Онлайн

Наглядная физика. Основы динамики

 


Второй закон Ньютона (3)

6 static3

 Если на протяженное тело действует несколько сил, его движение не определяется равнодействующая всех сил, необходимо учитывать точки приложения сил. Модель демонстрирует сложность движения протяженного тела под действием трех сил. Можно менять величины сил и точки их приложения.

Подробнее

 Если на тело (протяженное, не материальную точку) действует несколько сил, то движение тела не определяется вторым законом Ньютона в виде

08-03

где F   - сумма всех действующих на тело сил (равнодействующая). Для описания движения  в этом случае необходимо учитывать точки приложения сил.

Модель демонстрирует сложность движения протяженного тела под действием трех сил. Можно менять величины сил и точки их приложения. Эксперименты с моделью показывают, что равенство нулю равнодействующей еще не означает, что тело будет находиться в покое. Протяженное тело может не только сдвигаться параллельно, но и поворачиваться.


Третий закон Ньютона

7 Newton3

Третий закон Ньютона: силы взаимодействия двух тел равны по модулю, противоположны по направлению и направлены вдоль одной прямой. Модель демонстрирует движение двух тел (Луны и астероида) под действием сил притяжения. Показаны силы притяжения, действующие на планету и на астероид. Начальную скорость астероида можно изменять. 

Подробнее

Третий закон Ньютона: силы взаимодействия двух тел равны по модулю, противоположны по направлению и направлены вдоль одной прямой.

В модели показаны силы взаимодействия между планетой и движущимся около нее астероидом. Эти силы действуют на разные тела, сила, действующая на планету, показана красным цветом, а на астероид - зеленым. Сила их взаимного притяжения уменьшается с увеличением расстояния.

Выбрана система отсчета, связанная с центром масс планеты и астероида. В этой системе отсчета планета и астероид движутся вокруг неподвижного центра масс, что особенно заметно, когда масса астероида не слишком мала.



Падение тел в трубке Ньютона 

8 NewtonPipe

Тела различной массы и формы падают по-разному из-за сопротивления воздуха. Модель наглядно демонстрирует падение тел в трубке, давление воздуха в которой можно изменять.

 

Подробнее

Тела различной массы и формы падают по-разному из-за сопротивления воздуха. При увеличении давления воздуха это различие усиливается. Сила, заставляющая тела падать равна mg=Fс , где Fс- сила сопротивления. При малых скоростях сила Fс пропорциональна скорости, а при больших - квадрату скорости. Направление силы зависит от формы тела.

08-04

Рис. На тело, падающее в воздухе, действуют лве силы: сила притяжения mg и сила сопротивления FcСила сопротивления Fc зависит от размеров тела, его формы, от скорости движения тела и от плотности воздуха.

Модель демонстрирует падение тел в трубке, давление воздуха в которой можно изменять. При уменьшении давления воздуха до нуля эти тела падают одинаково, т. к. в пустоте силы сопротивления нет, и тело падает с ускорением свободного падения g=9.81 м/с². Нажав на кнопку Пауза в момент падения тел, можно увидеть разницу в их движении.



Движение тела, брошенного под углом к горизонту

9 GunДвижение тела (материальной точки) с постоянным ускорением полностью определяется его начальным положением и начальной скоростью. Траектория является параболой. Модель наглядно демонстрирует зависимость равноускоренного движения от начальной скорости 

Подробнее

Движение тела (материальной точки) с постоянным ускорением a (равноускоренное движение) полностью определяется его начальным положением r0 и начальной скоростью v0, см. рис. а.

08-05

Рис. Движение тела с постоянным ускорением a. а) Начальные условия: начальное положение O тела и начальная скорость v0 тела. б) Выбор система координат для тела, брошенного под углом к горизонту. Центр системы координат совпадает с начальным положением тела, ось Oy параллельна вектору a, но направлена в противоположную сторону, ось Ox лежит в плоскости, параллельной векторам a и v0.

Выбрав систему координат, как показано на рис , векторное уравнение движения (второй закон Ньютона)

08-06

можно записать в виде двух (скалярных) уравнений

08-07

с начальными условиями x(0)=0vx(0)=vcos (α) и y(0)=0, vy(0)=v0 sin (α)Эти уравнения не связаны друг с другом. Следовательно, движение тела, брошенного под углом к горизонту, сводится к двум независимым движениям: равномерному вдоль оси Ox и равноускоренному движению вдоль оси OyТочнее, первое уравнение описывает равномерное движение точки с начальной скоростью v0cos(α), а второе - равноускоренное движение точки с ускорением g и с начальной скоростью v0sin(α)Поэтому, используя известные формулы для равномерного и равноускоренного движений, можно написать зависимость координат тела от времени:

08-08


Зависимость дальности полета от угла бросания

10 GunWithGraphs

Модель наглядно демонстрирует зависимость дальности полета тела, брошенного под углом к горизонту, от угла бросания. 

 

 

Подробнее

 

Движение тела с постоянным ускорением g (равноускоренное движение) полностью определяется начальным положением r0 и начальной скоростью v0 В векторном виде кинематический закон движения имеет вид

08-09          (1)


Скорость изменяется по закону v (t)= v0 +gtЕсли выбрать систему координат Oxy как показано на рисунке и рассмотреть движение проекций тела на оси координат, то по оси Ox движение будет равномерным, апо оси Oy - равноускоренным с ускорением gy=-g.

08-10

Рис. Система координат для тела, брошенного под углом к горизонту.

Итак, в координатах, выбранных, как показано на рис., векторное равенство (1) записывается в виде системы равенств:

08-11                         (2)

В момент времени t1 тело достигает наибольшей высоты H, если vy(t1)=0 (проекция скорости на ось Oy зависит от времени так: vy(t)=v0 sin (α) -gt). Отсюда

08-12
Из симметричности параболы следует, что время полета t2=2 t1Дальность полета L=x(t2). Тогда

08-13

Для получения уравнения траектории нужно из двух уравнений кинематического закона движения (2) исключить время. Для этого выражаем t из первого уравнения системы (2)(вместо x(t) и y(t) будем писать x и y соответственно)  

08-14

и подставляем это в правую часть второго уравнения этой системы

08-15

После упрощения получаем уравнение траектории 

08-16

что можно было получить, записав уравнение параболы с вершиной в точке (L/2,H)пересекающей ось Ox в точках с абсциссами 0 и L.