Решение задач «Общие сведения о механическом движении»

• 
  Схема «Структура механики»
  
• 
  Схема «Разделы механики»
  
• 
  Схема «Структура и содержание кинематики»
  
• 
  Конспект «Общие сведения о механическом движении»
  
• 
  Конспект «Описание прямолинейного движения»
  
• 
  Конспект «Криволинейное движение»
  
• 
  Информационный лист «И. Ньютон»
  
• 
  Информационный лист «Г. Галилей»
  
• 
  Таблица «Из истории развития механики»
  

• 
  Устный зачет «Общие сведения о механическом движении»
  
• 
  Проектные задания «Общие сведения о механическом движении»
  
• 
  Текст «Общие сведения о механическом движении»
  
• 
  Текст «Исследования дорожного движения»
  
• 
  Примеры решения задач «Общие сведения о механическом движении»
  
• 
  Решение задач «Общие сведения о механическом движении»
  
• 
  Тест «Общие сведения о механическом движении»
  

• 
  Устный зачет «Прямолинейное равномерное движение»
  
• 
  Проектные задания «Прямолинейное равномерное движение»
  
• 
  Текст «Прямолинейное равномерное движение»
  
• 
  Примеры решения задач «Прямолинейное равномерное движение»
  
• 
  Решение задач «Прямолинейное равномерное движение»
  
• 
  Решение задач «Движение протяженных тел»
  
• 
  Л/р «Изучение равномерного движения»
  
• 
  Тест «Прямолинейное равномерное движение»
  

• 
  Устный зачет «Относительность движения»
  
• 
  Проектные задания «Относительность движения»
  
• 
  Текст «Относительность движения»
  
• 
  Примеры решения задач «Относительность движения»
  
• 
  Решение задач «Относительность движения»
  
• 
  Тест «Относительность движения»
  

• 
  Устный зачет «Прямолинейное неравномерное движение»
  
• 
  Проектные задания «Прямолинейное неравномерное движение»
  
• 
  Текст «Прямолинейное неравномерное движение»
  
• 
  Примеры решения задач «Прямолинейное неравномерное движение»
  
• 
  Решение задач «Прямолинейное неравномерное движение»
  
• 
  Тест «Прямолинейное неравномерное движение»
  
• 
  
  

• 
  Устный зачет «Прямолинейное равноускоренное движение»
  
• 
  Проектные задания «Прямолинейное равноускоренное движение»
  
• 
  Текст «Прямолинейное равноускоренное движение»
  
• 
  Примеры решения задач «Прямолинейное равноускоренное движение»
  
• 
  Решение задач «Прямолинейное равноускоренное движение»
  
• 
  Л/р «Определение ускорения и средней скорости при скатывании шарика с наклонной плоскости»
  
• 
  Тест «Прямолинейное равноускоренное движение»
  

• 
  Устный зачет «Криволинейное движение»
  
• 
  Проектные задания «Криволинейное движение»
  
• 
  Текст «Криволинейное движение»
  
• 
  Примеры решения задач «Криволинейное движение»
  
• 
  Решение задач «Криволинейное движение»
  
• 
  Тест «Криволинейное движение»
  

Схема

• 
  механическое движение
  
• 
  макроскопическое тело
  
• 
  механическое состояние
  
• 
  системы отсчета
  
• 
  взаимодействие
  

• 
  поступательного движения
  
• 
  вращательного движения
  
• 
  колебательного движения
  

• 
  материальная точка
  

• 
  дальнодействия
  
• 
  суперпозиции
  
• 
  относительности
  
• 
  симметрии
  
• 
  сохранения
  

• 
  сохранения (энергии, импульса, момента импульса)
  
• 
  Ньютона
  
• 
  для сил (всемирного тяготения, упругости, сухого и жидкого трения)
  

• 
  равновесие тел
  
• 
  невесомости
  
• 
  подъемной силы крыла самолета
  
• 
  реактивного движения и др.
  

законы сохранения

колебания и волны

гидро- аэростатика

Схема

структура и содержание кинематики

• 
  Механическое движение
  
• 
  Материальная точка
  
• 
  Система отсчета
  
• 
  Координата
  
• 
  Траектория
  
• 
  Путь
  
• 
  Перемещение
  
• 
  Скорость
  
• 
  Ускорение
  
• 
  Период
  
• 
  Частота
  
• 
  Амплитуда
  
• 
  Фаза
  
• 
  Угловая скорость
  
• 
  Циклическая частота
  

Вопросы для устного зачета

1. 
   Определение механического движения.
   
2. 
   Основная задача механики.
   
3. 
   система координат: одномерная; двумерная; трехмерная.
   
4. 
   Система отсчета.
   
5. 
   определение поступательного движения.
   
6. 
   Определение материальной точки.
   
7. 
   Траектория: определение, относительность траектории.
   
8. 
   Путь: определение, обозначение, единицы измерения, относительность пути.
   
9. 
   Перемещение: определение, обозначение, единицы измерения, относительность перемещения.
   
10. 
    Уравнения движения.
    

Проектные здания

1. 
   Поставьте эксперимент и объясните наблюдаемое явление. Изогнутая трубочка для коктейля заклеивается с одной стороны (например, жевательной резиной), после чего в нее можно дунуть. Разгибается?
   
2. 
   Измерьте время реакции человека.
   
3. 
   Составьте серию задач, используя материалы из таблиц.
   

Текст

Важнейшее различие между учением Аристотеля и идеями Галилея и Ньютона состоит в том, что Аристотель считал покой естественным состоянием любого тела, к которому оно стремится, если не испытывает действия некоей силы или импульса. В частности, Аристотель полагал, что Земля пребывает в состоянии покоя. Но из законов Ньютона следует, что нет никакого уникального стандарта покоя.

Можно сказать, что тело А находится в состоянии покоя, а тело В перемещается относительно него с постоянной скоростью, или что тело В пребывает в покое, а тело А перемещается, и оба утверждения будут одинаково верны.

Например, если забыть на мгновение, что Земля вращается вокруг своей оси и обращается вокруг Солнца, то в равной мере можно говорить, что Земля находится в состоянии покоя, а поезд движется по ней на север со скоростью девяносто миль в час или что поезд находится в состоянии покоя, а Земля движется на юг со скоростью девяносто миль в час.

Если провести в поезде эксперименты с движущимися телами, все законы Ньютона подтвердятся. Например, играя в пинг-понг в вагоне поезда, убеждаешься, что шарик повинуется законам Ньютона точно так же, как и шарик на столе у дороги. Так что невозможно узнать, что именно движется – поезд или Земля.

Как проверить, кто прав – Ньютон или Аристотель? Вот один из возможных экспериментов. Вообразите, что вы находитесь внутри закрытого контейнера и не знаете, стоит ли он на полу вагона в движущемся поезде или на твердой поверхности Земли, стандарте покоя согласно Аристотелю. Можно ли определить, где вы? Если можно, Аристотель, вероятно, был прав: состояние покоя на Земле является особым. Однако это невозможно. Эксперименты, выполненные внутри контейнера в движущемся поезде, будут протекать точно так же, как и те, что проделаны внутри контейнера на «неподвижном» перроне (мы считаем, что поезд не испытывает толчков, не поворачивает и не тормозит). Играя в пинг-понг в вагоне поезда, можно обнаружить, что шарик ведет себя точно так же, как и шарик на столе у дороги. И если, находясь внутри контейнера, вы играете в пинг-понг, при разных скоростях поезда относительно Земли – 0,50 или 90 миль в час – шарик всегда будет вести себя одинаково. Так устроен мир, что и отражено в уравнениях законов Ньютона: не существует способа узнать, что движется – поезд или Земля.

Действительно ли существенно, кто прав – Аристотель или Ньютон? Идет ли речь о различии взглядов, философских систем, или это проблема, важная для науки? Отсутствие абсолютного стандарта покоя имеет в физике далеко идущие последствия: из него вытекает, что нельзя определить, случились ли два события, которые имели место в разное время, в одном и том же месте.

Чтобы уяснить это, давайте предположим, что некто в поезде вертикально бросает теннисный шарик на стол. Шарик отскакивает вверх и через секунду снова ударяет в то же место на поверхности стола. Для человека, бросившего шарик, расстояние между точками первого и второго касания будет равно нулю. Но для того, кто стоит снаружи вагона, два касания будут разделены приблизительно сорока метрами, потому что именно столько пройдет поезд между двумя отскоками шарика (см. рисунок). Согласно Ньютону оба человека имеют равное право считать, что находятся в состоянии покоя, так что обе точки зрения одинаково приемлемы. Ни один из них не имеет преимущества перед другим, в противоположность тому, что считал Аристотель. Места, где наблюдаются события, и расстояния между ними различны для человека в поезде и человека на платформе, и нет никаких причин предпочесть одно наблюдение другому.

Расстояние, которое преодолевает тело, – и его путь – могут по-разному оцениваться разными наблюдателями.

Ньютона очень беспокоило отсутствие абсолютных положений, или абсолютного пространства, как принято было говорить, поскольку это не согласовывалось с его идеей абсолютного Бога. Фактически он отказался принять отсутствие абсолютного пространства, несмотря на то, что его законы подразумевали это. За эту иррациональную веру его критиковали многие, особенно епископ Беркли, философ, полагавший, что все материальные тела, пространство и время – иллюзия. Когда знаменитого доктора Джонсона ознакомили с мнением Беркли, он вскричал: «Я опровергаю это так!» – и ударил ногой по большому камню.

И Аристотель, и Ньютон верили в абсолютное время. То есть полагали, что можно однозначно измерить интервал времени между двумя событиями и полученное значение будет одним и тем же, кто бы его ни измерял, если использовать точные часы. В отличие от абсолютного пространства, абсолютное время согласовывалось с законами Ньютона. И большинство людей считает, что это соответствует здравому смыслу.

Тем не менее, в двадцатом столетии физики были вынуждены пересмотреть представления о времени и пространстве. Как мы убедимся в дальнейшем, ученые обнаружили, что интервал времени между двумя событиями, подобно расстоянию между отскоками теннисного шарика, зависит от наблюдателя. Физики также открыли, что время не является совершенно независимым от пространства.

Ключом к прозрению стало новое понимание свойств света. Свойства эти, казалось бы, противоречат нашему опыту, но наш здравый смысл, исправно служащий нам, когда мы имеем дело с яблоками или планетами, которые движутся сравнительно медленно, перестает работать в мире околосветовых скоростей.» (Отрывок из книги Стивена Хокинга и Леонарда Млодинова "Кратчайшая история времени")

Текст

ИССЛЕДОВАНИЯ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ

Питер работает в Австралийском Совете по исследованиям дорожного движения. Один из способов, который использует Питер для получения информации о движении на узкой дороге — съёмка движения видеокамерой. Камеру устанавливают на столбе высотой 13 метров. На видеоплёнке Питер может наблюдать за тем, как быстро движутся машины на этой дороге, на каком расстоянии друг от друга они едут и какую часть дороги они используют при движении.

Затем на дорогу наносятся разделительные дорожные полосы. Теперь Питер сможет увидеть на видеоплёнке, изменилось ли движение после нанесения полос: движутся машины быстрее или медленнее, чем раньше; ближе или дальше друг от друга располагаются машины; ближе к краю дороги или к центру движутся теперь машины. Когда Питер определит, какие произошли изменения, он сможет дать рекомендацию, наносить ли разделительные линии на все узкие дороги или нет.

Задания к тексту
Вопрос 1.

Если Питер хочет быть уверен в том, что он дал хорошую рекомендацию, ему нужно собрать дополнительную информацию. Что из перечисленного ниже поможет ему быть более уверенным в своей рекомендации относительно нанесения разделительных линий на узких дорогах?

Предположим, что на одном участке узкой дороги после нанесения разделительных линий Питер обнаруживает следующие изменения:

При большой скорости водителям рекомендуется между своей и движущейся впереди машиной оставлять большее расстояние, чем при движении с небольшой скоростью, так как быстро движущейся машине требуется больше времени, чтобы остановиться.

Объясните, почему быстро движущейся машине требуется больше времени, чтобы остановиться, чем машине, которая едет медленно.

Вопрос 4.

Питер видит на видеоплёнке, что машину А, скорость которой 45 км/ч, обгоняет машина Б, движущаяся со скоростью 60 км/ч. Насколько быстрее едет машина Б по сравнению с машиной А?