ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 9 класс · § 3
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 3. Скалярные и векторные величины

Почему две силы по 5 Н не всегда дают силу 10 Н?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

Почему две силы по 5 Н не всегда дают силу 10 Н?

Наблюдаем и объясняем

Сумма двух векторов

Поворачивай второй вектор, сохраняя модули. Сравни цепочку стрелок и результирующую.

Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.

3
4
90 °

Условные векторы одного вида. Первый направлен вправо; вычитание показано прибавлением противоположного второго вектора.

01

Величины: число или направление

Скаляр задаётся численным значением с единицей. Масса, время, путь и энергия — скаляры. Векторная величина дополнительно имеет направление: таковы перемещение, скорость, ускорение и сила. Длина нарисованной стрелки в выбранном масштабе изображает модуль вектора.

Модуль не бывает отрицательным. Вектор может быть направлен влево, но его модуль остаётся положительным; отрицательным может быть значение проекции на выбранную ось. Нельзя складывать величины разных физических видов, даже если они изображены стрелками.

Величины: число или направление: сравнение
СкалярВекторПочему различаем
Путь sПеремещение Δr⃗Для перемещения нужно направление
Масса mСила F⃗Действие силы зависит от направления
Время tСкорость v⃗Движение может идти в разные стороны

У вектора есть модуль и направление; модуль неотрицателен.

Может ли скаляр быть отрицательным?

Да. Например, температура по Цельсию может быть отрицательной. Скалярность означает отсутствие пространственного направления, а не обязательную положительность.

02

Сложение: конец к началу

Чтобы сложить два вектора по правилу треугольника, перенеси начало второго в конец первого, сохранив его длину и направление. Сумма направлена от начала первого к концу второго. Для свободных векторов такой параллельный перенос допустим.

В правиле параллелограмма векторы откладывают из одного начала, достраивают параллелограмм и проводят диагональ из общего начала. Оба способа дают один результат. При сложении нескольких перемещений получаем стрелку между начальным и конечным положениями.

Первый вектор

Отложить из выбранной точки

Второй вектор

Начало совместить с концом первого

Сумма

Соединить начало цепочки с её концом

Сумма векторов определяется геометрическим правилом, а не всегда суммой модулей.

Что даёт замкнутая цепочка перемещений?

Конец совпадает с началом, поэтому векторная сумма равна нулю, хотя суммарный пройденный путь может быть большим.

Плечи и силы на рычаге

Сила — вектор: для действия на рычаг существенны модуль, направление и точка приложения.

Jimbowley · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.

Лодка у берега

Скорость лодки относительно берега складывается векторно из скорости относительно воды и скорости течения.

Dominic Nelson · CC BY-SA 4.0 · Источник. Без изменений.

03

Угол: почему результат меняется

Два сонаправленных вектора модулей 3 и 4 дают модуль суммы 7. Если они противоположны, модуль суммы равен 1 и направление совпадает с большим. При прямом угле модуль суммы равен √(3² + 4²) = 5.

Для промежуточных углов модуль лежит между разностью модулей и их суммой. В модели угол меняется непрерывно, а результирующая стрелка строится из координат. Обрати внимание: величины с теми же модулями могут давать разный результат.

Угол: почему результат меняется: сравнение
УголМодуль суммы 3 и 4
0°7
90°5
180°1

При сложении важны направления обоих векторов.

Может ли модуль суммы быть меньше каждого слагаемого?

Да. Например, два почти противоположных вектора одинаковой длины дают малую сумму, а строго противоположные равные векторы — нулевую.

04

Вычитание: прибавить противоположный

Разность a⃗ − b⃗ вычисляют как a⃗ + (−b⃗). Вектор −b⃗ имеет тот же модуль, но противоположное направление. Умножение вектора на положительное число сохраняет направление, на отрицательное — обращает его.

Умножение на число k изменяет модуль в |k| раз. При k = 0 получается нулевой вектор, у которого нет определённого направления. Изменение скорости Δv⃗ = v⃗₂ − v⃗₁ особенно важно: даже при равных модулях скоростей их разность может быть ненулевой.

Разность

a⃗ − b⃗ = a⃗ + (−b⃗)

Модуль произведения

Модуль ka⃗ = |k|a

Изменение скорости

Δv⃗ = v⃗₂ − v⃗₁

Вычитание векторов сводится к сложению с противоположным вектором.

Изменится ли скорость при повороте без разгона?

Да, изменится направление вектора. Постоянный модуль скорости не означает постоянства самого вектора скорости.

Соберём главное

Шесть выводов

01У вектора есть модуль и направление; модуль неотрицателен.
02Сумма векторов определяется геометрическим правилом, а не всегда суммой модулей.
03При сложении важны направления обоих векторов.
04Вычитание векторов сводится к сложению с противоположным вектором.
05Складывать по физическому смыслу можно величины одного вида.
06При параллельном переносе свободного вектора его модуль и направление сохраняются.
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.

1. Какая величина векторная?
2. Модуль вектора может быть…
3. Сонаправленные векторы 3 и 4 дают модуль суммы…
4. Противоположные векторы 3 и 4 дают модуль суммы…
5. Перпендикулярные векторы 3 и 4 дают…
6. Разность a⃗ − b⃗ равна…
7. Умножение вектора на −2…
8. Замкнутая цепочка перемещений имеет сумму…
9. Температура −5 °C показывает, что скаляр…
10. При повороте с постоянной быстротой скорость…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Физика, 9 класс», § 3. Тема и содержание сверены с файлом «9 класс. Физика — § 03. Скалярные и векторные величины.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.

↑

Загрузка прогресса…