МЕХАНІЧНИЙ РУХ. ВІДНОСНІСТЬ РУХУ. СИСТЕМА ВІДЛІКУ. МАТЕРІАЛЬНА ТОЧКА
Розділ 2 МЕХАНІЧНИЙ РУХ
О Ви знаєте, як визначити шлях, подоланий тілом, а дізнаєтесь, як визначити переміщення цього тіла
О Ви уявляєте, що таке точка, а дізнаєтеся про матеріальну точку
О Ви можете описати рух тіла, спостерігаючи за ним, а зможете розказати, як рухалось тіло, розглядаючи графік його руху
О Ви знаєте, що літак заправляють під час стоянки, а дізнаєтесь, як це можна зробити в повітрі, під час польоту
О Ви знаєте, що в багатьох годинниках використовують маятники, а дізнаєтесь, які властивості маятника забезпечили
& 6. МЕХАНІЧНИЙ РУХ. ВІДНОСНІСТЬ РУХУ. СИСТЕМА ВІДЛІКУ. МАТЕРІАЛЬНА ТОЧКА
Згадайте: ви сидите у вагоні потяга й дивитеся на інший потяг, що стоїть на сусідній колії. Раптом вам здається, що ваш потяг рушив з місця, адже за вікном почали пропливати вагони сусіднього потяга. І тут ви дивитесь у вікно навпроти і… розумієте, що ваш потяг, як і раніше, стоїть на пероні. А якби вікна навпроти не було, змогли б ви з’ясувати, чи ваш потяг відправився від станції?
1. Знайомимося з механічним рухом
Усе у світі перебуває в русі (рис. 6.1): мільярди років, що існує Всесвіт,
Незважаючи на розмаїття прикладів руху, для них можна визначити спільні риси: по-перше, всі тіла, що рухаються, змінюють своє положення в просторі відносно інших тіл; по-друге, зміна положення тіл відбувається з плином часу.
Найпростішим різновидом руху є механічний рух.
Механічний рух – це зміна з часом положення тіла або частин тіла в просторі відносно інших тіл.
Рис. 6.1. Усе у світі рухається: і величезні галактики, і тіла, що нас оточують, і мікроскопічні істоти
2. Даємо означення системи відліку
Коли тіло рухається, його положення в просторі змінюється. Для визначення положення тіла в просторі використовують систему координат, яку пов’язують із тілом відліку.
Тіло, відносно якого розглядається положення рухомого тіла, називають тілом відліку.
Вибір тіла відліку є довільним. За тіло відліку можна взяти будь-яке тіло з міркувань зручності. Це може бути як вагон потяга, так і перон вокзалу, як дерево на узбіччі, так і автомобіль, що мчить дорогою. Тілом відліку можуть бути і планета Земля, і Сонце, і далекі галактики.
Яке тіло, на вашу думку, доцільно обрати за тіло відліку, досліджуючи ваш рух на перерві; на уроці фізкультури; під час подорожі? Після того як тіло відліку вибрано, з ним пов’язують систему координат. Система координат задається за допомогою однієї, двох або трьох координатних осей; уздовж осей відкладають відстані в обраному масштабі, наприклад у кілометрах або метрах (рис. 6.2, 6.3).
Зміна положення тіла відбувається не миттєво, а протягом певного часу, тому для дослідження механічного руху є також необхідним прилад для відліку часу – годинник.
Тіло відліку, пов’язана з ним система координат і годинник утворюють систему відліку.
3. Визначаємо, коли тіло можна вважати за матеріальну точку
Зазвичай під час руху тіла кожна його точка рухається по-різному. На практиці дослідити рух усіх точок тіла досить складно, та часто в цьому й немає потреби. Описуючи рух тіла, розміри якого набагато менші, ніж відстані, які воно долає, тіло замінюють на фізичну модель – матеріальну точку. Матеріальна точка не має розмірів, а її маса дорівнює масі даного тіла.
Матеріальна точка – це фізична модель тіла, розмірами якого в умовах даної задачі можна знехтувати.
Те саме тіло в умовах однієї задачі можна вважати матеріальною точкою, а в умовах іншої – не можна.
Уявіть собі автомобіль, який прямує трасою з Одеси до Києва, і цей же автомобіль, коли він паркується на автостоянці. У першому випадку, досліджуючи рух автомобіля, його розмірами можна знехтувати. Тобто можна не враховувати, що під час руху автомобіля його окремі точки рухалися по-різному, адже відстань, яку подолав автомобіль, була набагато більшою, ніж його, скажімо, довжина. У другому випадку нехтувати розмірами автомобіля не можна.
Рис. 6.2. Щоб визначити положення пішохода й автомобіля в певний момент часу на прямолінійній ділянці дороги, досить однієї координати: хп = -2 км; ха = 8 км
Рис. 6.3. Щоб визначити положення футболіста на полі в певний момент часу, потрібно знати дві координати: х = 300 м; у = 100 м
Спробуйте навести подібні приклади, взявши за досліджувані тіла людину, Землю, олівець, дерево.
Зверніть увагу! Коли ми визначаємо координати тіла, то вважаємо це тіло за матеріальну точку. Далі, коли говоритимемо про рух тіла, будемо вважати, що йдеться про рух матеріальної точки.
4. Дізнаємося про відносність руху та спокою
Те, що тіло відліку обирається довільно, означає, що стан руху і стан спокою є відносними.
Уявіть пасажира, який їде, сидячи в кріслі вагона потяга (рис. 6.4). Відносно крісла та вагона пасажир не змінює свого положення з часом, тобто перебуває у стані спокою, а відносно дерев за вікном пасажир рухається.
Читаючи ці рядки, ви, найімовірніше, сидите в класі за партою або вдома за столом. Спробуйте назвати тіла, відносно яких ви рухаєтесь, і тіла, відносно яких ви перебуваєте у стані спокою.
Відносність руху дає можливість “зупинити” автомобіль, що мчить дорогою. Для цього потрібний ще один автомобіль, який буде рухатися поряд із першим, не відстаючи і не обганяючи його. У такому випадку автомобілі один відносно одного перебуватимуть у стані спокою. Згадайте, як каскадери пересідають з одного автомобіля, що мчить, на інший, що рухається поряд! Той самий принцип використовують і для заправлення літака пальним під час польоту (рис. 6.5).
Підбиваємо підсумки
Механічний рух – зміна з часом положення тіла або частин тіла у просторі відносно інших тіл. Тіло, відносно якого розглядається положення рухомого тіла, називають тілом відліку.
Рис. 6.4. Пасажир рухається відносно дерев за вікном потяга і залишається нерухомим відносно вагона
Рис. 6.5. Заправлення літака в повітрі: літаки перебувають у стані спокою один відносно одного
Тіло відліку, пов’язана з ним система координат і годинник для відліку часу утворюють систему відліку. Стани руху та спокою залежать від вибору системи відліку, тобто є відносними.
У фізиці для спрощення опису руху тіла використовують фізичну модель – матеріальну точку. Матеріальна точка – це тіло, розмірами якого в умовах даної задачі можна знехтувати.
Контрольні запитання
1. Дайте означення механічного руху. Наведіть приклади. 2. Що таке тіло відліку? 3. Як задають систему координат? 4. Які об’єкти утворюють систему відліку? 5. У яких випадках тіло, що рухається, можна розглядати як матеріальну точку? 6. Як ви розумієте вираз “механічний рух є відносним”?
Вправа № 6
1. Визначте, відносно яких тіл розглядають рух у таких прикладах:
А) шматок пінопласту нерухомо лежить на поверхні води в річці;
Б) повз автомобіль “пролітають” придорожні стовпи; в) Сонце вранці встає на сході, а ввечері сідає на заході.
2. Яків Ісидорович Перельман (1882-1942) у своїй книзі “Цікава фізика” описує випадок, який трапився із пілотом літака на початку XX ст. (літаки тоді літали досить повільно, а кабіна пілота була відкритою). Піднявшись на висоту 2 км, пілот побачив біля свого обличчя якийсь предмет. Подумавши, що це комаха, пілот спіймав предмет. Але “комаха” виявилась кулею з рушниці. Чому пілот зміг спіймати кулю?
3. Чи можна вважати космічний корабель матеріальною точкою, коли він: а) здійснює переліт Земля – Марс? б) здійснює посадку на поверхню Марса?
4. Координати дерева, каменя та світлофора, розташованих на узбіччі прямолінійної ділянки дороги, відповідно такі: хд = -1 км; хк = 2 км; хс = 3,5 км. Накресліть координатну вісь, позначте на ній початок координат і положення зазначених тіл. Визначте відстань між тілами.
5. Грибник спочатку був у точці А з координатою х = 200 м, у = 100 м. Через годину він перемістився в точку В, розташовану на відстані 1,5 км від точки А у напрямку на південь, а ще через півгодини – в точку С, розташовану на відстані 400 м від точки В у напрямку на захід. Накресліть у зошиті систему координат, зобразіть зазначені точки та визначте їхні координати. Домовимося, що напрямок осі ОХ є напрямком на схід, а напрямок осі OY – напрямком на північ.
Експериментальне завдання
Пов’яжіть із вашим столом двомірну систему координат, обравши за початок координат будь-який кут столу, а за осі координат – краї столу, що до цього кута прилягають. Визначте координати гумки, настільної лампи або інших предметів на столі. Подайте звіт у вигляді рисунка в певному масштабі. На рисунуку зазначте масштаб, осі координат, розташування предметів та їхні координати.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...