Перенос и поворот
Переключи вид движения и проследи две отмеченные точки. Сравни ориентацию отрезка между ними.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Твёрдое тело без деформации. При криволинейном переносе ориентация сохраняется; при вращении меняется. Масштаб условный.
Кинематика: описать движение
Механическое движение — изменение положения тела относительно других тел с течением времени. Кинематика описывает, где находится тело, как быстро и по какой траектории оно движется. Причины изменения движения рассматривает другой раздел — динамика.
Описание начинается с выбора объекта и наблюдателя. Затем задают положение в разные моменты времени. Фраза «машина ехала быстро» недостаточна для расчёта: нужны величины с единицами и зависимость координаты от времени.
Объект
Что движется?
Отсчёт
Относительно чего и с какого момента?
Закон движения
Как меняются координаты?
Кинематика описывает движение, не устанавливая его причины.
Почему одного положения недостаточно?
Одна координата относится лишь к определённому моменту. Чтобы описать движение, нужно знать, как положение изменяется со временем.
Модели: точка и твёрдое тело
Материальная точка — модель тела, размерами которого можно пренебречь в данной задаче, сохранив его массу. Автобус на маршруте между городами часто можно считать точкой; тот же автобус при въезде в короткий гараж — нельзя.
Абсолютно твёрдое тело — модель, в которой расстояния между любыми двумя точками тела не меняются. Реальные тела деформируются, но при малых деформациях такое приближение упрощает описание. Выбор модели определяется задачей, а не только размером предмета.
| Модель | Что сохраняет | Что не описывает |
|---|---|---|
| Материальная точка | Положение и массу | Размеры, форму, вращение |
| Твёрдое тело | Размеры и взаимное расположение точек | Деформацию |
Одно тело может требовать разных моделей в разных задачах.
Можно ли Землю считать материальной точкой?
При расчёте её движения вокруг Солнца часто можно. При описании смены дня и ночи необходимы размеры Земли и её вращение.
Колесо обозрения
Кабина может двигаться по кривой, сохраняя ориентацию, а само колесо — вращаться. Различай движение целого и отдельных частей.
Unknown authorUnknown author · Public domain · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Грузовой поезд в Южной Австралии
При расчёте переезда между станциями поезд часто представляют материальной точкой; для размещения у платформы его длина существенна.
Tomoyn · CC BY 4.0 · Источник фотографии.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Поступательное: точки движутся согласованно
При поступательном движении любой отрезок, соединяющий две точки твёрдого тела, остаётся параллельным самому себе. В каждый момент скорости всех его точек одинаковы. Для описания такого движения достаточно проследить одну точку и сохранить ориентацию тела.
Поступательное движение может быть криволинейным. Кабинка колеса обозрения, сохраняющая вертикальное положение, перемещается по окружности поступательно в идеализированной модели. Само колесо вращается: скорости его разных точек неодинаковы.
Поступательное движение
Ориентация тела не меняется
Вращение
Точки описывают окружности вокруг оси
Поступательное движение не обязательно прямолинейно.
Почему колесо и его кабинка описываются по-разному?
У колеса поворачиваются закреплённые в нём отрезки. У идеальной свободно подвешенной кабинки они сохраняют направление относительно Земли.
Наблюдение: отделяем перенос от поворота
В модели отмечены две точки и отрезок между ними. При переносе отрезок остаётся параллельным исходному. При вращении его направление меняется, а разные точки проходят разные пути. Размер стрелок и условный масштаб нужны для сравнения, а не для измерения реального механизма.
Перед решением задачи запиши, какие особенности существенны. Для времени поездки важна траектория выбранной точки; для зацепления шестерён важны размеры и поворот; для сжатия пружины требуется модель деформируемого тела.
1. Уточни вопрос
Что нужно определить?
2. Выбери модель
Какими свойствами можно пренебречь?
3. Проверь границы
Не требуется ли отброшенная характеристика?
Модель выбирают по условиям и цели задачи.
Всегда ли более подробная модель лучше?
Избыточные детали затрудняют расчёт. Хорошая модель сохраняет именно те свойства, которые влияют на искомый результат.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 9 класс», § 1. Тема и содержание сверены с файлом «9 класс. Физика — § 01. Механическое движение.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.