Введение
Здравствуйте!
Всё состоит из молекул, мы это уже знаем. Представьте: катится шар, рассмотрим его движение. Первый важный вопрос: что движется, движение чего мы рассматриваем? Есть ли смысл говорить обо всех молекулах шара (см. рис. 1)?
Рис. 1. Молекулы шара
Нам это не нужно. Отбрасываем всё ненужное: строение вещества, цвет, температуру. Нам сейчас важно, что это вот такое тело своего размера и формы, и его движение мы рассматриваем. Это и есть модель тела (см. рис. 2).
Рис. 2. Модель тела
Более того, нам часто даже не нужно всё тело, мы можем взять одну его точку и рассматривать ее движение. Так и сделаем: рассмотрим задачи, в которых тела можно считать точками, и изучим движение такой точки.
Тело и материальная точка
Измерим расстояние между телами – шаром и пирамидой. Какое оно (см. рис. 3)?
Рис. 3. Расстояние между шаром и пирамидой
Между какими точками брать? Непонятно. Если мы выберем одну точку шара и одну точку пирамиды и ничего важного при этом не потеряем, то расстояние между ними будет четко определено (см. рис. 4).
Рис. 4. Расстояние между двумя точками на телах
И положение точки даст понять, где находится тело. Удобная модель.
Посмотрите на юлу. Движется ли она? Вроде бы стоит на месте. Если обозначим ее положение точкой, точка будет неподвижна. Однако юла вращается, отдельные ее точки движутся по кругу (см. рис. 5). Смотря что мы рассматриваем, такую модель и применим: неподвижной точки или вращающегося тела.
Рис. 5. Юла
Положение тела
Сразу возникает вопрос, а что такое движение? Движение – это перемещение с течением времени. В один момент времени тело находилось в одном месте, а в другой момент – в другом.
Вопрос: как положение задать? Допустим, вы переместились: где вы были и где вы оказались? Задать положение можно только относительно чего-то: адрес в городе, положение в комнате (см. рис. 6).
Рис. 6. Положение тела
Нужно задать тело отсчета. Как именно задать положение относительно выбранного тела? Например, скажем «Я возле магазина». Где именно «возле» – на крыльце, справа, слева, может быть, сверху (см. рис. 7)?
Рис. 7. Неопределенность положения тела
В науке нужна точность и однозначность. Все вы знаете, как можно задать положение парой чисел: буква и цифра в морском бое, широта и долгота в географии, «на 30 км восточнее и на 40 км южнее Москвы» – это координаты (см. рис. 8).
Рис. 8. Расположение в «Морском бое»
Систему координат можно выбирать, как нам удобно: для «Морского боя» удобна одна, для GPS-навигатора – другая.
Поскольку положение тела можно задать только относительно других тел, значит, и изменение положения – движение – определено относительно других тел. Сказать просто, что тело движется, неправильно. Движется ли пассажир поезда? За несколько часов он переместится из одного города в другой, относительно этих городов он, конечно, движется. Но он может возразить, что за всю дорогу он с места не вставал и вообще спал, и будет прав – относительно поезда он не двигался. А относительно Солнца вместе со всей планетой этот пассажир каждый час пролетал примерно по 100 тысяч км (см. рис. 9).
Рис. 9. Движение пассажира относительно Солнца
Поэтому, кроме вопроса, что движется, не менее важен вопрос относительно чего.
Движение может быть быстрым, может быть медленным, тело может двигаться в одном направлении, а может его менять. Если у нас достаточно информации о характере движения тела, мы можем предсказать, где оно будет находиться в любой момент времени. Это и есть главная задача механики, и, чтобы ее решить, мы будем описывать движение, создавать модели и изучать их.
Движение
Как привести тело в движение? Например, бильярдный шар. Нужно его ударить кием, подбросить – подействовать на него (см. рис. 10).
Рис.10. Приведение в движение
Действие вызывает изменение скорости – ускорение. Вот, например, есть два шарика: один заставить двигаться легко, другой – труднее. В чем разница? В массе. Масса – это мера того, как тяжело заставить тело двигаться.
Тела с большой массой насколько трудно сдвинуть, настолько трудно и остановить. Если катится футбольный мяч, вы его легко остановите ногой. Остановить катящийся мяч для боулинга – ногой лучше не пробовать (см. рис. 11). Он сохраняет свою скорость, движется по инерции.
Рис. 11. Шар для боулинга
Толкать тела, воздействовать на них, можно тоже по-разному. Мы говорим «сильнее», «слабее», с разной силой, и ее можно измерять. Как? Да так же, как и другие величины: выбрать эталонное воздействие и посмотреть, во сколько раз измеряемое отличается от эталонного.
Представьте футболиста, который дважды ударил по мячу с одинаковым усилием, только в противоположные стороны. Усилие одинаковое, а результат разный. Имеет значение еще и направление воздействия (см. рис. 12). Сила имеет направление, это векторная величина. Как и перемещение, и скорость.
Рис. 12. Направление воздействия
Но не только мы своими руками или ногами толкаем тела и заставляем их двигаться. Земля притягивает тела, и они под этим воздействием падают вниз (см. рис. 13).
Рис. 13. Притяжение Земли
Растянутая пружина тащит груз в сторону, обратную растяжению (см. рис. 14).
Рис. 14. Действие растянутой пружины
Сила трения направлена в сторону, противоположную движению, и из-за нее движущиеся тела останавливаются, иначе они бы двигались по инерции очень долго (см. рис. 15).
Рис. 15. Действие силы трения
Все эти виды воздействий мы изучим.
На нас всегда действует Земля, но мы не падаем, но и по пояс в землю не погружаемся. Почему так? Где бы мы ни стояли – под нами упругий пол, стул, кровать, какая-нибудь опора. Мы на нее давим своим весом, и в ней возникает сила реакции, которая давит снизу на нас (см. рис. 16).
Рис. 16. Возникновение силы реакции опоры
Прямо как при сжатии пружины или прогибе батута. Причем, с какой силой мы действуем на опору, с такой же по модулю силе и опора действует на нас.
На движущийся автомобиль, помимо притяжения Земли и реакции опоры, действует еще сила трения и сила тяги, создаваемая двигателем: уже четыре силы, еще и направленные в разные стороны (см. рис. 17).
Рис. 17. Действие сил на машину
В таком случае чтобы понять, что произойдет с телом под действием этих сил, воздействия надо правильно сложить и получить суммарную силу.
Например, как тянуть дерево за веревки вдвоем? Тащим в две стороны, значит, дерево должно двигаться в две стороны (см. рис. 18).
Рис. 18. Воздействие на дерево
Но оно же не может двигаться одновременно и влево, и вправо. Понятно, что действия сложатся и какая-то одна веревка перетянет. Результат сложения будет зависеть от направления сил: тянуть в одну сторону будет лучше всего (см. рис. 19), в разные – вообще ничего не получится.
Рис. 19. Действие в одну сторону
А вот так (см. рис. 20) мы и тащим каждый в свою сторону, и при этом вместе протаскиваем дерево.
Рис. 20. Еще один способ тянуть дерево
Когда мы выталкиваем из ямы автомобиль, никто не будет это делать с боков, нужно всем выталкивать сзади.
Как вычислить сумму сил, ее абсолютное значение и направление? Есть алгебра векторов (а сила – это вектор), так что это не проблема, с правилами сложения векторов вы ознакомитесь (см. рис. 21).
Рис. 21. Правило сложения векторов
Итак, мы рассмотрели движение, его относительность и поговорили о том, как воздействие влияет на движение. Более подробно об этом вы узнаете на уроках данного раздела.
Список литературы
- А.В. Перышкин Физика 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений, 2-е издание, стереотипное. – М.: Дрофа, 2013. – 221 с.
- Ф.Я. Божинова, Н.М. Кирюхин, Е.А. Кирюхина. Физика 7 кл.: Учебник. – Х.: Издательство «Ранок», 2007, 192 с.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
Домашнее задание
- Что такое движение?
- Как заставить тело двигаться?
- Что такое координаты тела?
- Определите координаты кораблика:
