Типичный курс физики связан с различными широкими темами. Одной из таких тем является механика - изучение движения объектов. Первые шесть разделов урока по физике в классе будут посвящены исследованию физики движения. Поскольку мы фокусируемся на языке, принципах и законах, которые описывают и объясняют движение объектов, ваши усилия должны быть сосредоточены на усвоении смысла информации. Избегайте запоминания информации и избегайте абстрагирования информации от физического мира, который она описывает и объясняет. Скорее созерцайте информацию, размышляя о ее значении и ее применении
Кинематика-это наука о описании движения объектов с помощью слов, диаграмм, чисел, графиков и уравнений. Кинематика - это раздел механики.
Цель любого исследования кинематики - разработать сложные мысленные модели, которые служат для описания (и, в конечном счете, объясняют) движение объектов реального мира.
В этом уроке мы рассмотрим слова, используемые для описания движения объектов. То есть мы сосредоточимся на языке кинематики. Мы надеемся получить удобную основу с помощью языка, который используется при изучении механики. Мы будем изучать такие термины, как скаляры, векторы, расстояние, смещение, скорость. Эти слова регулярно используются для описания движения объектов. Ваша цель должна состоять в том, чтобы хорошо ознакомиться с их значением.
Скаляры и векторы
Физика - это математическая наука. Лежащие в основе концепции и принципы имеют математическую основу. На протяжении всего курса нашего изучения физики мы будем сталкиваться с различными концепциями, которые имеют математическую основу, связанную с ними. Хотя мы часто будем делать акцент на концептуальной природе физики, мы будем уделять значительное и постоянное внимание ее математическому аспекту.
Движение объектов можно описать словами. Даже у человека, не имеющего опыта в физике, есть набор слов, которые можно использовать для описания движущихся объектов. Такие слова и фразы, как быстрая езда, остановка, замедление, ускорение и поворот, предоставляют достаточный словарный запас для описания движения объектов. В физике мы используем эти слова и многое другое. Мы расширим этот список словаря такими словами, как расстояние, перемещение, скорость, скоростьи ускорение. Как мы вскоре увидим, эти слова связаны с математическими величинами, которые имеют строгие определения. Математические величины, которые используются для описания движения объектов, можно разделить на две категории. Величина является либо векторной, либо скалярной. Эти две категории можно отличить друг от друга по их различным определениям:
- Скаляры-это величины, которые полностью описываются только величиной (или числовым значением).
- Векторы-это величины, которые полностью описываются как величиной, так и направлением.
Оставшаяся часть этого урока будет посвящена нескольким примерам векторных и скалярных величин (расстояние, перемещение, скорость, скорость и ускорение). По мере прохождения урока уделяйте пристальное внимание векторной и скалярной природе каждой величины. Когда мы перейдем к другим единицам в Учебнике по физике и познакомимся с новыми математическими величинами, обсуждение часто начнется с определения новой величины как векторной или скалярной.
Расстояние и перемещение-это две величины, которые могут казаться означающими одно и то же, но имеют совершенно разные определения и значения.
- Расстояние-это скалярная величина, которая относится к "тому, сколько земли покрыл объект" во время его движения.
- Смещение-это векторная величина, которая относится к "тому, насколько далеко находится объект"; это общее изменение положения объекта.
Чтобы проверить ваше понимание этого различия, рассмотрите движение: Учитель физики проходит 4 метра на восток, 2 метра на юг, 4 метра на Запад и, наконец, 2 метра на север.
Несмотря на то, что учительница физики прошла общее расстояние в 12 метров, ее смещение составляет 0 метров. Во время своего движения она "преодолела 12 метров земли" (расстояние = 12 м). Тем не менее, когда она заканчивает ходить, она не "не на своем месте", то есть для ее движения нет смещения (смещение = 0 м). Смещение, будучи векторной величиной, должно обращать внимание на направление. 4 метра на восток отменяют 4 метра на запад, а 2 метра на юг отменяют 2 метра на север. Векторные величины, такие как смещение, учитывают направление. Скалярные величины, такие как расстояние, не знают направления. При определении общего расстояния, пройденного учителями физики, различными направлениями движения можно пренебречь.
Теперь рассмотрим другой пример. Положение лыжника по пересеченной местности в разное время. В каждый из указанных моментов лыжник разворачивается и меняет направление движения. Другими словами, лыжник перемещается из пункта А в пункт В, из пункта С в пункт D.
В качестве последнего примера рассмотрим футбольного тренера, расхаживающего взад и вперед по боковой линии. На каждой отмеченной позиции тренер делает "разворот" и движется в противоположном направлении. Другими словами, тренер перемещается из позиции A в позицию B, C в позицию D.
Скорость
Точно так же, как расстояние и перемещение имеют совершенно разные значения (несмотря на их сходство), в английском есть два понятия скорости: speed - это просто мера изменения расстояния со временем, "средняя скорость", если угодно. Velocity же в свою очередь величина, описывающая изменение положения со временем; другими словами, включает в себя направление движения в данный момент.
Скорость(speed) - это скалярная величина, которая относится к "скорости перемещения объекта". Скорость можно рассматривать как скорость, с которой объект преодолевает расстояние. Быстро Движущийся объект обладает высокой скоростью и за короткое время преодолевает относительно большое расстояние. Сравните это с медленно движущимся объектом, который имеет низкую скорость; он преодолевает относительно небольшое расстояние за то же время. Объект, который вообще не движется, имеет нулевую скорость.
Скорость как векторная величина
Скорость (Velocity)- векторная величина - это относится к "скорости, с которой объект меняет свое положение". Представьте себе человека, который быстро движется - один шаг вперед и один шаг назад - всегда возвращаясь в исходное исходное положение. Хотя это может привести к бурной деятельности, это приведет к нулевой скорости. Поскольку человек всегда возвращается в исходное положение, движение никогда не приведет к изменению положения. Поскольку скорость определяется как скорость изменения положения, это движение приводит к нулевой скорости. Если человек в движении хочет максимизировать свою скорость, то этот человек должен приложить все усилия, чтобы максимизировать величину своего перемещения из исходного положения. Каждый шаг должен быть направлен на то, чтобы продвинуть этого человека дальше от того места, с которого он или она начали. Наверняка, человек никогда не должен менять направление и начинать возвращаться в исходное положение.
Скорость-это векторная величина. Таким образом, скорость зависит от направления. При оценке скорости объекта необходимо следить за направлением. Было бы недостаточно сказать, что объект имеет скорость 55 миль/час. Необходимо включить информацию о направлении, чтобы полностью описать скорость объекта. Например, вы должны описать скорость объекта как 55 миль/час на восток. Это одно из существенных различий между скоростью и скоростью. Скорость является скалярной величиной и не отслеживает направление; скорость является векторной величиной и знает направление.
Задача описания направления вектора скорости проста. Направление вектора скорости просто совпадает с направлением движения объекта. Не имело бы значения, ускоряется или замедляется объект. Если объект движется вправо, то его скорость описывается как направленная вправо. Если объект движется вниз, то его скорость описывается как направленная вниз. Таким образом, самолет, движущийся на запад со скоростью 300 миль в час, имеет скорость 300 миль в час, на запад. Обратите внимание, что скорость не имеет направления (это скаляр), а скорость в любой момент-это просто значение скорости с направлением.
Вычисление средней скорости и средней скорости
По мере того как объект движется, он часто претерпевает изменения в скорости.
Средняя скорость в течение движения часто вычисляется по следующей формуле:
v=s/t., где. (s) — пройденный путь.
Вопрос: Во время отпуска Лиза Карр проехала в общей сложности 440 миль. Ее поездка заняла 8 часов. Какова была ее средняя скорость?
Чтобы вычислить ее среднюю скорость, мы просто делим расстояние на время в пути.
Это было легко! Лиза Карр развивала в среднем скорость 55 миль в час. Возможно, она не двигалась с постоянной скоростью 55 миль/час. Она, несомненно, была остановлена в какой-то момент времени (возможно, для перерыва в ванной или на обед), и она, вероятно, двигалась со скоростью 65 миль в час в другие моменты времени. Тем не менее, она развивала в среднем скорость 55 миль в час.
Средняя скорость по сравнению с мгновенной скоростью
Поскольку движущийся объект часто меняет свою скорость во время движения, принято различать среднюю скорость и мгновенную скорость. Различие заключается в следующем.
- Мгновенная скорость - скорость в любой данный момент времени.
- Средняя скорость - среднее значение всех мгновенных скоростей; определяется просто отношением расстояния/времени.
Вы можете подумать о мгновенной скорости как о скорости, которую спидометр показывает в любой данный момент времени, а о средней скорости как о среднем показателе всех показаний спидометра в течение поездки. Поскольку задача усреднения показаний спидометра была бы довольно сложной (и, возможно, даже опасной), средняя скорость обычно рассчитывается как отношение расстояния к времени.
Движущиеся объекты не всегда движутся с неустойчивой и меняющейся скоростью. Иногда объект будет двигаться с постоянной скоростью с постоянной скоростью. То есть объект будет преодолевать одно и то же расстояние каждый регулярный промежуток времени. Например, бегун по пересеченной местности может бегать с постоянной скоростью 6 м/с по прямой в течение нескольких минут. Если ее скорость постоянна, то пройденное расстояние каждую секунду одно и то же. Бегун должен был преодолевать дистанцию в 6 метров каждую секунду. Если бы мы могли измерять ее положение (расстояние от произвольной начальной точки) каждую секунду, то мы бы отметили, что положение будет меняться на 6 метров каждую секунду. Это резко контрастировало бы с объектом, который меняет свою скорость. Объект с изменяющейся скоростью будет перемещаться на разное расстояние каждую секунду. В таблицах данных ниже показаны объекты с постоянной и изменяющейся скоростью
Теперь давайте еще раз рассмотрим движение этого учителя физики. Учитель физики проходит 4 метра на восток, 2 метра на Юг, 4 метра на Запад и, наконец, 2 метра на север. Все движение длилось 24 секунды. Определите среднюю скорость и среднюю скорость
Учительница физики преодолела расстояние в 12 метров за 24 секунды, таким образом, ее средняя скорость составила 0,50 м/с. Однако, поскольку ее смещение составляет 0 метров, ее средняя скорость составляет 0 м/с. Помните, что смещение относится к изменению положения, а скорость основана на этом изменении положения. В этом случае движения учителя происходит изменение положения на 0 метров и, следовательно, средняя скорость составляет 0 м/с.
В заключение следует отметить, что скорость - это кинематические величины, которые имеют совершенно разные определения. Скорость, будучи скалярной величиной, - это скорость, с которой объект преодолевает расстояние. Средняя скорость-это расстояние (скалярная величина) в соотношении времени. Скорость не зависит от направления. С другой стороны, скорость-это векторная величина; она зависит от направления. Скорость - это скорость, с которой меняется положение. Средняя скорость-это перемещение или изменение положения (векторная величина) за единицу времени.
#физика #мотивация #учеба #наука #продуктивность #кинематика #механика