БИЛЕТ № 2

1. Механическое движение и его виды. Относительность движ< ния. Система отсчета. Скорость. Ускорение. Прямолинейное рас * | ноускоренное движение

Механическое движение — изменение пространственного пол ожени тела относительно других тел с течением времени.

Положение материальной точки в пространстве в произвольный момен времени можно определить, если ввести систему отсчета.

Система отсчета — совокупность тела отсчета, связанной с ним сисп Q мы координат и часов.

Положение точки можно задать с помощью вектора. Радиус-вектор - пепем вектор, соединяющий начало отсчета с положением точки в произвольнь^щоц^ой . момент времени. ^ -а-векгорг

Проведем из начала отсчета О в точку А радиус-вектор г , который та же как и координаты х, у, z, характеризует положение точки в произвол! ный момент времени. 1Срем

Уравнение движения в векторной форме — это зависимость радиус^*461?*!1 вектора от времени. Координатное описание механического движения тел эквивалентно векторному. Зная закон движения в векторной форме, можн""0 С} получить закон движения в координатной форме, и наоборот. Рассмотри*""^7i€H1

связь радиус-вектора и координаты тела в про изволь J'f ный момент времени (рис. 2.1).

4 Длина радиус-вектора характеризует расстояние Движс

[" на котором точка А находится от начала координат. Кшью за б

\ таком же расстоянии от точки О находятся все ТОЧКУ

\ лежащие на окружности радиусом г. Положение точк

\ А характеризует угол а> который образует вектор г Для oi

У» осью X. Координаты х и у точки А связаны с г и а слаели IHHOI

'х л дующими соотношениями: Скоро

Риг 7 1"

гис1 x-rcosa, y = rsina. веремеще

г, - изошло:

Вектор г можно представить в виде суммы его составляющих по осю

X и У: г = гх 4- г...

Проекция радиус-вектора на координатную ось равна координате тел; Предп по этой оси: гх - х, г = у. же систе?

Рассмотрим движение одного и того же тела относительно разных сис* Р 1 ' тем отсчета, которые могут двигаться относительно друг друга. Пусть i Прл д начальный момент времени начало координат подвижной и неподвижности равен систем отсчета совпадают и материальная точка находится в начале коор

динат. За время А/ материальная точка в неподвижной системе отсчет;

перемещается на sb в подвижной — на Sj. Начало отсчета подвижной сис

темы переместилось на s\9 значит

£ =Si + Sj •

 

 

Из рис. 2,2 видно, что перемещение относительно разных систем отсче та различно. 

 

ГЬ ДВИЖ<

шое pai

юложени »тй момеи

1им систе _

Рис. 2,2 Рис. 2.3

есктор - Перемещение — вектор, проведенный из начального положения мате- изб0ДЬИЪ1талънои точки в конечное. Перемещение характеризует изменение ради\-

:а-вектора материальной точки (рис. 2 3): горый та AF ~r2~f\ .

[рОИЗВОЛ! „

Перемещение показывает, на какое расстояние и в каком направлении умещается тело из начального положения за данное время.

Механическое движение характеризуется средней путевой скоростью —

,то скалярная величина, равная отношению пути к промежутку времени

»'С, МОЖН ,

1СС\1ОТри!атРаЧ€ИН0г0 Иа его пРохож°ение: .роизволъ Vcp=Ls [иср] = -.

/ С

1сст0яни( Движение характеризуется мгновенной скоростью — средней скоро-

>динат. Н?тъю за бесконечно малый интервал времени:

все точки .. Д-У

V = IIITIA/VC VCN = IIM^VQ—.

ние точк ш р Д/1

легор г Для определения скорости как вектора воспользуемся другой векторной ТА СЛФСЛИЧИНОЙ — перемещением.

/= о

. радиус гения тел

Скорость — векторная физическая величина, равная пределу отношения перемещения тела к промежутку времени, за которое это перемещение про- 

  

изошло:

х по ост

дя

Д/

v = Игпд^о 

  

[нате тел Предположим, что скорость двух тел D] и и2 определена Е одной и той

же системе отсчета. Относительная скорость первого тела относительно шых лСвторого равна разности скоростей тел: vi2 = Ц - 02 •

. Пусть I При движении тела в одном направлении модуль относительной скоро- одвижнойгги равен разности скоростей (рис. 2.4.) [але коор о, й

е отсчет;

ясной сис

v, 

  

 

 

Рис. 2.4

f.

V.

V,

Рис. 2.5

чем отсче 

тку врс*

При встречном движении тела сближаются с относительной скоростьюнОВенны оавной сумме их скоростей (рис. 2.5).

При любой скорости движущихся тел релятивистский закон сложени скоростей имеет вид

vx + v

vx =

, Vx

I + —.

Скорое ет с тсче

V 

  

где v'x <> с, vx < с .

При прямолинейном движении вектор скорости не изменяется по налрав лению, модуль скорости при этом может оставаться постоянным или изме няться с течением времени. При равномерном прямолинейном движении з> любые равные промежутки времени тело совершает равное перемещение.

vV

'ср

о

О

Равномерное прямолинейное движение — движение, при котором тело т ремещается с постоянной по модулю и направлению скоростью. В этом случае скорость не изменяется, т.е. является константой (рис. 2.6).

£*

Рис. 2.6

Так ка Этс ур

ия При х

Расстояние, которое пройдет тело за время Д/, численно равно площади прямоугольника под графи ком скорости. Площадь под графиком зависимости проекции скорости движения от времени равна пере мещению тела за соответствующее время. При рав номерном прямолинейном движении тела по оси X зг

время t перемещение можно рассчитать так:

Ах = vx -Г, 

  

Зная, что по оси X перемещение равно разносп конечной и начальной координат тела, т.е. A* = .x-jt0, получаем зако*

равномерного прямолинейного движения, который определяет положение материальной точки в любой момент времени:

г = г (/) или X = х(0, У ~ y(t\ z = z{().

Если совместить начало отсчета по оси X с начальной координатой (х0 = 0), то закон равномерного прямолинейного движения примет вид

x = vx

График линейной зависимости координаты тела от времени x(t) — пря¬мая линия, проходящая через начало координат (рис, 2.7).

Чем больше скорость движения тела, тем больше угол наклона а пря- х, М°И К ОСИ Х9 т.е. чем круче график, тем больше

скорость движения тела: а3 > а2 > аг

Уравн<

Графи Таким

Рис. 2.7.

При ci

Изменение скорости с течением времени ха¬рактеризует физическая величина, называемая ускорением:

- v

Векторная физическая величина, равная пре¬делу отношения изменения скорости к проме- 

тку времени, в течение которого это изменение произошло, называют жоростьюиовенным ускорением:

_ .. Аи п м

сложение

V-Vr

Рис. 2 8

по направ или изме ижении з, цение. м тело пе пом случаи

1рсмя Д/,

юд графи- шсимоста

а = lim —; [aj^-y • А/->0 Д* 1 С1

Скорость тела при равноускоренном прямолинейном движении возрас- ет с течением времени линейно. Рассмотрим прямолинейное равноуско¬ренное движение с начальной скоростью График зависимости t>(7) — прямая линия (рис. 2.8).

Площадь под графиком зависимости ско¬рости движения от времени численно равна

I " г —— —

\V = Vo+at перемещению тела по оси X за время / при равноускоренном движении. Так как площадь трапеции равна полусумме оснований на ее \ высоту, то в нашем случае

2 2

at1

тна пере Так как Ах = x-xQ1 то х = *0 + i;0f +—. При рав- _ 2

>осиАгз 0 УР^^нив координаты равноускоренного прямолинейного движе- ия При XQ = 0 график такого движения будет выглядеть так (рис. 2.9): 

  

тах

v, м А

разносп 1см зако*

сложение

О

>рдинатой вид

t) — пря-

max

Рис. 2Л0

Уравнение координаты равнозамедленного движения

Л

at'

x = xQ + vQ t 

  

а а пря* График равнозамедленного движения представлен на рис. 2.10. и больше Таким образом, закон равнопеременною движения имеет вид:

гмсни ха- зывасмая

2

а/

При свободном падении тела в поле тяжести Земли уравнение примет вид

.2

gj

вная пре- к проме- 

2. Экспериментальное задание по теме «Элементы элеш роста- тики»: наблюдение явления электризации тел

В вашем распоряжении имеется оборудование для наблюдения явления электризации тел: два электростатических маятника на изолирую¬щих штативах, стеклянная и эбонитовая палочки, кусочек шелковой ткани, кусочек меха.

Потрем эбонитовую палочку о шерсть и поочередно прикоснемся к электростатическим маятникам. Будем сближать маятники. Уже на некото¬ром расстоянии они начнут отталкиваться. Отталкиваются они потому, что при соприкосновении эбонитовой палочки с электростатическим маятни¬ком произошла электризация тел одинаковым зарядом. Следовательно, электрический заряд возник при трении эбонитовой палочки о шерсть и получил название отрицательного.

Электрический заряд, возникающий при трении стеклянной палочки о шелк, получил название положительного.

Повторим опыт теперь уже с заряженной стеклянной палочкой. Элек¬тростатические маятники вновь отталкиваются.

Делаем вывод: одноименные электрические заряды отталкиваются.

Если к одному электростатическому маятнику прикоснуться заряжен¬ной эбонитовой палочкой, а к другому — заряженной стеклянной палочкой, то электростатические маятники при сближении будут притягиваться друг к другу. Возникшие при электризации тел электрические заряды разного зна¬ка притягиваются.

3. Текст по разделу «Квантовая физика и элементы астрофизи¬ки», содержащий описание опыта. Задание на формулировку гипо¬тезы опыта, условий его проведения и выводов

Изучение космических лучей

В 1896 г. французский физик А. Бскксрель открыл ионизирующее дей¬ствие быстрых заряженных частиц на эмульсию фотопластинки. Фото¬эмульсия содержит большое количество микроскопических кристалликов бромида серебра. Быстрая заряженная частица, пронизывая кристаллик, отрывает электроны от отдельных атомов брома, Цепочка таких кристалли¬ков образует скрытое изображение, при проявлении в этих кристалликах восстанавливается металлическое серебро и цепочка зерен серебра образует трек частицы.

Эт и опыты Бскксреля легли в основу создания метода изучения косми¬ческих лучей и ядерных процессов, разработанных Л.С. Мысовским, А.П. Ждановым и др. Наблюдения показали, что а -частицы, попадая в эмульсию фотопластинки под острым углом к ее поверхности, оставляют в ней характерный след, становящийся видимым в микроскоп после проявле¬ния. Пробег а-частицы в фотоэмульсии вследствие большой плотности среды составляет несколько десятков микрометров. У обычных фотопла¬стинок слой светочувствительной эмульсии имеет толщину всего около 20 мкм. Для ядерных исследований изготавливают пластинки с тридцати¬кратной и более толщиной светочувствительного слоя (до 600 и даже 1000 мкм) и применяют мелкозернистые эмульсии, позволяющие запечат¬леть след протонов.

Изучение следов космических частиц Б толстослойных фотоплас! инках, поднятых с иомощыо ракет на высоту 100 км? не оставляет сомнения в том. что первичными частицами космического излучения являются главным об¬разом протоны и в меньшем количестве альфа-частицы и ядра других бо¬лее тяжелых элементов.

Интенсивность первичных космических лучей равна примерно 100 000 МэВ/мин на 1 см2 в единице телесного угла.

По порядку величины энергия, приносимая на Землю космическим из¬лучением, примерно равна энергии, получаемой Землей о г звезд.

Отве гьтс на вопросы к тексту:

1. Можно ли для регистрации космических лучей использовать фото пластинки, применяемые при обычном фотографировании9

2. Как, изучая трек частиц, можно определить массу частиц?

3. Как, изучая трек частиц, можно определить энергию частиц?

4 Каковы преимущества метода фотоэмульсий перед другими методами исследования частиц?

by Ivan Domanov © 2024