список литературы
1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: Справочник с примерами решения задач. - 2-е издание передел. - X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. - 464 с.
2. Перышкин А.В., Гутник Е.М. Физика. 9 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений - 14-е изд., стереотипное. - М.: Дрофа, 2009. - 300 с.
Домашнее задание
1. Дайте определение материальной точки.
2. Что такое система отсчета?
3. Что такое модель?
4. Определите координаты трех точек:
