[ Новые сообщения · Участники · Правила форума · Поиск · RSS ]
Страница 1 из 3123»
Модератор форума: Сергеев_ЕВ, Ishina 
Форум учителей » Форумы для учителей предметников » Форум учителей физики » Обсуждаем понятия физики
Обсуждаем понятия физики
prediger Дата: Вторник, 01.04.2014, 18:12 | Сообщение #1
фотография отсутствует
Зачастивший
Группа: Проверенные
Сообщений: 73
Статус: Отсутствует
Примерно год назад я обратил внимание на сообщение пользователя andrey-shkulev. В этом сообщении упоминается задача (цитирую) "Небольшое тело соскальзывает с верхней точки гладкого закрепленного на горизонтальной плоскости шара радиусом R. На каком расстоянии от точки касания шара с плоскостью упадет тело?" (тема "Решение физических задач").

В методическом плане задача хороша тем, что позволяет на физически прозрачном примере обсудить некоторые понятия физики: криволинейные координаты, устойчивость положения равновесия, идеальные связи, потенциальные силы и потенциальная энергия, закон сохранения механической энергии (не путать с законом сохранения энергии), силы инерции в неинерциальных системах отсчета. Теперь появилась возможность проанализировать эту задачу.

Для привычного восприятия назовем шар "землей" с осью симметрии , нормальной неподвижной горизонтальной плоскости П, на которой закреплен шар. Точка касания шара с плоскость П - это "южный полюс", "северный полюс" шара отстоит от плоскости П на расстоянии 2R и расположен выше этой плоскости. Плоскость "экватора" параллельны плоскости П и удалена от нее на расстояние R. Соскальзывающее тело некоторой массы m сначала движется по поверхности шара, потом отрывается от нее и движется свободно под действием силы тяжести mg, параллельной вертикальной оси "земли", проходящей через "полюса".
Таким образом, чтобы ответить на вопрос задачи, нужно найти координаты точки отрыва и скорость соскальзывающего тела в этой точке. Термин "небольшое тело" означает, что оно рассматривается как материальная точка, ибо в противном случае речь должна идти о движении, скажем, шара по поверхности другого шара.

В соответствии с двумя режимами движения введем две системы координат: одна - декартова система с началом в "южном полюсе" шара, вертикальной осью z и горизонтальными осями в плоскости П - используется при описании свободного движения; другая - "широта" theta и "долгота" phi - для описания движения по поверхности шара, "северному полюсу" отвечает theta= pi/2.

Если в некоторый (начальный) момент времени материальная точка покоится на "северном полюсе", то она будет оставаться в покое. Материальная точка начнет движение по сфере, если в начальный момент она либо находится не на "северном полюсе", либо ей сообщена начальная скорость, либо то и другое вместе. Задача решается средствами, не выхоящими за пределы школьной программы, когда начальные условия обеспечивают движение тела вдоль фиксированного "меридиана", скажем, phi=0 (y=0). Положение материальной точки на меридиане определяется координатой theta(t), изменяющейся во сремени t.

Пусть угловая скорость движения точки вдоль меридиана равна Omega(t) (Omega(t) - это скрость изменения во времени угла theta(t)). Линейная скорость движения материальной точки вдоль меридиана V=Omega(t) R. Материальная точка движется по поверхности шара под действием двух сил: силы тяжести mg и реакции и реакции поверхности (реакции связи) N. В любой момент времени реакция связи направлена по радиусу сферы и потому ее работа на перемещении равна нулю (идеальная связь); сила тяжести является консервативной (ее работа при перемещении по любому замкнутому контуру равна нулю). В этом случае механическая система (в данном случае точка на сфере) обладает потенциальной энергией P=mgy(t)=mgR(1+sin theta(t)), причем механическая энергия ситемы сохраняется (закон сохранения механической энергии). Кинетическая энергия материальной точки T=0,5 m V^2=0,5m( Omega(t) R)^2. Механическая энергия материальной точки E=T+P. Закон сохранения механической энергии запишется в виде 0,5m(Omega(t) R) )^2+mgR(1+sin theta(t))= E(0), где начальное значение механической энергии
E(0)=0,5m( Omega(0) R ) )^2+mgR(1+sin theta(0)), откуда ( Omega(t))^2+2g/R sin theta(t)=C, (1) C=( Omega(0))^2+2g/R sin theta(0).

Уравнения Ньютона справедливы в инерциальной системе отсчета. В рассматриваемой задаче материальная точка покоится относительно вращающейся системы координат с началом в центре шара и осью, проходящей через материальную точку. Эта система не является инерциальной. В этом случае следует учесть поправку в виде центробежной силы m R Omega^2, направленной по радиусу. В этой неинерциальной системе в любой момент времени сила реакции N, центробежная сила и радиальная составляющая силы тяжести уравновешиваются: N=mg cos theta-m R Omega^2. Используя условие отрыва N=0 и равенство (1), получим уравнение для координаты theta точки отрыва: cos theta + 2 sin theta=CR/g. Если в начальный момент материальная точка находится очень близко к "северному полюсу" и ее начальная скорость очень мала, то с малой погрешностью
С= 2g/R, и координата точки отрыва определяется (с малой погрешностью) уравнением cos theta + 2 sin theta=2 (2). Уравнение (2) исследуется стандартным образом. Разделим обе части уравнения на корень из 5 и положим (sin beta)^2 = 1/5,
(cos beta)^2 = 2/5, 0< beta <pi/6. Получим уравнение sin(beta + theta) + sin(beta-pi/2)=0. Заменив сумму произведением тригонометрических функций, найдем theta=pi/2-2 beta, и, следовательно, в точке отрыва cos theta =0,8, sin theta = 0,6, x=0,8 R, z=1,6 R; горизонтальная и вертикальная состаляющие скорости материальной точки в момент отрыва равны Omega R sin theta и Omega r cos theta, соответственно; угловая скорость Omega в момент отрыва определяется равенством (1), в котором следует положить sin theta = 0,6, С= 2g/R. Далее решается задача о свободном движении в вертикальной плоскости y=0 тяжелой материальной точки с указанными начальными условиями в точке отрыва.

Добавлено (01.04.2014, 18:12)
---------------------------------------------
А вот еще пример, подтверждающий необходимость обсуждения понятий физики.
Цитирую одного из пользователей: "На дне бассейна с водой лежит кирпич объёмом
V = 0,002 м. куб. Чему равна величина силы Архимеда, действующей на кирпич?"

Сила Архимеда возникает, когда тело окружено жидкостью. Сила порождается разностью давлений жидкости на "нижнюю" и "верхнюю" поверхности тела. В случае однородной жикости сила Архимеда не зависит от глубины, на которой находится тело.

В цитированной задаче кирпич находится на дне. В направлении вертикали на кирпич действуют его вес, реакция дна и сила давление жидкости. Последняя зависит, в частности, от глубины водоема.


Сообщение отредактировал prediger - Вторник, 01.04.2014, 18:20
Сергеев_ЕВ Дата: Пятница, 02.01.2015, 20:09 | Сообщение #2
Профиль пользователя Сергеев_ЕВ
Модератор форума
Группа: Модераторы
Сообщений: 2896
Статус: Отсутствует
Ну, что-то в этой теме движения не наблюдается. Немного оживлю.
Вот Доступно только для пользователей, на мой взгляд - взгляд НЕ-физика - всё, вроде, логично и последовательно, но результаты - странные. Зацените, физики, нужна Ваша квалифицированная оценка!




Окажу помощь в создании и администрировании учительских сайтов в системе uCoz
iyugov Дата: Пятница, 02.01.2015, 23:25 | Сообщение #3
Профиль пользователя iyugov
Активист
Группа: Друзья
Сообщений: 1086
Статус: Отсутствует
Сергеев_ЕВ, я не физик, но рискну предположить. Интересно, насколько будет далеко от истины.

Цитата
Согласно Закону, движение небесных тел по орбитам обусловлено силой притяжения между массами тел и скоростью тел относительно друг друга.
Закон всемирного тяготения - он даёт динамику. Про силу правильно написано - "лунная" лишь вдвое меньше "солнечной". А вот скорость тел не учтена. Тут уже нужна не динамика, а кинематика. Есть ещё центробежная сила, векторы скорости и ускорения, интегрирование, законы Кеплера - вот из этого ряда, наверное.
Цитата
И далее Луна должна продолжить свой путь по орбите вокруг Солнца
А она и продолжает. В паре с Землёй.

Да, Луна слегка таскает Землю из стороны в сторону. Они вращаются вокруг общего центра масс, находящегося тем не менее внутри объёма Земли.

Остальная часть статьи, к сожалению, не снабжена подтверждениями, с которыми хотелось бы работать, хотя бы и на опровержение.

Вспомнил замечательную книгу Вальдгарда "О Земле и Вселенной" 1962 года, которой зачитывлся в детстве. Запомнил оттуда такие слова: "Скоро, вероятно, нога человека ступит на Луну". smile


Dixi.

Сообщение отредактировал iyugov - Пятница, 02.01.2015, 23:47
Сергеев_ЕВ Дата: Пятница, 02.01.2015, 23:54 | Сообщение #4
Профиль пользователя Сергеев_ЕВ
Модератор форума
Группа: Модераторы
Сообщений: 2896
Статус: Отсутствует
Спасибо, Иван Олегович, за ответ. У меня тоже сомнения, причём как "ЗА", так "ПРОТИВ". Теперь, вот, вижу, что не у меня одного. Уже после написания поста нашёл более полный вариант Доступно только для пользователей, видимо, всё-таки, первоисточник. Да, должен предупредить: общий настрой статьи в духе теорий о "всемирном заговоре", поэтому читать её нужно, так сказать, "с расчётом на пиНжак"...



Окажу помощь в создании и администрировании учительских сайтов в системе uCoz
anizotrop Дата: Суббота, 03.01.2015, 03:48 | Сообщение #5
Профиль пользователя anizotrop
Активист
Группа: Друзья
Сообщений: 304
Статус: Отсутствует
Цитата Сергеев_ЕВ ()
Вот статейка, на мой взгляд - взгляд НЕ-физика - всё, вроде, логично и последовательно, но результаты - странные. Зацените, физики, нужна Ваша квалифицированная оценка!
На квалифицированную оценку не претендую. Могу высказать только личное дилетантское мнение.
В статье дан расчет для сил гравитационного притяжения. Расчет элементарный и правильный, а выводы сделаны неверные. Нет никакого противоречия приведенных расчетов с ньютоновским законом всемирного тяготения. Траектория Земли и Луны определяется не только силой их притяжения к Солнцу, но также величиной и направлением скорости их движения в любой рассматриваемый (выбранный) начальный момент времени.
Для простейших расчетов орбиту Земли (эллипс с эксцентриситетом 0,0167) можно считать мало отличающейся от окружности. Расстояния от Земли до Солнца и от Луны до Солнца можно считать одинаковыми, поэтому в любой точке орбиты Земли нормальное ускорение Земли и Луны, вызванное притяжением Солнца также будет практически одинаковым. (Нормальное ускорение a = GM/r^2, где G - гравитационная постоянная, M - масса Солнца, r - радиус орбиты планеты.) Поэтому их траектории, а также линейные скорости движения вокруг Солнца практически одинаковы, т.е. Земля и Луна вполне "законно" образуют единую гравитационно связанную систему с общим центром масс, который обращается вокруг Солнца.
Остальная "фактология" обсуждаемой статьи также сомнительна, поскольку не подтверждена ни одной прямой ссылкой ни на одну научную работу, результаты которой были бы достоверны (т.е. во-первых, воспроизводимы, а, во-вторых, неоднократно подтверждены разными группами исследователей) и безоговорочно противоречили бы принятой в настоящее время научной парадигме. Поэтому, имхо, данная статья более подходит как основа для сценария очередной "сенсационной" телепередачи, чем для серьезного анализа и обсуждения.
Движение же Земли вокруг Солнца, а также Луны вокруг Земли действительно не простое. Причем сложность расчетов заключена не в ошибочности закона всемирного тяготения, а в полноте учета поправок и влияний, сделанных именно на его основе, а также на основе общей теории относительности. В зависимости от необходимой точности расчетов траекторий движения тел Солнечной системы учитывают влияние до 13 и более факторов на движение Земли, и до 18 и более факторов на движение Луны. Об этом см. хотя бы тут:
Доступно только для пользователей

В заключение следует отметить, что в природе, естественно, далеко не все изучено, исхожено и исследовано. Непознанного, скорее всего, хватит еще не на одно поколение упорных тружеников науки, но начинать критику научных достижений следует не с сенсационных ниспровержений с пьедесталов отцов-основателей, а с постижения их мудрости.


*****

Сообщение отредактировал anizotrop - Суббота, 03.01.2015, 04:26
Сергеев_ЕВ Дата: Суббота, 03.01.2015, 21:31 | Сообщение #6
Профиль пользователя Сергеев_ЕВ
Модератор форума
Группа: Модераторы
Сообщений: 2896
Статус: Отсутствует
Цитата anizotrop ()
данная статья более подходит как основа для сценария очередной "сенсационной" телепередачи, чем для серьезного анализа и обсуждения
Вот примерно такого ответа я и ждал! Спасибо, Иваныч! wink
Цитата anizotrop ()
начинать критику научных достижений следует не с сенсационных ниспровержений с пьедесталов отцов-основателей, а с постижения их мудрости
Вот потому-то я и обратился к тем, кто, хоть и
Цитата anizotrop ()
На квалифицированную оценку...
не претендуют, но могут
Цитата anizotrop ()
... высказать только личное дилетантское мнение.
А то наткнулся на статью, заинтересовался и почувствовал какое-то странное чувство то ли обмана, то ли собственного недопонимания.




Окажу помощь в создании и администрировании учительских сайтов в системе uCoz
Сергеев_ЕВ Дата: Пятница, 09.01.2015, 16:01 | Сообщение #7
Профиль пользователя Сергеев_ЕВ
Модератор форума
Группа: Модераторы
Сообщений: 2896
Статус: Отсутствует
Ну а тут требуется помощь физиков со знанием английского языка: мужик что-то говорит, фокусы показывает, а что к чему - ...
Доступно только для пользователей




Окажу помощь в создании и администрировании учительских сайтов в системе uCoz
prediger Дата: Четверг, 03.09.2015, 19:35 | Сообщение #8
фотография отсутствует
Зачастивший
Группа: Проверенные
Сообщений: 73
Статус: Отсутствует
Цитата Сергеев_ЕВ ()
Ну а тут требуется помощь физиков со знанием английского языка: мужик что-то говорит, фокусы показывает, а что к чему - ...

"Эффект Хатчисона"

Посмотрите видео. После сообщения на английском дается русский перевод.
Секрет "фокусов" не раскрывается. А привести в движение тело - не проблема.

Добавлено (03.09.2015, 19:35)
---------------------------------------------
Лидия Борисовна Ошкина  в своей статье "Организация совместной деятельности учителя и ученика " пишет: "Недавно в одном из педагогических журналов я обнаружила результат анкетирования школьников, обучающихся в 80 разных субъектах Российской Федерации и как оказалось, ребята больше всего не любят физику."
Как заметил один из пишущих на портале, "Все зависит от учителя," и вспоминает,  как его учитель объяснял, "что объект с очень малой массой не может сдвинуть объект с очень большой массой. " Учитель, несколько раз, разогнавшись, бил плечом в стену (методика, однако!).  Стена оставалась на месте. Эффект учитель объяснил тем, что его масса значительно меньше массы стены.
Я не уверен в том, что учитель утверждал, что при соударении малая масса не может сдвинуть массу большую. Возможно, что утверждение учителя по прошествии нескольких лет воспроизведено неточно, но "эксперимент", несомненно, произвел сильное впечатление на учащихся. К сожалению,  ученикам этот "эксперимент" знаний по физике не добавил.

Рассмотрим задачу о центральном соударении двух упругих шаров.  Задача эквивалентна соударению двух материальных точек массы которых m и M. Точки движутся вдоль одной прямой (центральный удар), начальные скорости точек равны u0 и V0, скорости после соударения обозначим   u и V  (малые буквы относятся к массе m, большие - к M). До соударения импульс системы двух точек равен mu0+MV0, после удара  импульс равен mu+MV.Для системы точек силы взаимодействия при ударе являются внутренними, и потому импульс системы сохраняется: mu0+MV0=mu+MV, откуда m(u-u0)=-M(V-Vo) (1).
При упругом ударе сохраняется также кинетическая энергия системы: 0,5mu^2+0,5MV^2=0,5mu0^2+0,5MV0^2 
или    m(u^2-u0^2)=-M(V^2-V0^2) (2)  (u^2 означает u в квадрате). Разделим почленно уравнение (2) на уравнение (1) и получим
u+u0=V+V0 (3). Решив систему линейных уравнений (1) и (3), найдем скорости после удара
u=u0(m-M)/(m+M)+ 2MV0/(m+M),  V=V0(m-M)/(m+M)+ 2mu0/(m+M).
Если хотя бы одна из начальных скоростей отлична от нуля, то после соударения отличны от нуля обе скорости. Так что малая масса обязательно "сдвинет" массу  большую. А если стена после описанного "эксперимента" осталась на месте, то это объясняется не различием масс стены и учителя, а другими причинами. Сожалею, что тема "Обсуждаем понятия физики" у преподавателей физики интереса не вызвала. Не удивительно, что "ребята больше всего не любят физику".

Чтобы оживить обсуждение, предлагаю два вопроса, напрямую относящихся к школьному курсу физики:
1. Какие эксперименты привели к формулировке второго закона механики ma=F?
Кстати, в плане методическом, есть ли преимущества у одной из двух формулировок: F=ma и ma=F?
2. Как обосновывается закон Ома для проводников элетрического тока?
Формулируя вопросы, имею в виду, что в физике решающим аргументом является эксперимент.

Roman163 Дата: Суббота, 29.10.2016, 12:06 | Сообщение #9
фотография отсутствует
Начинающий
Группа: Пользователи
Сообщений: 1
Статус: Отсутствует
В общем на лабе по физике препод задала вопрос Как при не упругом ударе система импульсов замкнутая, а у энергии система механическая не замкнутая.Я ответил, что так как взаимодействуют определенные тела и нет вмешательства со стороны других тел поэтому система замкнута. А энергия мех системы до удара не равны мех энергии после удара , поэтому система не замкнута. А она опять вот почему она одновременно замкнута и незамкнута.
Сергеев_ЕВ Дата: Воскресенье, 30.10.2016, 10:13 | Сообщение #10
Профиль пользователя Сергеев_ЕВ
Модератор форума
Группа: Модераторы
Сообщений: 2896
Статус: Отсутствует
А нельзя как-то более понятно задать вопрос? Я не имею в виду чисто прикладную узкоспециализированную направленность и терминологию, а вообще: сформируйте и изложите свою мысль более внятно. А то, сдается мне, Ваш преподаватель Вас не просто так не понял...



Окажу помощь в создании и администрировании учительских сайтов в системе uCoz
Форум учителей » Форумы для учителей предметников » Форум учителей физики » Обсуждаем понятия физики
Страница 1 из 3123»
Поиск:

Если Вы хотите оставить сообщение на форуме,
то рекомендуем Вам зарегистрироваться на нашем сайте или войти на портал как зарегистрированный пользователь