Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Конспекты / Факультативное занятие по теме: "Поступательное движение СО. Сила инерции""
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 24 мая.

Подать заявку на курс
  • Физика

Факультативное занятие по теме: "Поступательное движение СО. Сила инерции""

библиотека
материалов

Факультативное занятие по теме:

«Поступательное ускоренное движение системы отсчета. Сила инерции».

Целеполагание: рассмотреть движение тел в неинерциальных системах отсчета, движущихся поступательно с постоянным ускорением относительно ИСО. Ввести понятие сил инерции. Доказать необходимость их использования.

Содержание занятия.

1.Вступительная беседа:

Слова учителя: Сформулируйте законы ньютоновской

механики.

Ученик: а) Закон. Существуют такие системы отсчета, относительно которых тело движется равномерно, прямолинейно или сохраняет свою скорость неизменной, если на него не действуют другие тела, или действие всех сил скомпенсировано.

б) hello_html_m53d4ecad.gifhello_html_4239c16b.gif= mhello_html_m4c92c6cc.gif => hello_html_m4c92c6cc.gif= hello_html_7cc4fac6.gif

в) hello_html_4239c16b.gif1 = –hello_html_4239c16b.gif2

Слова учителя: Для какой системы отсчета будут справедливы законы Ньютона?

Ученик: Законы Ньютона выполняются в инерциальной системе отсчета.

Слова учителя: Будут ли они выполняться в системах отсчета движущихся с ускорением?

Ученик: … Нет.

Слова учителя: Вопрос этот возникает вполне естественно, так как мы живем на вращающейся Земле (явно неинерциальная система). Необходимо выяснить, почему, несмотря на вращение Земли, в рассмотренных выше опытах получалось согласие с законами Ньютона.

Неинерциальными называют те системы отсчета, которые движутся с ускорением относительно какой-либо инерциальной системы. Различают два вида неинерционных систем отсчета (НИСО): системы, движущиеся относительно инерциальной системы отсчета (ИСО) поступательно с постоянным или переменным ускорением, и системы, вращающиеся с постоянной или переменной угловой скоростью относительно некоторого центра или некоторой оси.

Итак, если мы рассматриваем движение тела относительно системы отсчета, движущейся ускоренно, то первый и второй законы динамики в обычной форме неприменимы. Действительно покой в НИСО имеет место только при действии на тело внешних сил, так как тело совершает ускоренное движение относительно ИСО.

2. Демонстрация опыта.

Начнем с более простого случая: пусть система отсчета движется поступательно с некоторым ускорением относительно ИСО.

Пусть на тележке укреплена рамка и на ней подвешен маятник. Тележка соединена нитью, переброшенной через блок, с гирей; опускаясь, гиря может сообщить тележке постоянное ускорение. Если тележка неподвижна (относительно Земли), то маятник весит вертикально. Если же она получит ускорение hello_html_m4c92c6cc.gif, то маятник отклонится назад (против ускорения тележки) и после нескольких качаний, которые мы не примем во внимание, установится под некоторым углом к вертикали; при этом его ускорение hello_html_m4c92c6cc.gif' станет равным ускорению тележки hello_html_m4c92c6cc.gif (hello_html_m4c92c6cc.gif'=hello_html_m4c92c6cc.gif).

3. Свяжем с Землей неподвижную систему отсчета, а с тележкой – подвижную и попробуем истолковать явление в обеих системах.

а) неподвижная система (ИСО).

На маятник, в положении равновесия, действуют силы:

hello_html_52068d7d.gif- сила натяжения нити

hello_html_4239c16b.gif= mhello_html_m1c8f5761.gif – сила тяготения компенсирующие друг друга.

Когда тележка начала двигаться с ускорением, то она увлекла за собой и точку подвеса маятника (См. рис.8).

Сам же маятник еще оставался в покое. Поэтому нить наклонилась, что привело к появлению силы, ускоряющей маятник. В установившемся состоянии сумма сил тяжести

hello_html_m1b162b3.gif= m hello_html_m1c8f5761.gif (из рис. 8=>hello_html_76ae9db4.gif=hello_html_m1b162b3.gif)

маятника и натяжения нитиhello_html_52068d7d.gifдает силуhello_html_4239c16b.gif,создающую ускорение hello_html_m4c92c6cc.gif:

hello_html_m53d4ecad.gifhello_html_4239c16b.gif= m hello_html_m4c92c6cc.gif = m hello_html_m1c8f5761.gif + hello_html_52068d7d.gif; tghello_html_m3db117dc.gif= hello_html_m68312c4c.gif

Итак, появление силы hello_html_4239c16b.gif связано с ускорением тележки (результат взаимодействия опускающейся гири с Землей). Таким образом, hello_html_m1b162b3.gif естественно, здесь законы Ньютона выполняются.

б) Подвижная система НИСО. Наблюдатель, находящийся в этой системе, не знает о ее движении. Маятник отклонен от вертикали на угол hello_html_m3db117dc.gif и не подвижен относительно тележки.

В механике часто учитывают такое движение введением особых сил, которые называются силы инерции. Введение этих сил позволяет сохранить для тел, движущихся относительно НИСО, первый и второй законы Ньютона в той же самой форме, какую они имели для тел, движущихся относительно ИСО. Следовательно, кроме силы тяжести и силы натяжения нити, действующих на маятник, существует еще одна сила – сила инерции hello_html_4239c16b.gifин (См. рис.9). Тогда при состоянии покоя маятника относительно тележки можно утверждать, что в этом случае, как и при покое относительно ИСО, сумма всех сил, действующих на тело, равна нулю

hello_html_4239c16b.gifин +mhello_html_m1c8f5761.gif+ hello_html_52068d7d.gif = 0

Из написанных выше соотношений следует, что

hello_html_4239c16b.gifин= - hello_html_4239c16b.gif, т.к. hello_html_4239c16b.gif= mhello_html_m4c92c6cc.gif, то hello_html_4239c16b.gifин= - mhello_html_m4c92c6cc.gif

Если бы маятнику, находящемуся на тележке, сообщить толчок, то он стал бы совершать колебания. Проанализировав это явление, сделаем вывод: к силе тяготения будет прибавлена постоянная сила инерции hello_html_4239c16b.gifин, результирующая 2х этих сил направлена под углом hello_html_m3db117dc.gif к вертикали, и маятник будет совершать колебания около положения равновесия нити, наклоненной под углом hello_html_m3db117dc.gif к вертикали с ускорением hello_html_m4c92c6cc.gif'.

Второй закон динамики, при движении тела массы m в НИСО, обладающей ускорением hello_html_m4c92c6cc.gif, следует формировать так:

hello_html_4239c16b.gif+ hello_html_4239c16b.gifин= mhello_html_m4c92c6cc.gif',

где hello_html_m4c92c6cc.gif' – ускорение тела в НИСО

hello_html_4239c16b.gifин=- mhello_html_m4c92c6cc.gif – сила инерции

hello_html_4239c16b.gifравнодействующая всех внешних сил, действующих на тело.

4. Вывод.

Силы инерции определяют движение тела в ускоренной системе отсчета. Они имеют очень важное принципиальное отличие от обычных сил, выражающих взаимодействие тел; которое заключается в том, что силы инерции не имеют противодействующей, т.е. нельзя указать того тела, со стороны которого приложена сила инерции.

Мhello_html_1452b605.gifожно ли сказать, что описание движения в НИСО менее верно, чем в ИСО? Конечно, нет! Для описания движения можно выбрать любую систему отсчета.

5. Практическая работа.

Уравнение движения в неинерциальных системах отсчета имеют такой же вид, как и в инерциальных, только в сумму, действующих на тело сил, входят наряду с ньютоновскими и силы инерции:

mhello_html_m4c92c6cc.gif'=hello_html_2593ce71.gif+ hello_html_4239c16b.gifин,

mhello_html_m4c92c6cc.gif=hello_html_2593ce71.gifmhello_html_m4c92c6cc.gif,

где hello_html_m4c92c6cc.gif - ускорение системы отсчета.

Пример:

К потолку лифта подвешен груз масcой m Определите натяжение нити в момент времени, когда лифт движется вверх (вниз) с ускорением а.

Решение:

Пусть лифт движется вверх. В системе отсчета, связанной с лифтом, тело покоится. Поэтому сумма всех действующих на него сил равна нулю (рис. 16)

hello_html_52068d7d.gif+ mhello_html_m1c8f5761.gif + hello_html_4239c16b.gif ин=0,

где hello_html_52068d7d.gif – сила натяжения нити.

Проецируя векторное равенство на прямую, вдоль которой действуют силы (на ось Х направленную верх), получим:

NmgF ин = 0.

Так как F ин = ma то

N = m(g + a), т.е. сила натяжения нити больше веса груза в неподвижном лифте.

Если лифт движется вниз (рис. 17), то:

N + F ин – mg = 0.

Отсюда N = m(g – a)

В этом случае сила натяжения нити меньше веса груза в неподвижном лифте.

В частности если лифт падает свободно (a=g), то натяжение нити равно нулю. Если лифт движется вниз с ускорением a>g, то груз будет прижиматься к «потолку» кабины.

6. Заключение.

Таким образом, любое движение тела можно рассматривать, как в инерциальной, так и в неинерциальной системах. Многие физические задачи решаются значительно проще с использованием сил инерции, т.е. в неинерциальных системах.




Краткое описание документа:

Факультативное занятие по теме:

«Поступательное ускоренное движение системы отсчета. Сила инерции».

Целеполагание: рассмотреть движение тел в неинерциальных системах отсчета, движущихся поступательно с постоянным ускорением относительно ИСО. Ввести понятие сил инерции. Доказать необходимость их использования.

Содержание занятия.

1.Вступительная беседа:

Слова     учителя:     Сформулируйте     законы      ньютоновской

механики.

Ученик: а) Закон. Существуют такие системы отсчета, относительно которых тело движется равномерно, прямолинейно или сохраняет свою скорость неизменной, если на него не действуют другие тела, или действие всех сил скомпенсировано.

скачать материал свидетельство о публикации

Автор
Дата добавления 21.11.2014
Раздел Физика
Подраздел Конспекты
Просмотров310
Номер материала 144471
Получить свидетельство о публикации

Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх