Элементарный учебник физики Т1

  

Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Т.1. Механика. Теплота. Молекулярная физика. — М.: Наука, 1985. — 606 c.

Один из лучших курсов элементарной физики, завоевавший огромную популярность. Достоинством курса является глубина изложения физической стороны рассматриваемых процессов и явлений в природе и технике. В новом издании структура курса осталась прежней, однако в изложении проведена система единиц СИ, терминология и обозначения единиц физических величин приведены в соответствие с действующим ГОСТ.

Для слушателей и преподавателей подготовительных отделений и курсов вузов, старшеклассников общеобразовательных и профессиональных школ, а также лиц, занимающихся самообразованием и готовящихся к поступлению в вуз.



Оглавление

ОТ ИЗДАТЕЛЬСТВА
ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
ВВЕДЕНИЕ
Глава I. Кинематика
§ 1. Движение тел
§ 2. Кинематика. Относительность движения и покоя.
§ 3. Траектория движения
§ 4. Поступательное и вращательное движения тела
§ 5. Движение точки
§ 6. Описание движения точки
§ 7. Измерение длины
§ 8. Измерение промежутков времени
§ 9. Равномерное прямолинейное движение и его скорость
§ 10. Знак скорости при прямолинейном движении
§ 11. Единицы скорости
§ 12. Графики зависимости пути от времени
§ 13. Графики зависимости скорости от времени
§ 14. Неравномерное прямолинейное движение
§ 15. Мгновенная скорость
§ 16. Ускорение при прямолинейном движении
§ 17. Скорость прямолинейного равноускоренного движения
§ 18. Знак ускорения при прямолинейном движении
§ 19. Графики скорости при прямолинейном равноускоренном движении
§ 20. Графики скорости при произвольном неравномерном движении
§ 21. Нахождение пути, пройденного при неравномерном движении, при помощи графика скорости
§ 22. Путь, пройденный при равнопеременном движении
§ 23. Векторы
§ 24. Разложение вектора на составляющие
§ 25. Криволинейное движение
§ 26. Скорость криволинейного движения
§ 27. Ускорение при криволинейном движении
§ 28. Движение относительно разных систем отсчета
§ 29. Кинематика космических движений
Глава II. Динамика
§ 30. Задачи динамики
§ 31. Закон инерции
§ 32. Инерциальные системы отсчета
§ 33. Принцип относительности Галилея
§ 34. Силы
§ 35. Уравновешивающиеся силы. О покое тела и о движении по инерции
§ 36. Сила — вектор. Эталон силы
§ 37. Динамометры
§ 38. Точка приложения силы
§ 39. Равнодействующая сила
§ 40. Сложение сил, направленных по одной прямой
§ 41. Сложение сил, направленных под углом друг к другу
§ 42. Связь между силой и ускорением
§ 43. Масса тела
§ 44. Второй закон Ньютона
§ 45. Единицы силы и массы
§ 46. Системы единиц
§ 47. Третий закон Ньютона
§ 48. Примеры применения третьего закона Ньютона
§ 49. Импульс тела
§ 50. Система тел. Закон сохранения импульса
§ 51. Применения закона сохранения импульса
§ 52. Свободное падение тел
§ 53. Ускорение свободного падения
§ 54. Падение тела без начальной скорости и движение тела, брошенного вертикально вверх
§ 55. Вес тела
§ 56. Масса и вес
§ 57. Плотность вещества
§ 58. Возникновение деформаций
§ 59. Деформации в покоящихся телах, вызванные действием только сил, возникающих при соприкосновении
§ 60. Деформации в покоящихся телах, вызванные силой тяжести
§ 61. Деформации тела, испытывающего ускорение
§ 62. Исчезновение деформаций при падении тел
§ 63. Разрушение движущихся тел
§ 64. Силы трения
§ 65. Трение качения
§ 66. Роль сил трения
§ 67. Сопротивление среды
§ 68. Падение тел в воздухе
Глава III. Статика
§ 69. Задачи статики
§ 70. Абсолютно твердое тело
§ 71. Перенос точки приложения силы, действующей на твердое тело
§ 72. Равновесие тела под действием трех сил
§ 73. Разложение сил на составляющие
§ 74. Проекции сил. Общие условия равновесия
§ 75. Связи. Силы реакции связей. Тело, закрепленное на оси
§ 76. Равновесие тела, закрепленного на оси
§ 77. Момент силы
§ 78. Измерение момента силы
§ 79. Пара сил
§ 80. Сложение параллельных сил. Центр тяжести
§ 81. Определение центра тяжести тел
§ 82. Различные случаи равновесия тела под действием силы тяжести
§ 83. Условия устойчивого равновесия под действием силы тяжести
§ 84. Простые машины
§ 85. Клин и винт
Глава IV. Работа и энергия
§ 86. «Золотое правило» механики
§ 87. Применения «золотого правила»
§ 88. Работа силы
§ 89. Работа при перемещении, перпендикулярном к направлению силы
§ 90. Работа силы, направленной под любым углом к перемещению
§ 91. Положительная и отрицательная работа
§ 92. Единица работы
§ 93. О движении по горизонтальной плоскости
§ 94. Работа силы тяжести при движении по наклонной плоскости
§ 95. Принцип сохранения работы
§ 96. Энергия
§ 97. Потенциальная энергия
§ 98. Потенциальная энергия упругой деформации
§ 99. Кинетическая энергия
§ 100. Выражение кинетической энергии через массу и скорость тела
§ 101. Полная энергия тела
§ 102. Закон сохранения энергии
§ 103. Силы трения и закон сохранения механической энергии
§ 104. Превращение механической энергии во внутреннюю энергию
§ 105. Всеобщий характер закона сохранения энергии
§ 106. Мощность
§ 107. Расчет мощности механизмов
§ 108. Мощность, быстроходность и размеры механизма
§ 109. Коэффициент полезного действия механизмов
Глава V. Криволинейное движение
§ 110. Возникновение криволинейного движения
§ 111. Ускорение при криволинейном движении
§ 112. Движение тела, брошенного в горизонтальном направлении
§ 113. Движение тела, брошенного под углом к горизонту
§ 114. Полет пуль и снарядов
§ 115. Угловая скорость
§ 116. Силы при равномерном движении по окружности
§ 117. Возникновение силы, действующей на тело, движущееся по окружности
§ 118. Разрыв маховиков
§ 119. Деформация тела, движущегося по окружности
§ 120. «Американские горки»
§ 121. Движение на закруглениях пути
§ 122. Движение подвешенного тела по окружности
§ 123. Движение планет
§ 124. Закон всемирного тяготения
§ 125. Искусственные спутники Земли
Глава VI. Движение в неинерциальных системах отсчета и силы инерции
§ 126. Роль системы отсчета
§ 127. Движение относительно разных инерциальных систем отсчета
§ 128. Движение относительно инерциальной и неинерциальной систем отсчета
§ 129. Поступательно движущиеся неинерциальиые системы
§ 130. Силы инерции
§ 131. Эквивалентность сил инерции и сил тяготения
§ 132. Невесомость и перегрузки
§ 133. Является ли Земля инерциальиой системой отсчета?
§ 134. Вращающиеся системы отсчета
§ 135. Силы инерции при движении тела относительно вращающейся системы отсчета
§ 136. Доказательство вращения Земли
§ 137. Приливы
Глава VII. Гидростатика
§ 138. Подвижность жидкости
§ 139. Силы давления
§ 140. Измерение сжимаемости жидкости
§ 141. «Несжимаемая» жидкость
§ 142. Силы давления в жидкости передаются во все стороны
§ 143. Направление сил давления
§ 144. Давление
§ 145. Мембранный манометр
§ 146. Независимость давления от ориентации площадки
§ 147. Единицы давления
§ 148. Определение сил давления по давлению
§ 149. Распределение давления внутри жидкости
§ 150. Закон Паскаля
§ 151. Гидравлический пресс
§ 152. Жидкость под действием силы тяжести
§ 153. Сообщающиеся сосуды
§ 154. Жидкостный манометр
§ 155. Устройство водопровода. Нагнетательный насос
§ 156. Сифон
§ 157. Сила давления на дно сосуда
§ 158. Давление воды в морских глубинах
§ 159. Прочность подводной лодки
§ 160. Закон Архимеда
§ 161. Измерение плотности тел на основании закона Архимеда
§ 162. Плавание тел
§ 163. Плавание несплошных тел
§ 164.
Устойчивость плавания кораблей
§ 165. Всплывание пузырьков
§ 166. Тела, лежащие на дне сосуда
Глава VIII. Аэростатика
§ 167. Механические свойства газов
§ 168. Атмосфера
§ 169. Давление атмосферы
§ 170. Другие опыты, показывающие существование атмосферного давления
§ 171. Разрежающие насосы
§ 172. Влияние атмосферного давления на уровень жидкости в трубке
§ 173. Максимальная высота столба жидкости
§ 174. Опыт Торричелли. Ртутный барометр и барометр-анероид
§ 175. Распределение атмосферного давления по высоте
§ 176. Физиологическое действие пониженного давления воздуха
§ 177. Закон Архимеда для газов
§ 178. Воздушные шары и дирижабли
§ 179. Применение сжатого воздуха в технике
Глава IX. Гидродинамика и аэродинамика
§ 180. Давление в движущейся жидкости
§ 181. Течение жидкости по трубам
§ 182. Закон Бернулли
§ 183. Жидкость в неинерциальных системах отсчета
§ 184. Реакция движущейся жидкости и ее использование
§ 185. Перемещение на воде
§ 186. Ракеты
§ 187. Реактивные двигатели
§ 188. Баллистические ракеты
§ 189. Взлет ракеты с Земли
§ 190. Сопротивление воздуха
§ 191. Эффект Магиуса и циркуляция
§ 192. Подъемная сила крыла и полет самолета
§ 193. Турбулентность в потоке жидкости или газа
§ 194. Ламинарное течение
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. ТЕПЛОТА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
Глава X. Тепловое расширение твердых и жидких тел
§ 195. Тепловое расширение твердых и жидких тел
§ 196. Термометры
§ 197. Формула линейного расширения
§ 198. Формула объемного расширения
§ 199. Связь между коэффициентами линейного и объемного расширения
§ 200. Измерение коэффициента объемного расширения жидкостей
§ 201. Особенности расширения воды
Глава XI. Работа. Теплота. Закон сохранения энергии
§ 202. Изменения состояния тел
§ 203. Нагревание тел при совершении работы
§ 204. Изменение внутренней энергии тел при теплопередаче
§ 205. Единицы количества теплоты
§ 206. Зависимость внутренней энергии тела от его массы и вещества
§ 207. Теплоемкость тела
§ 208. Удельная теплоемкость
§ 209. Калориметр. Измерение теплоемкостей
§ 210. Закон сохранения энергии
§ 211. Невозможность «вечного двигателя»
§ 212. Различные виды процессов, при которых происходит передача теплоты
Глава XII. Молекулярная теория
§ 213. Молекулы и атомы
§ 214. Размеры атомов и молекул
§ 215. Микромир
§ 216. Внутренняя энергия с точки зрения молекулярной теории
§ 217. Молекулярное движение
§ 218. Молекулярное движение в газах, жидкостях и твердых телах
§ 219. Броуновское движение
§ 220. Молекулярные силы
Глава XIII. Свойства газов
§ 221. Давление газа
§ 222. Зависимость давления газа от температуры
§ 223. Формула, выражающая закон Шарля
§ 224. Закон Шарля с точки зрения молекулярной теории
§ 225. Изменение температуры газа при изменении его объема. Адиабатические и изотермические процессы
§ 226. Закон Бойля — Мариотта
§ 227. Формула, выражающая закон Бойля — Мариотта
§ 228. График, выражающий закон Бойля — Мариотта
§ 229. Зависимость между плотностью газа и его давлением
§ 230. Молекулярное толкование закона Бойля — Мариотта
§ 231. Изменение объема газа при изменении температуры
§ 232. Закон Гей-Люссака
§ 233. Графики, выражающие законы Шарля и Гей-Люссака
§ 234. Термодинамическая температура
§ 235. Газовый термометр
§ 236. Объем газа и термодинамическая температура
§ 237. Зависимость плотности газа от температуры
§ 238. Уравнение состояния газа
§ 239. Закон Дальтона
§ 240. Плотность газов
§ 241. Закон Авогадро
§ 242. Моль. Постоянная Авогадро
§ 243. Скорости молекул газа
§ 244. Об одном из способов измерения скоростей движения молекул газа (опыт Штерна)
§ 245. Удельные теплоемкости газов
§ 246. Молярные теплоемкости
§ 247. Закон Дюлонга и Пти
Глава XIV. Свойства жидкостей
§ 248. Строение жидкостей
§ 249. Поверхностная энергия
§ 250. Поверхностное натяжение
§ 251. Жидкостные пленки
§ 252. Зависимость поверхностного натяжения от температуры
§ 253. Смачивание и несмачивание
§ 254. Расположение молекул у поверхности тел
§ 255. Значение кривизны свободной поверхности жидкости
§ 256. Капиллярные явления
§ 257. Высота поднятия жидкости в капиллярных трубках
§ 258. Адсорбция
§ 259. Флотация
§ 260. Растворение газов
§ 261. Взаимное растворение жидкостей
§ 262. Растворение твердых тел в жидкостях
Глава XV. Свойства твердых тел. Переход тел из твердого состояния в жидкое
§ 263. Введение
§ 264. Кристаллические тела
§ 265. Аморфные тела
§ 266. Кристаллическая решетка
§ 267. Кристаллизация
§ 268. Плавление и отвердевание
§ 269. Удельная теплота плавления
§ 270. Переохлаждение
§ 271. Изменение плотности веществ при плавлении
§ 272. Полимеры
§ 273. Сплавы
§ 274. Затвердевание растворов
§ 275. Охлаждающие смеси
§ 276. Изменения свойств твердого тела
Глава XVI. Упругость и прочность
§ 277. Введение
§ 278. Упругие и пластические деформации
§ 279. Закон Гука
§ 280. Растяжение и сжатие
§ 281. Сдвиг
§ 282. Кручение
§ 283. Изгиб
§ 284. Прочность
§ 285. Твердость
§ 286. Что происходит при деформации тел
§ 287. Изменение энергии при деформации тел
Глава XVII. Свойства паров
§ 288. Введение
§ 289. Пар насыщенный и ненасыщенный
§ 290. Что происходит при изменении объема жидкости и насыщенного пара
§ 291. Закон Дальтона для пара
§ 292. Молекулярная картина испарения
§ 293. Зависимость давления насыщенного пара от температуры
§ 294. Кипение
§ 295. Удельная теплота парообразования
§ 296. Охлаждение при испарении
§ 297. Изменение внутренней энергии при переходе вещества из жидкого состояния в парообразное
§ 298. Испарение при кривых поверхностях жидкости
§ 299. Перегревание жидкости
§ 300. Пересыщение паров
§ 301. Насыщение пара при возгонке
§ 302. Превращение газа в жидкость
§ 303. Критическая температура
§ 304. Сжижение газов в технике
§ 305. Вакуумная техника
§ 306. Водяной пар в атмосфере
Глава XVIII. Физика атмосферы
§ 307. Атмосфера
§ 308. Тепловой баланс Земли
§ 309. Адиабатические процессы в атмосфере
§ 310. Облака
§ 311. Искусственные осадки
§ 312. Ветер
§ 313. Предсказание погоды
Глава XIX. Тепловые машины
§ 314. Условия, необходимые для работы тепловых двигателей
§ 315. Паросиловая станция
§ 316. Паровой котел
§ 317. Паровая турбина
§ 318. Поршневая паровая машина
§ 319. Конденсатор
§ 320. Коэффициент полезного действия теплового двигателя
§ 321. Коэффициент полезного действия паросиловой станции
§ 322. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания
§ 323. Коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания
§ 324. Двигатель Дизеля
§ 325. Реактивные двигатели
§ 326. Передача теплоты от холодного тела к горячему
Ответы и решения к упражнениям
Предметный указатель

Задачи на закон сохранения энергии

Сумма кинетической и потенциальной энергии не меняется. 0} =62,5м \)

Ответ: \( S =62,5м \)



Пройти тест на эту тему (10 задач)

2.7 Падающие предметы – College Physics: OpenStax

Глава 2 Одномерная кинематика

Резюме

  • Описать влияние гравитации на движущиеся объекты.
  • Опишите движение объектов, находящихся в свободном падении.
  • Рассчитать положение и скорость объектов в свободном падении.

Падающие объекты представляют собой интересный класс задач движения. Например, мы можем оценить глубину вертикального ствола шахты, бросив в него камень и прислушиваясь к его падению на дно. Применяя кинематику, развитую до сих пор, к падающим объектам, мы можем изучить некоторые интересные ситуации и в процессе узнать многое о гравитации.

Самый замечательный и неожиданный факт о падающих предметах заключается в том, что если сопротивление воздуха и трение пренебрежимо малы, то в данном месте все тела падают к центру Земли с одинаковым постоянным ускорением , независимо от их массы . Этот экспериментально установленный факт является неожиданным, поскольку мы настолько привыкли к эффектам сопротивления воздуха и трения, что ожидаем, что легкие предметы будут падать медленнее, чем тяжелые.

Рис. 1. Молоток и перо будут падать с одинаковым постоянным ускорением, если сопротивление воздуха считать пренебрежимо малым. Это общая характеристика гравитации, не уникальная для Земли, как продемонстрировал астронавт Дэвид Р. Скотт на Луне в 1971 году, где ускорение свободного падения составляет всего 1,67 м/с 2 .

В реальном мире сопротивление воздуха может привести к тому, что более легкий объект будет падать медленнее, чем более тяжелый объект того же размера. Теннисный мяч упадет на землю после того, как в то же время упадет твердый бейсбольный мяч. (Может быть трудно заметить разницу, если высота невелика.) Сопротивление воздуха противодействует движению объекта по воздуху, в то время как трение между объектами, например, между одеждой и желобом для белья или между камнем и бассейном, который он роняет, — также препятствует движению между ними. Для идеальных ситуаций этих первых нескольких глав объект падение без сопротивления воздуха или трения определяется как свободное падение .

Сила гравитации заставляет предметы падать к центру Земли. Поэтому ускорение свободно падающих объектов называется ускорением свободного падения . Ускорение свободного падения равно константе , что означает, что мы можем применить уравнения кинематики к любому падающему объекту, где сопротивлением воздуха и трением можно пренебречь. Это открывает перед нами широкий класс интересных ситуаций. Ускорение свободного падения настолько важно, что его величина обозначена собственным символом gg size 12{g} {}. Он постоянен в любом данном месте на Земле и имеет среднее значение 92}[/latex] будет использоваться в этом тексте, если не указано иное. Направление ускорения свободного падения вниз (к центру Земли) . На самом деле его направление определяет то, что мы называем вертикалью. Обратите внимание, имеет ли ускорение[latex]\boldsymbol{a}[/latex]в кинематических уравнениях значение [latex]\boldsymbol{+g}[/latex]или[latex]\boldsymbol{-g}[/latex ] зависит от того, как мы определяем нашу систему координат. Если мы определим направление вверх как положительное, тогда[латекс]\boldsymbol{a=-g=-92}[/латекс].

Лучший способ увидеть основные черты движения, связанного с гравитацией, — начать с самых простых ситуаций, а затем переходить к более сложным. Итак, мы начнем с рассмотрения прямого движения вверх и вниз без сопротивления воздуха или трения. Эти предположения означают, что скорость (если она есть) вертикальна. Если объект падает, мы знаем, что начальная скорость равна нулю. Как только объект вышел из контакта с тем, что держало или бросило его, объект находится в свободном падении. В этих условиях движение является одномерным и имеет постоянное ускорение, равное величине [латекс]\boldsymbol{g}.[/latex]Мы также будем представлять вертикальное смещение с помощью символа[латекс]\boldsymbol{y}[/латекс] и используйте[latex]\boldsymbol{x}[/latex]для смещения по горизонтали. 92-2g(y-y_0)}[/latex]

Пример 1. Расчет положения и скорости падающего объекта: камень, брошенный вверх

Человек, стоящий на краю высокой скалы, бросает камень прямо вверх начальная скорость 13,0 м/с . Камень не попадает в край обрыва и падает обратно на землю. Рассчитайте положение и скорость камня через 1,00, 2,00 и 3,00 с после того, как он был брошен, пренебрегая эффектами сопротивления воздуха.

Стратегия

Нарисовать эскиз.

Рис. 2.  

Нас просят определить положение[латекс]\жирныйсимвол{у}[/латекс]в различные моменты времени. Начальную позицию[latex]\boldsymbol{y_0}[/latex] разумно взять равной нулю. Эта задача связана с одномерным движением в вертикальном направлении. Мы используем знаки «плюс» и «минус», чтобы указать направление, где «вверх» означает положительное значение, а «вниз» — отрицательное. Так как вверх положительно, а камень брошен вверх, начальная скорость тоже должна быть положительной. Ускорение силы тяжести направлено вниз, поэтому[latex]\boldsymbol{a}[/latex]отрицательно. Важно, чтобы начальная скорость и ускорение свободного падения имели противоположные знаки. Противоположные знаки указывают на то, что ускорение под действием силы тяжести противодействует первоначальному движению и замедляет его, а затем и наоборот.

Поскольку нас трижды запрашивают значения положения и скорости, мы будем ссылаться на них как [латекс]\boldsymbol{y_1}[/latex]и[латекс]\boldsymbol{v_1}[/латекс];[латекс] ]\boldsymbol{y_2}[/latex]и[латекс]\boldsymbol{v_2}[/latex]; и[латекс]\boldsymbol{y_3}[/латекс]и[латекс]\boldsymbol{v_3}[/латекс].

Решение для позиции [латекс]\boldsymbol{y_1}[/латекс]

1. Определите известные. Мы знаем, что [латекс]\boldsymbol{y_0=0}[/латекс];[латекс]\boldsymbol{v_0=13.0\textbf{ м/с}}[/латекс];[латекс]\boldsymbol{a=-g =-92=8.10\textbf{ м}}[/latex]

Обсуждение

Скала находится на высоте 8,10 м над начальной точкой в ​​[latex]\boldsymbol{t=1,00}[/latex]с, поскольку [latex] \boldsymbol{y_1>y_0}[/латекс]. 2)(1.00\textbf{с})=3.20\textbf{м/с с}}[/латекс]

Обсуждение

Положительное значение для [latex]\boldsymbol{v_1}[/latex]означает, что камень все еще движется вверх в точке [latex]\boldsymbol{t=1.00\textbf{ s}}[/latex ]. Однако, как и ожидалось, он замедлился со своей первоначальной скорости 13,0 м/с.

Решение для оставшегося времени

Процедуры для расчета положения и скорости в [latex]\boldsymbol{t=2.00\textbf{ s}}[/latex]и[latex]\boldsymbol{3.00\textbf{ s }}[/latex] такие же, как и выше. Результаты обобщены в таблице 1 и проиллюстрированы на рисунке 3.

Время, т Должность, г Скорость, против Ускорение, и
1,00 с 8,10 м 3,20 м/с −9,80 м/с2
2,00 с 6,40 м −6,60 м/с −9,80 м/с2
3,00 с −5,10 м −16,4 м/с −9,80 м/с2
Таблица 1. Результаты.

Графики данных помогают нам лучше понять их.

Рис. 3. Вертикальное положение, вертикальная скорость и вертикальное ускорение в зависимости от времени для камня, брошенного вертикально вверх на краю обрыва. Обратите внимание, что скорость изменяется линейно со временем, а ускорение постоянно. Предупреждение о неправильном представлении! Обратите внимание, что на графике зависимости положения от времени показано положение только по вертикали. Легко создать впечатление, что график показывает какое-то горизонтальное движение — форма графика похожа на траекторию снаряда. Но это не так; горизонтальная ось — это время, а не пространство. Фактический путь камня в космосе — прямо вверх и прямо вниз.

Обсуждение

Интерпретация этих результатов важна. В 1,00 с камень находится выше своей начальной точки и движется вверх, поскольку значения [latex]\boldsymbol{y_1}[/latex] и [latex]\boldsymbol{v_1}[/latex] положительны. В 2,00 с камень все еще находится выше начальной точки, но отрицательная скорость означает, что он движется вниз. В 3,00 с как [latex]\boldsymbol{y_3}[/latex], так и [latex]\boldsymbol{v_3}[/latex]отрицательны, что означает, что камень находится ниже начальной точки и продолжает двигаться вниз. Обратите внимание, что когда камень находится в своей высшей точке (через 1,5 с), его скорость равна нулю, но его ускорение по-прежнему[латекс]\boldsymbol{-92}[/latex]за весь путь — пока он движется вверх и пока он движется вниз. Обратите внимание, что значения для[latex]\boldsymbol{y}[/latex] представляют собой положение (или смещение) камня, а не общее пройденное расстояние. Наконец, обратите внимание, что свободное падение применимо как к восходящему, так и к нисходящему движению. У обоих одинаковое ускорение — ускорение свободного падения, которое остается постоянным все время. Например, астронавты, тренирующиеся на знаменитой рвотной комете, испытывают свободное падение как вверх, так и вниз, о чем мы поговорим подробнее позже.

УСТАНОВЛЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ: ЗАБЕРИТЕ ДОМА ЭКСПЕРИМЕНТ — ВРЕМЯ РЕАКЦИИ


Чтобы определить время вашей реакции, можно провести простой эксперимент. Попросите друга держать линейку между большим и указательным пальцами на расстоянии примерно 1 см друг от друга. Обратите внимание на отметку на линейке, которая находится прямо между вашими пальцами. Пусть ваш друг неожиданно уронит линейку и попытается поймать ее двумя пальцами. Обратите внимание на новое чтение на линейке. Предполагая, что ускорение вызвано силой тяжести, рассчитайте время своей реакции. Какое расстояние вы проедете на автомобиле (двигающемся со скоростью 30 м/с), если время, которое требуется вашей ноге, чтобы пройти от педали газа до тормоза, в два раза больше, чем время реакции?

Пример 2: Расчет скорости падающего объекта: камень, брошенный вниз

Что произойдет, если человек на скале бросит камень прямо вниз, а не вверх? Чтобы изучить этот вопрос, рассчитайте скорость камня, когда он находится на 5,10 м ниже начальной точки и брошен вниз с начальной скоростью 13,0 м/с.

Стратегия

Нарисовать эскиз.

Рисунок 4.

Так как вверх положительное значение, конечное положение камня будет отрицательным, поскольку оно заканчивается ниже начальной точки в [латекс]\boldsymbol{y_0=0}[/латекс]. Точно так же начальная скорость направлена ​​вниз и, следовательно, отрицательна, как и ускорение свободного падения. Мы ожидаем, что конечная скорость будет отрицательной, поскольку камень будет продолжать двигаться вниз. 92}[/latex],

, где мы сохранили лишние значащие цифры, потому что это промежуточный результат.

Извлечение квадратного корня и принимая во внимание, что квадратный корень может быть положительным или отрицательным, дает

[латекс]\boldsymbol{v=\pm16.4\textbf{ м/с}}[/латекс].

Отрицательный корень выбран, чтобы показать, что скала все еще движется вниз. Таким образом,

[латекс]\boldsymbol{v=-16.4\textbf{ м/с}}[/латекс]

Обсуждение

Обратите внимание, что это точно такая же скорость, которую камень имел в этом положении, когда его бросили прямо вверх с той же начальной скоростью . (См. пример 1 и рис. 5(а).) Это не случайный результат. Поскольку в этой задаче мы рассматриваем только ускорение свободного падения, скорость падающего объекта зависит только от его начальной скорости и его вертикального положения относительно начальной точки. Например, если скорость скалы рассчитывается на высоте 8,10 м над начальной точкой (с использованием метода из примера 1), когда начальная скорость составляет 13,0 м/с прямо вверх, результат[latex]\boldsymbol{ \pm3.20\textbf{ м/с}}[/latex] получается. Здесь оба знака имеют значение; положительное значение имеет место, когда скала находится на высоте 8,10 м и движется вверх, а отрицательное значение возникает, когда скала находится на высоте 8,10 м и движется обратно вниз. Там же скорость но в обратном направлении.

Рис. 5. (a) Человек бросает камень прямо вверх, как показано в примере 1. Стрелки — это векторы скорости в точках 0, 1,00, 2,00 и 3,00 с. (b) Человек бросает камень со скалы прямо вниз с той же начальной скоростью, что и в примере 2. Обратите внимание, что на том же расстоянии ниже точки выброса камень в обоих случаях имеет одинаковую скорость.

Другой способ взглянуть на это таков: в примере 1 камень подбрасывается с начальной скоростью [латекс]\boldsymbol{13,0\textbf{ м/с}}[/латекс]. То поднимается, то снова падает. Когда его положение [латекс]\boldsymbol{y=0}[/латекс]на обратном пути вниз, его скорость [латекс]\жирныйсимвол{-13.0\textbf{ м/с}}[/латекс]. То есть он имеет ту же скорость на пути вниз, что и на пути вверх. Тогда мы ожидаем, что его скорость в положении [latex]\boldsymbol{y=-5.10\textbf{ m}}[/latex] будет такой же, независимо от того, подбросили ли мы его вверх в [latex]\boldsymbol{+13.0\ textbf{ м/с}}[/latex]или брошенный вниз на [latex]\boldsymbol{-13.0\textbf{ м/с}}.[/latex]Скорость камня на пути вниз от[latex] \boldsymbol{y=0}[/latex]одинаково, независимо от того, подбрасывали ли мы его вверх или вниз в начале, при условии, что скорость, с которой он был первоначально подброшен, одинакова.

Пример 3: найти g по данным о падающем объекте

Ускорение силы тяжести на Земле немного отличается от места к месту, в зависимости от топографии (например, вы находитесь на холме или в долине) и геологии недр ( находится ли под вами плотная порода, такая как железная руда, или легкая порода, похожая на соль. ) Точное ускорение, вызванное силой тяжести, можно рассчитать на основе данных, взятых на вводном курсе физической лаборатории. Предмет, обычно металлический шар, сопротивление воздуха которого незначительно, роняют и измеряют время, необходимое для падения на известное расстояние. См., например, рис. 6. С помощью этого метода можно получить очень точные результаты, если соблюдать достаточное внимание при измерении пройденного расстояния и прошедшего времени.

Рис. 6. Положения и скорости металлического шара, выпущенного из состояния покоя, когда сопротивлением воздуха можно пренебречь. Видно, что скорость увеличивается линейно со временем, а смещение увеличивается с квадратом времени. Ускорение является константой и равно ускорению свободного падения.

Предположим, что мяч падает на 1,0000 м за 0,45173 с. Предполагая, что на мяч не действует сопротивление воздуха, каково точное ускорение под действием силы тяжести в этом месте?

Стратегия

Нарисовать эскиз.

Рисунок 7.  

Нам нужно найти ускорение[латекс]\жирныйсимвол{а}[/латекс]. Обратите внимание, что в этом случае смещение направлено вниз и, следовательно, отрицательно, как и ускорение.

Решение

1. Определите известные. латекс]\boldsymbol{t=0.45173\textbf{ s}}[/latex];[latex]\boldsymbol{v_0=0}.[/latex]

2. Выберите уравнение, которое позволяет решить для[latex] \boldsymbol{a}[/latex]используя известные значения. 92}[/латекс]; он представляет местное значение ускорения свободного падения.

PHET EXPLORATIONS: EQUATION GRAPHER

Узнайте о построении графиков полиномов. Форма кривой изменяется по мере корректировки констант. Просмотрите кривые для отдельных терминов (например, [латекс]\boldsymbol{y=bx}[/латекс]), чтобы увидеть, как они складываются для создания полиномиальной кривой.

Рис. 8. Equation Grapher.

Задачи и упражнения

Предположим, что сопротивлением воздуха можно пренебречь, если не указано иное.

1: Рассчитайте перемещение и скорость в моменты времени (а) 0,500, (б) 1,00, (в) 1,50 и (г) 2,00 с для мяча, брошенного вертикально вверх с начальной скоростью 15,0 м/с. . Примем за точку выпуска [латекс]\boldsymbol{y_0=0}.[/латекс]

2: Рассчитаем смещение и скорость в моменты времени (а) 0,500, (б) 1,00, (в) 1,50 , (d) 2,00 и (e) 2,50 с для камня, брошенного прямо вниз с начальной скоростью 14,0 м/с с моста Верразано-Нарроуз в Нью-Йорке. Проезжая часть этого моста находится на высоте 70,0 м над водой.

3: Баскетбольный арбитр подбрасывает мяч прямо вверх для начала игры. С какой скоростью должен оторваться от земли баскетболист, чтобы подняться на 1,25 м над полом, пытаясь поймать мяч?

4: Спасательный вертолет завис над человеком, чья лодка затонула. Один из спасателей бросает спасательный жилет прямо вниз пострадавшему с начальной скоростью 1,40 м/с и отмечает, что он достигает воды за 1,8 с. а) Перечислите известные в этой задаче. б) На какую высоту над водой был выпущен консервант? Обратите внимание, что нисходящий поток вертолета уменьшает влияние сопротивления воздуха на падающий спасательный жилет, так что разумным является ускорение, равное ускорению силы тяжести.

5: Дельфин на водном шоу выпрыгивает прямо из воды со скоростью 13,0 м/с. а) Перечислите известные в этой задаче. б) На какую высоту поднимается его тело над водой? Чтобы решить эту часть, сначала обратите внимание, что конечная скорость теперь известна, и определите ее значение. Затем определите неизвестное и обсудите, как вы выбрали подходящее уравнение для его решения. Выбрав уравнение, покажите свои действия при решении неизвестных, проверив единицы измерения и обсудите, разумен ли ответ. в) Сколько времени дельфин находится в воздухе? Не обращайте внимания на любые эффекты, связанные с его размером или ориентацией.

6: Пловец прыгает прямо с трамплина и падает ногами в бассейн. Она стартует со скоростью 4,00 м/с, а ее точка взлета находится на высоте 1,80 м над бассейном. а) Как долго ее ноги находятся в воздухе? б) Какая у нее самая высокая точка над доской? в) Какова ее скорость, когда ее ноги коснулись воды?

7: (a) Рассчитайте высоту утеса, если камень ударится о землю за 2,35 с, если его бросить прямо вверх со скалы с начальной скоростью 8,00 м/с. б) Через какое время он достигнет земли, если его бросить прямо вниз с той же скоростью?

8: Очень сильный, но неумелый толкатель ядра делает выстрел вертикально вверх с начальной скоростью 11,0 м/с. За какое время он уйдет с дороги, если выстрел был произведен на высоте 2,20 м, а его рост 1,80 м?

9: Вы бросаете мяч прямо вверх с начальной скоростью 15,0 м/с. Он проходит через ветку дерева на пути вверх на высоте 7,00 м. Сколько еще времени пройдет, прежде чем мяч минует ветку дерева на обратном пути?

10: Кенгуру может перепрыгнуть через объект высотой 2,50 м. а) Определите его вертикальную скорость в момент отрыва от земли. б) Сколько времени он находится в воздухе?

11: Стоя у подножия одной из скал горы Арапилес в штате Виктория, Австралия, турист слышит, как с высоты 105 м отваливается скала. Он не сразу видит камень, но через 1,50 с видит его. а) На каком расстоянии от путешественника находится скала, когда он ее видит? б) Сколько времени ему нужно сделать, чтобы камень ударил его по голове?

12: Предмет падает с высоты 75,0 м над уровнем земли. а) Определите путь, пройденный за первую секунду. б) Определить конечную скорость, с которой тело упадет на землю. в) Определите расстояние, пройденное за последнюю секунду движения до удара о землю.

13: В Half Dome в Национальном парке Йосемити в Калифорнии находится утес высотой 250 м. Предположим, что с вершины этого утеса отрывается валун. а) С какой скоростью он будет двигаться, когда упадет на землю? (b) Предполагая, что время реакции равно 0,300 с, как долго туристу на дне придется убраться с дороги после того, как он услышит звук отрывающейся скалы (без учета роста туриста, который в любом случае стал бы пренебрежимо мал при попадании в него). )? Скорость звука в этот день 335 м/с.

14: Мяч брошен прямо вверх. На своем пути вверх он проходит окно высотой 2,00 м на высоте 7,50 м от земли, и ему требуется 0,312 с, чтобы пройти мимо окна. Какова была начальная скорость мяча? Подсказка: сначала учитывайте только расстояние вдоль окна и определите скорость мяча в нижней части окна. Затем рассмотрите только расстояние от земли до нижней части окна и определите начальную скорость, используя скорость в нижней части окна в качестве конечной скорости.

15: Предположим, вы бросаете камень в темный колодец и с помощью точного оборудования измеряете время до повторного звука всплеска. а) Пренебрегая временем, которое требуется звуку для прохождения вверх по колодцу, рассчитайте расстояние до воды, если звук вернется через 2,0000 с. (b) Теперь рассчитайте расстояние, учитывая время распространения звука вверх по колодцу. Скорость звука в этой скважине 332,00 м/с.

16: Стальной шарик падает на твердый пол с высоты 1,50 м и отскакивает на высоту 1,45 м. {-3}\textbf{ с})}.[/latex] (d) Сколько шар сжимается при ударе о пол, если пол абсолютно жесткий?

свободное падение
состояние движения, которое является результатом только гравитационной силы
ускорение свободного падения
ускорение объекта под действием силы тяжести

Используйте следующие данные для расчета скорости и ускорение свободно падающего тела. Объект 45 метров над землей и свободное падение на землю. Время секунды Расстояние метров Средний Скорость РС Финал Скорость РС Ускорение м/с2 0,000 0,000 0 0 0 0,250 0,306 0,500 1,23 0,750 2,76 1,00 4.90 1,25 7,65 1,50 11,0 1,75 15,0 2.00 19,6 2,25 24,8 2,50 30,6 2,75 37,1 3.00 44.1 Рассчитайте среднюю скорость, используя среднюю скорость = Расстояние/время. Рассчитайте конечную скорость, используя конечную скорость = 2 x Средняя скорость. Рассчитайте ускорение, используя Acceleration = Final Скорость/Время. Как значения соотносятся с известным значением «g»? Выделите таблицы и скопируйте их в документ Word.

Сохраните документ на жестком диске вашего компьютера. привод или гибкий диск. Распечатайте таблицы, чтобы использовать их для записывать данные вручную. Получите доступ к веб-странице ниже, щелкнув правой кнопкой мыши URL-адрес, а затем нажмите «открыть в новой вкладке». //thephysicsaviary.com/Physics/Programs/Labs/PVCFreefallLab/index.html Для лаборатории используйте Медь в качестве цилиндра и Землю в качестве планеты. Медный цилиндр имеет длину 5,0 см или 0,050 м. Установите положение гвоздя, а затем нажмите на медный цилиндр, чтобы установите его в положение Гвоздя. Нажмите на Гвоздь, чтобы освободить цилиндр. Запишите Разблокированное время, время, необходимое для выхода из фотоворота, и Время блокировки, время, когда цилиндр входит в фотогейт. Разница между этими временами — пропуск время, время, необходимое для прохождения через фотоворот. Вычислите среднюю скорость цилиндра. Это равно 0,025 м разделить на время прохождения. Средняя скорость цилиндра в 6 выше, является конечной Скорость полного падения цилиндра. Используя конечную скорость, рассчитанную в пункте 6 выше, рассчитайте время, необходимое цилиндру, чтобы пройти расстояние падать. Время = расстояние ÷ конечная скорость. Ускорение свободного падения рассчитывается с помощью уравнение d = ½ gt² или g = 2d ÷ (время из 8 выше)² Расстояние падения = положение гвоздя x 0,050 + 0,025. Ноготь Позиция Разблокировано Время секунды Заблокировано Время секунды Проходить Время секунды Средний и окончательный Скорость РС Общий Расстояние метров Общий Время секунды г 98 7 6 5 4 3 2 1

Используйте следующие данные для расчета скорости и ускорение свободно падающего тела. Объект 45 метров над землей и свободное падение на землю. Время секунды Расстояние метров Средний Скорость РС Финал Скорость РС Ускорение м/с2 0,000 0,000 0 0 0 0,250 0,306 0,500 1,23 0,750 2,76 1,00 4,90 1,25 7,65 1,50 11,0 1,75 15,0 2.00 19,6 2,25 24,8 2,50 30,6 2,75 37,1 3.00 44.1 Рассчитайте среднюю скорость, используя среднюю скорость = Расстояние/время. Рассчитайте конечную скорость, используя конечную скорость = 2 x Средняя скорость. Рассчитайте ускорение, используя Acceleration = Final Скорость/Время. Как значения соотносятся с известным значением «g»? Выделите таблицы и скопируйте их в документ Word. Сохраните документ на жестком диске вашего компьютера. привод или гибкий диск. Распечатайте таблицы, чтобы использовать их для записывать данные вручную. Получите доступ к веб-странице ниже, щелкнув правой кнопкой мыши URL-адрес, а затем нажмите «открыть в новой вкладке». http://thephysicsaviary.com/Physics/Programs/Labs/PVCFreefallLab/index.html Для лаборатории используйте Медь в качестве цилиндра и Землю в качестве планеты. Медный цилиндр имеет длину 5,0 см или 0,050 м. Установите положение гвоздя, а затем нажмите на медный цилиндр, чтобы установите его в положение Гвоздя. Нажмите на Гвоздь, чтобы освободить цилиндр. Запишите Разблокированное время, время, необходимое для выхода из фотоворота, и Время блокировки, время, когда цилиндр входит в фотогейт. Разница между этими временами — пропуск время, время, необходимое для прохождения через фотоворот. Вычислите среднюю скорость цилиндра. Это равно 0,025 м разделить на время прохождения. Средняя скорость цилиндра в 6 выше, является конечной Скорость полного падения цилиндра. Используя конечную скорость, рассчитанную в пункте 6 выше, рассчитайте время, необходимое цилиндру, чтобы пройти расстояние падать. Время = расстояние ÷ конечная скорость. Ускорение свободного падения рассчитывается с помощью уравнение d = ½ gt² или g = 2d ÷ (время от 8 выше)² Расстояние падения = положение гвоздя x 0,050 + 0,025. Ноготь Позиция Разблокировано Время секунды Заблокировано Время секунды Проходить Время секунды Средний и окончательный Скорость РС Общий Расстояние метров Общий Время секунды г 98 7 6 5 4 3 2 1

У нас нет запрошенного вами вопроса, но вот рекомендуемое видео, которое может помочь.

Вопрос о лучшем совпадении

Пошаговые ответы

Лаборатория движения снарядов Продолжение…( phet.colorado.edu, нажмите кнопку Ссылка Physics, а затем запустите лабораторию Projectile Motion ) Пожалуйста, напишите или введите свои данные, расчеты и ответы. Q6) Ранее я утверждал, что это не имеет значения какой предмет вы использовали в качестве снаряда, но это маловероятно так как мы знаем, что более тяжелые предметы будут падать быстрее, чем более легкие те. Проверьте, является ли движение снаряда одинаковым или другим проведя быстрый эксперимент. Объясните, что вы сделали, что вы заметил, и ваш вывод. Перейдите в раздел «Векторы» симуляции, сделайте сброс до убедитесь, что мы начинаем со всеми настройками по умолчанию. Включите воздух Сопротивление выключено. Установите пушку на высоту от 2 до 10 м, с угол запуска от 20° до 70° и начальная скорость от 5 м/с и 20 м/с. Стреляйте из пушки, если вам не нравится ваш выбор (как будто снаряд уходит за пределы экрана), выберите другой ценности. Q7) В зависимости от угла запуска и начального скорости, рассчитайте начальные компоненты x и y снаряд. v0x = __________ v0y = __________ Обратите внимание на галочки вдоль пути снаряда, это позиции каждые 0,1 секунды с позициями каждую 1 секунду обозначены незаштрихованными кружками. [Есть также белый кружок, указывающий самая вершина траектории и конечная отметка, скорее всего, быть менее 0,1 секунды после предыдущего.] Используйте TRH для сбора данных о дальности и высоте вдоль траектории с интервалом в 0,5 секунды. Заполните таблицу, как далее продолжайте сбор данных, пока не дойдете до конца движение. Н = __________ д = __________ v0 = ___________ Время (т) Диапазон (х) Высота (г) 0,0 с 0,5 с 1,0 с … Q8) Запишите время, диапазон и высоту снаряд в верхней части траектории (белая точка) и где он ударился о землю. Q9) Значения диапазона являются горизонтальными или x положения снаряда относительно пуска точка. В зависимости от того, как менялись эти позиции: а) Когда скорость по оси x была наибольшей? Самый медленный? б) Что вы можете сказать об ускорении в направлении х? Q10) Значения высоты — это y положения относительно земли (насколько выше уровня земли при каждое мгновение). а) Когда снаряд двигался вверх и когда вниз? б) Был ли когда-нибудь момент, когда y-скорость была равна нулю? Когда? в) Оставалась ли скорость по оси Y постоянной (нулевое ускорение) или постоянно меняющийся? Теперь мы проверим, как ваши наблюдения совпадают с уравнения.