Приклади механічного руху. Механічний рух: фізика, 10 клас

Приклади механічного руху відомі нам з повсякденного життя. Це проїжджаючі повз автомобілі, пролітають літаки, які пропливали кораблі. Найпростіші приклади механічного руху ми створюємо самі, проходячи повз інших людей. Щомиті наша планета робить рух у двох площинах: навколо Сонця і своєї осі. І це теж приклади механічного руху. Так давайте сьогодні поговоримо про це конкретніше.

Яка буває механіка

Перш ніж говорити, які існують приклади механічного руху, давайте розберемося взагалі в те, що називається механікою. Ми не будемо вдаватися в наукові нетрі і оперувати величезною кількістю термінів. Якщо говорити вже зовсім просто, то механіка - це розділ фізики, що вивчає рух тел. А якою вона може бути, ця механіка? Школярі на уроках фізики знайомляться з її підрозділами. Це кінематика, динаміка та статика.
Кожен з підрозділів також вивчає рух тіл, але має характерні тільки для неї особливості. Що, до речі, повсюдно використовується при вирішенні відповідних завдань. Почнемо з кінематики. Будь-який сучасний шкільний підручник чи електронний ресурс дасть ясно зрозуміти, що рух механічної системи в кінематиці розглядається без урахування причин, що призводять до руху. У той же час ми знаємо, що причиною прискорення, яке призведе тіло в рух, є сила.

Що, якщо сили потрібно враховувати

А ось розглядом вже взаємодій тіл при русі займається такий розділ, який називається динамікою. Механічний рух, швидкість у якому є одним з важливих параметрів, в динаміці нерозривно пов'язане з цим поняттям. Останній з розділів – статика. Вона займається вивченням умов рівноваги механічних систем. Найпростішим статичним прикладом є врівноваження годину ваг. На замітку вчителям: урок з фізики "Механічний рух" у школі слід почати саме з цього. Спочатку навести приклади, потім розділити механіку на три частини, і тільки потім приступати до решти.

Які бувають завдання

Навіть якщо ми звернемося лише до одного розділу, припустимо, це буде кінематика, нас тут чекає величезна кількість самих різних завдань. Вся справа в тому, що існує декілька умов, виходячи з яких, одна і та ж задача може бути представлена в різному світлі. Причому завдання на кинематическое рух можуть бути зведені до випадків вільного падіння. Про це ми зараз і поговоримо.

Що таке вільне падіння в кінематиці

Цьому процесу можна дати кілька визначень. Проте всі вони неминуче будуть зводитися до одного моменту. При вільному падінні на тіло діє тільки сила тяжіння. Вона спрямована від центру маси тіла по радіусу до центра Землі. В іншому можна "крутити" формулювання і визначення як тільки завгодно. Однак наявність одного лише сили тяжіння в процесі такого руху є обов'язковою умовою.

Як вирішуються завдання на вільне падіння в кінематиці

Для початку нам потрібно "розжитися" формулами. Якщо ви запитаєте сучасного вчителя фізики, то він відповість вам, що знання формул – вже половина вирішення завдання. Чверть відводиться на розуміння процесу і ще одна чверть – на процес обчислень. Але формули, формули і ще раз формули – ось те, що складає підмога.
Ми можемо назвати вільне падіння приватним випадком равноускоренного руху. Чому? Та тому що у нас є все, що для цього потрібно. Прискорення не змінюється, воно дорівнює 98 метрів на секунду в квадраті. На цій підставі ми можемо рухатися далі. Формула відстані, пройденого тілом при рівноприскореному русі, має вигляд: S = Vot +(-) at^2/2. Тут S – відстань, Vo – початкова швидкість, t – час, a – прискорення. Тепер спробуємо підвести цю формулу під випадок вільного падіння. Як ми говорили раніше, це є приватний випадок равноускоренного руху. І якщо a – це загальноприйняте умовне позначення прискорення, g у формулі (замінить а) буде мати цілком певне числове значення, зване також табличним. Давайте перепишемо формулу відстані, пройденого тілом для випадку з вільним падінням: S = Vot +(-) gt^2/2. Зрозуміло, що в такому випадку рух буде відбуватися у вертикальній площині. Звертаємо увагу читачів на те, що жоден з параметрів, які ми можемо висловити з написаної вище формули, не залежить від маси тіла. Кинете ви коробку або камінь, наприклад, з даху, або ж два різних по масі каменя – ці об'єкти при одночасному початку падіння і приземляться майже одночасно.

Вільне падіння. Механічний рух. Завдання

До речі, існує таке поняття, як миттєва швидкість. Воно позначає швидкість в будь-який момент часу руху. І при вільному падінні ми можемо її легко визначити, знаючи лише початкову швидкість. А вже якщо вона дорівнює нулю, то справа взагалі нікчемна. Формула миттєвої швидкості при вільному падінні в кінематиці має вигляд: V = Vo + gt. Зауважте, що знак "-" пропав. Адже він ставиться, коли тіло сповільнюється. А як при падінні тіло може сповільнюватися? Таким чином, якщо початкова швидкість не була повідомлена, миттєва буде дорівнює просто твору прискорення вільного падіння g на час t, що минув з моменту початку руху.

Фізика. Механічний рух при вільному падінні

Давайте перейдемо до конкретних завдань на цю тему. Припустимо, що умова наступне. Діти вирішили розважитись і скинути тенісний м'ячик з даху будинку. Дізнайтеся, якою була швидкість тенісного м'яча в момент зіткнення із землею, якщо будинок налічує дванадцять поверхів. Висоту одного поверху прийняти рівною трьом метрам. М'яч випускають з рук. Рішення цієї задачі буде не однокроковим, як можна подумати спочатку. Начебто все здається дуже простим, тільки підставити потрібні числа у формулу миттєвої швидкості і все. Але при спробі зробити це ми можемо зіткнутися з проблемою: нам невідомо час падіння м'яча. Давайте розберемо інші деталі завдання.

Хитрощі в умовах

По-перше, нам дано кількість поверхів, і ми знаємо висоту кожного з них. Вона дорівнює трьом метрам. Таким чином, ми можемо відразу ж розрахувати нормальне відстань від даху до землі. По-друге, нам сказано, що м'яч випускають з рук. Як зазвичай, в задачах на механічний рух (так і в завданнях взагалі) присутні дрібні деталі, які на перший погляд можуть здатися нічого не значущими. Проте тут цей вислів говорить про те, що тенісний м'яч не має початкової швидкості. Відмінно, одне з доданків у формулі тоді відпадає. Тепер нам треба дізнатися час, яке м'яч провів у повітрі до зіткнення з землею. Для цього нам знадобиться формула відстані при механічному русі. Насамперед прибираємо твір початкової швидкості на час руху, оскільки вона дорівнює нулю, а значить, і добуток буде дорівнювати нулю. Далі множимо обидві частини рівняння на два, щоб позбутися від дробу. Тепер ми можемо висловити квадрат часу. Для цього подвоєну відстань ділимо на прискорення вільного падіння. Нам залишається тільки витягти квадратний корінь з цього виразу, щоб дізнатися, скільки часу пройшло до зіткнення м'яча з землею. Підставляємо числа, витягаємо корінь і отримаємо приблизно 271 секунди. Тепер це число підставляємо у формулу миттєвої швидкості. Отримаємо приблизно 265 метрів в секунду. На замітку вчителям та учням: можна було б піти трохи іншим шляхом. Щоб не плутатися в цих числах, слід максимально спрощувати кінцеву формулу. Це буде корисно тим, що виникне менший ризик заплутатися у власних обчисленнях і допустити в них помилки. В даному випадку ми могли б поступити наступним чином: висловити з формули відстані час, але не підставляти числа, а підставити цей вираз вже у формулу миттєвої швидкості. Тоді б вона виглядала наступним чином: V = g*sqrt(2S/g). Але ж прискорення вільного падіння можна внести в підкореневий вираз. Для цього його представимо в квадраті. Отримаємо V = sqrt (2S*g^2/g). Тепер скоротимо прискорення вільного падіння в знаменнику, а в чисельнику зітремо його ступінь. В результаті отримаємо V = sqrt (2gS). Відповідь буде тим же, тільки обчислень стане менше.

Підсумки та висновки

Отже, що ж ми сьогодні дізналися? Є кілька розділів, які вивчає фізика. Механічний рух в ній підрозділяється в ній на статику, динаміку і кінематику. Кожна з цих міні-наук має свої характерні особливості, які враховуються при вирішенні завдань. Однак при цьому ми можемо дати загальну характеристику такому поняттю, як механічний рух. 10 клас – час найбільш активного вивчення цього розділу фізики, якщо вірити шкільній програмі. Механіка включає в себе та випадки вільного падіння, оскільки вони є приватними видами равноускоренного руху. А з цими ситуаціями у нас працює саме кінематика.