Підготовка до тематичного оцінювання за розділом "Механіка. Кінематика".

Узагальнююче повторення основних понять та формул: Важливою складовою процесу вивчення фізики є узагальнюючі повторення. Мета такого повторення полягає в тому, щоб із всього різноманіття попередньо отриманої інформації, виділити основну і представити її у вигляді гранично стислої системи знань. Зазвичай узагальнення та систематизація вивченого в межах тієї чи іншої теми, відбувається за схемою: основні поняття – основні фізичні величини – основні закони – практичне застосування отриманих знань. Власне за такою схемою і будемо узагальнювати вивчене в кінематиці, статиці та динаміці. Кінематика – це розділ механіки, в якому вивчають параметри та закономірності механічного руху тіл, без врахування їх мас і діючих на них сил. Іншими словами, в кінематиці вивчають параметри та закономірності механічного руху тіл і не вивчають причини цього руху. До числа основних понять кінематики, тобто тих загальних термінів які є термінологічною основою кінематики, відносяться: механічний рух, поступальний рух, обертальний рух, матеріальна точка, відносність руху, система відліку. Механічний рух – це такий рух (процес), при якому тіло як єдине ціле переміщується відносно інших тіл. Розрізняють дві прості різновидності механічного руху: рух поступальний та рух обертальний. Поступальний рух – це такий механічний рух, при якому будь-яка приналежна тілу пряма залишається паралельною сама собі. При поступальному русі всі точки тіла рухаються однаково: мають однакові траєкторії руху, за однакові проміжки часу проходять однакові відстані, мають однакові швидкості, однакові прискорення, тощо. Зважаючи на ці обставини, описуючи поступальний рух тіла, це тіло зазвичай замінюють його спрощеною (ідеалізованою) моделлю, яку прийняти називати матеріальною точкою. Матеріальна точка, це така умовна точка, якою теоретично замінюють певне реальне тіло, в ситуаціях коли розмірами, формою та внутрішнім устроєм цього тіла можна знехтувати. Матеріальна точка зберігає лише одну механічну характеристику реального тіла – його масу. Будь який механічний рух є відносним. Це означає, що в різних системах відліку, один і той же механічний рух може виглядати по різному. Тому описуючи той чи інший рух, потрібно вказувати в якій системі відліку цей рух описується. Система відліку – це взаємопов’язана сукупність точки відліку, системи координат та вимірювача часу, яка застосовується для того, щоб кількісно описати механічний рух матеріальної точки (тіла) в цій системі. До числа основних фізичних величин кінематики поступального руху відносяться: час, координата, пройдений шлях, швидкість, прискорення. Час – це фізична величина, яка характеризує тривалість подій ( явищ, процесів, рухів, тощо) і яка дорівнює цій тривалості. Позначається: t Визначальне рівняння: нема Одиниця вимірювання: [t] = с, (секунда) Координата – це фізична величина, яка характеризує положення (місцезнаходження) матеріальної точки в заданій системі координат і яка дорівнює відстані від точки відліку цієї системи до проекції даної точки на відповідну вісь координат. Позначається: х Визначальне рівняння: х =ℓх Одиниця вимірювання: [х] = м, (метр) Пройдений шлях – це фізична величина, яка характеризує пройдений матеріальною точкою (тілом) шлях і яка дорівнює довжині тієї траєкторії яку описує ця точка в процесі відповідного руху. Позначається: s Визначальне рівняння: s = ℓтр, для прямолінійного руху s =∆х=хк – х0 Одиниця вимірювання: [s] = м. Швидкість – це фізична величина, яка характеризує швидкість поступального руху тіла (матеріальної точки), і яка дорівнює відношенню вектора того переміщення Δх яке здійснило тіло за гранично малий проміжок часу Δt, до величини цього проміжку часу. Позначається: v Визначальне рівняння: v=∆x/∆t, для прямолінійного руху v=∆x/∆t Одиниця вимірювання: [v] = м/с, (метр за секунду). Прискорення – це фізична величина, яка характеризує зміну швидкості руху тіла, і яка дорівнює відношенню тієї зміни швидкості Δv, що відбулася за проміжок часу Δt, до величини цього проміжку часу. Позначається: а Визначальне рівняння: а=∆v/∆t Одиниця вимірювання: [a] = м/с2, (метр за секунду в квадраті). Оскільки швидкість, величина векторна, то вона може змінюватись як за величиною, так і за напрямком. Тому розрізняють дві різновидності прискорення: 1) Прискорення, яке характеризує зміну швидкості за величиною і яке визначається за формулою а=∆v/∆t, або а=(vк–v0)/t. 2) Прискорення, яке характеризує зміну швидкості за напрямком і яке визначається за формулою ад=v2/R. Це прискорення називають доцентровим. Зазвичай терміном «прискорення» позначають те прискорення яке характеризує зміну швидкості за величиною, і яке визначається за формулою а=(vк–v0)/t. Це прискорення завжди направлено вздовж лінії швидкості руху тіла. При цьому, якщо величина швидкості зростає (v↑), то вектори швидкості та прискорення співнаправлені, а якщо швидкість зменшується (v↓) – то ці напрямки протинаправлені. Що ж стосується доцентрового прискорення, то воно виникає тільки при криволінійному русі тіла (при русі по колу) і завжди направлено до центру того кола яке опитує матеріальна точка в процесі свого руху. Основний закон кінематики поступального руху називається рівнянням руху. Рівняння руху – це закон, в якому стверджується: в загальному випадку, прямолінійний рух матеріальної точки можна описати рівнянням: х = х0 + v0t + (а/2)t2 де х – координата матеріальної точки в момент часу t, х0 – початкова координата точки, тобто її координата в момент часу t=0 v0 – початкова швидкість матеріальної точки а – прискорення матеріальної точки. Не буде перебільшенням сказати, що на основі аналізу заданого рівняння руху та базових фізичних величин кінематики (s=Δx; v=Δx/Δt; a=Δv/Δt) можна розв’язати практично будь яку задачу яка стосується кінематики відповідного руху. Важливою різновидністю поступального руху є вільне падіння тіла. Вільним падінням називають такий рух тіла, який відбувається під дією сили тяжіння та за відсутності суттєвого впливу інших зовнішніх сил, зокрема сили опору повітря. Вільне падіння тіла відбувається з певним, направленим вертикально вниз прискоренням, яке називається прискоренням вільного падіння (прискоренням сили тяжіння) і позначається літерою g. На Землі, усереднена величина прискорення вільного падіння g=9,8м/с2. Як і будь-який рівноприскорений рух, вільне падіння тіла можна описати рівнянням виду х=х0+v0t+(a/2)t2. Відмінність лише в тому, що говорячи про вільне падіння матеріальної точки, її вертикальну координату (висоту) зазвичай позначають літерою h, а прискорення – літерою g. Іншими словами, рух вільно падаючого тіла можна описати формулою h=h0+v0t+(g/2)t2. Ілюструючи закономірності того руху який називається вільним падінням тіла, а заодно ілюструючи практичну значимість того закону який називається рівнянням руху, розв’яжемо конкретну задачу.