Физика. 10-й класс. Базовый уровень
Покупка
ФПУ
Тематика:
Физика. Астрономия
Издательство:
Просвещение
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 224
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
Среднее общее образование
ISBN: 978-5-09-101619-2
Артикул: 815714.01.99
Данный учебник продолжает линию учебно-методических комплексов «Сферы» по физике. Издание подготовлено в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования. Материал учебника направлен на формирование научных представлений о физических законах и явлениях и основывается на достижениях современной физики и техники. Главными особенностями данного учебника являются фиксированный в тематических разворотах формат, лаконичность и жёсткая структурированность текста, разнообразный иллюстративный ряд.
Тематика:
ББК:
УДК:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
В. В. Белага И. А. Ломаченков Ю. А. Панебратцев ФИЗИКА 10 класс Базовый уровень Учебник Допущено Министерством просвещения Российской Федерации 4-е издание, стереотипное Москва «Просвещение» 2022 З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
УДК 373.167.1:53+53(075.3) ББК 22.3я721 Б43 Серия «Сферы» основана в 2003 году Получены положительные заключения научной (заключение РАО № 1175 от 18.11.2016 г.), педагогической (заключение РАО № 1066 от 21.11.2016 г.) и общественной (заключение РКС № 442-ОЭ от 22.12.2016 г.) экспертиз. УДК 373.167.1:53+53(075.3) ББК 22.3я721 © АО «Издательство «Просвещение», 2019 © Художественное оформление. АО «Издательство «Просвещение», 2019 Все права защищены ISBN 978-5-09-101619-2 (электр. изд.) ISBN 978-5-09-095832-5 (печ. изд.) Белага, Виктория Владимировна. Физика : 10-й класс : базовый уровень : учебник : издание в pdf-формате / В. В. Белага, И. А. Ломаченков, Ю. А. Панебрат- цев. — 4-е изд., стер. — Москва : Просвещение, 2022. — 223, [1] с. : ил. — (Сферы). ISBN 978-5-09-101619-2 (электр. изд.). — Текст : электронный. ISBN 978-5-09-095832-5 (печ. изд.). Данный учебник продолжает линию учебно-методических комплексов «Сферы» по физике. Издание подготовлено в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования. Материал учебника направлен на формирование научных представлений о физических законах и явлениях и основывается на достижениях современной физики и техники. Главными особенностями данного учебника являются фиксированный в тематических разворотах формат, лаконичность и жёсткая структуриро- ванность текста, разнообразный иллюстративный ряд. Б43 Издание выходит в pdf-формате. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 РАЗДЕЛ I. МЕХАНИКА Механика как фундамент современной картины мира . . . . 7 Глава 1. КИНЕМАТИКА 1 . Пространство и время . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2 . Механическое движение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3 . Способы описания движения тела . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 4 . Равномерное прямолинейное движение . . . . . . . . . . . . . 16 5 . Классический закон сложения скоростей . . . . . . . . . . . 18 6 . Неравномерное движение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 7 . Равнопеременное прямолинейное движение . . . . . . . . . 22 8 . Движение с ускорением свободного падения . . . . . . . . 26 9 . Движение по окружности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Решение задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Подведём итоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Глава 2. ДИНАМИКА 10 . Сила . Измерение сил . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 11 . Инерция . Первый закон Ньютона . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 12 . Взаимосвязь силы и ускорения . Второй закон Ньютона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 13 . Взаимодействие тел . Третий закон Ньютона . . . . . . . . . 42 14 . Закон всемирного тяготения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 15 . Движение под действием силы тяготения . . . . . . . . . . . 46 16 . Вес тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 17 . Сила трения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Решение задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Подведём итоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Глава 3. СТАТИКА 18 . Условия равновесия невращающегося тела . . . . . . . . . . 56 19 . Равновесие тел с закреплённой осью вращения . Устойчивость равновесия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Решение задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Подведём итоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Глава 4. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В МЕХАНИКЕ 20 . Механическая работа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 21 . Мощность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 22 . Энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 23 . Потенциальная энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 24 . Кинетическая энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 25 . Закон сохранения энергии . Относительность механической энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 26 . Работа сил трения и механическая энергия . . . . . . . . . 76 27 . Импульс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 28 . Закон сохранения импульса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 29 . Реактивное движение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Решение задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Подведём итоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 РАЗДЕЛ II. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА Атом — от гипотезы Демокрита до таблицы Менделеева . 87 Глава 5. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО–КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ 30 . Основные положения молекулярно- кинетической теории . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 СОДЕРЖАНИЕ З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
31 . Основная цель молекулярно-кинетической теории . . . . 94 32 . Количество вещества . Молярная масса . . . . . . . . . . . . . 96 33 . Строение газообразных, жидких и твёрдых тел . . . . . . 98 34 . Идеальный газ . Давление газа . Средняя скорость движения молекул газа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 35 . Основное уравнение молекулярно- кинетической теории . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 36 . Экспериментальное определение скорости движения молекул . Опыт Штерна . . . . . . . . . . . . . . . . 104 37 . Температура . Тепловое равновесие . Термометры . . . . 106 38 . Изопроцессы . Закон Гей-Люссака . Абсолютная температура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 39 . Закон Бойля–Мариотта . Закон Шарля . . . . . . . . . . . . . 110 40 . Уравнение состояния идеального газа . . . . . . . . . . . . . 112 41 . Температура и средняя кинетическая энергия молекул . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Решение задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Подведём итоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Глава 6. ВЗАИМНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ГАЗОВ, ЖИДКОСТЕЙ И ТВЁРДЫХ ТЕЛ 42 . Агрегатные состояния вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 43 . Испарение . Насыщенный и ненасыщенный пар . Кипение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 44 . Влажность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 45 . Кристаллические и аморфные тела . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Подведём итоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 РАЗДЕЛ III. ВВЕДЕНИЕ В ТЕРМОДИНАМИКУ От паровой машины до реактивного двигателя . . . . . . . . . 129 Глава 7. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ 46 . Внутренняя энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 47 . Количество теплоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 48 . Работа в термодинамике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 49 . Первый закон термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 50 . Второй закон термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 51 . Тепловые двигатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Решение задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Подведём итоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 РАЗДЕЛ IV. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ Мир электрических явлений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Глава 8. ЭЛЕКТРОСТАТИКА 52 . Электрический заряд . Электризация тел . . . . . . . . . . . 150 53 . Закон Кулона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 54 . Электрическое поле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 55 . Напряжённость электрического поля . . . . . . . . . . . . . . 156 56 . Проводники и диэлектрики в электрическом поле . . 158 57 . Работа в электрическом поле . Потенциал . . . . . . . . . . 160 58 . Электрическая ёмкость . Конденсаторы . . . . . . . . . . . . 162 59 . Энергия заряженного конденсатора . Применение конденсаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 60 . Соединения конденсаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Решение задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Подведём итоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Глава 9. ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 61 . Электрический ток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 62 . Закон Ома . Сопротивление проводника . . . . . . . . . . . . 172 63 . Соединения проводников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 64 . Работа и мощность тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
65 . Электродвижущая сила . Закон Ома для полной цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Решение задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Подведём итоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Глава 10. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ 66 . Природа электрического тока в металлах . . . . . . . . . 184 67 . Электрический ток в электролитах . . . . . . . . . . . . . . . 186 68 . Электрический ток в газах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 69 . Электрический ток в вакууме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 70 . Электрический ток в полупроводниках . . . . . . . . . . . 192 Подведём итоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Физика в вопросах и ответах... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 Лабораторные работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 Предметно-тематический указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 ВВЕДЕНИЕ Учебник физики для 10 класса, который вы держите в руках, предназначен для тех, кто выбрал изучение физики на базовом уровне. Этим определяются стиль изложения материала, его структура и уровень сложности. Знание законов физики сегодня необходимо для того, чтобы стать успешным специалистом в самых разных областях: медицине, информационных технологиях, инженерных науках, биологии, химии и экологии. Современный человек должен владеть основами естественно-научной картины мира, в котором он живёт, а также понимать, как работают те многочисленные технические устройства, которые его окружают. Интересно, что мобильный телефон, который сегодня есть практически у каждого школьника, содержит технические решения, которые базируются на физических открытиях, заслуживших большое количество Нобелевских премий по физике. Также мы ориентировались и на тех, кто в течение 10—11 классов так заинтересуется физикой, что захочет сдать Единый государственный экзамен по этому предмету. Для этого в учебнике содержится и материал повышенной сложности, который поможет в подготовке к этому непростому экзамену. Знание физики позволит вам сориентироваться в огромном потоке информации и поможет отличить реальные факты от гипотез, домыслов и фантазий. Физика — экспериментальная наука, поэтому, изучая физику, вы научитесь выполнять различные опыты и экспериментальные исследования, проводить измерения, анализировать их и делать соответствующие выводы и обобщения. Физика и её законы являются ядром естествознания, поэтому, изучая физику, мы стараемся ответить на самые разнообразные вопросы об окружающем нас мире. Великий физик первой половины XX в. Альберт Эйнштейн писал: «Самое непостижимое в мире — то, что он постижим». Хотелось бы, чтобы, изучая физику, вы почувствовали настоящий интерес к этой науке и к более глубокому пониманию законов окружающего мира. Как говорил А. Эйнштейн, «очень важно не перестать задавать вопросы. Любопытство не случайно дано человеку». Желаем вам успехов на пути постижения новых знаний! З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
РАБОТАЕМ С УЧЕБНИКОМ Материал учебника включает десять тем, каждая из которых разделена на параграфы. Перед каждой темой в рубрике «Коротко о главном…» приводится высказывание одного из великих учёных, которое отражает суть содержания темы. Параграф начинается с вводных рубрик «Вы узнаете...», «Вспомните...». Рубрика «Вы узнаете...» познакомит вас с основными вопросами, которые изучаются в параграфе. Рубрика «Вспомните...» подскажет, что необходимо вспомнить из ранее изученного материала, для того чтобы усвоить новый. Основной текст параграфа сопровождают рубрики, которые помогут вам глубже понять наиболее важный материал. Рубрика «Мои физические исследования» поможет вам научиться проводить физические опыты, иллюстрирующие физические законы. В рубрике «Физический блокнот» содержатся интересные сведения и дополнительная информация к основному тексту параграфа. Рубрика «Физический калейдоскоп» иллюстрирует текст параграфа примерами из жизни и техники. Физические законы и формулы параграфа выделены в рубрике «Внимание!». Графический элемент в виде лупы акцентирует ваше внимание на внутреннем содержании рисунка, детализирует изображение физического явления или процесса. В темах, в которых необходимо более подробно рассмотреть решение физических задач, содержится раздел «Решение задач». В параграфе также даны ссылки в виде стрелок. Они показывают, что изучение данного материала невозможно без использования задачника или тетради- практикума. На последней странице каждой главы содержатся рубрики «Подведём итоги», «Вопросы для обсуждения» и обобщающие схемы, позволяющие представить материал главы в единстве и взаимосвязи, в лаконичной форме. В рубрике «Подведём итоги» приводятся основные выводы и идеи, содержащиеся в главе. Вопросы, содержащиеся в рубрике «Вопросы для обсуждения», носят проблемный характер и могут стать интересной темой для дискуссии. Ссылки на интернет-ресурсы и литературу позволят привлечь дополнительные источники информации при изучении темы. П З Физический блокнот МОИ ФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Физический калейдоскоп ВНИМАНИЕ! З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Основы физики, и в первую очередь механики, стали закладываться 2,5 тысячи лет назад. Главным образом это связано с именем Аристотеля, фигура которого поражает своим величием. Он систематизировал практически все знания, накопленные к тому времени человечеством о земном и небесном, о живом и неживом, об этике, о политике и об искусстве. Более двух тысяч лет авторитет Аристотеля считался непререкаемым. С современной точки зрения Аристотель не исследовал природу, а наводил порядок в её описании, опираясь на свой здравый смысл. Другим великим греком, внёсшим вклад в развитие физики, был Архимед, живший веком позже Аристотеля. Архимед решал конкретные проблемы и не занимался построением картины мира. Он изобрёл множество машин и механизмов, открыл закон рычага, ввёл понятие центра тяжести и понял законы плавания тел, которые изучаются в школе и носят его имя. Архимед считался и великим математиком, причём его утверждения о физических явлениях не только были убедительны с точки зрения математики, но и могли быть проверены на опыте. «Отцом современной физики и фактически современного естествознания вообще» А. Эйнштейн назвал Галилео Галилея, жившего около 400 лет назад. В отличие от Аристотеля, опиравшегося на очевидность, Галилей опирался на математику, эксперимент как метод исследования, мысленный идеализированный эксперимент и количественный анализ. Согласно Галилею эксперимент должен быть очищен от влияния случайных и мешающих факторов, например трения, сопротивления воздуха и т. п. Галилей проверял экспериментом даже общепринятые воззрения. Эксперимент, по Галилею, не иллюстрация, а метод исследования, который по возможности должен быть описан математически. Известны слова Галилея: «Большинство людей и при хорошем зрении не видят того, что другие открывают путём изучения и наблюдения, отделяющих истину от лжи, и что остаётся скрытым для большинства». Открытия того, что в пустоте все тела падают с одинаковым ускорением и что равномерное прямолинейное движение возможно в отсутствие действия силы, стали фундаментом современной механики. Эти законы зачеркнули механику Аристотеля, который утверждал, что тяжёлое тело падает быстрее лёгкого и что причиной равномерного прямолинейного движения является сила. В начале XVI в. польский учёный Николай Коперник выдвинул очень смелую гипотезу, которая противоречила не только учению древних греков, но и незыблемым в то время церковным канонам. Он утверждал, что не Солнце и другие планеты вращаются вокруг Земли, а что Земля вместе с другими планетами вращается вокруг Солнца. Галилей поддержал Коперника и изложил гелиоцентрическую картину мира в своей книге «Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и копер- МЕХАНИКА МЕХАНИКА КАК ФУНДАМЕНТ СОВРЕМЕННОЙ КАРТИНЫ МИРА РАЗДЕЛ I З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
никовой». Гелиоцентрическая система — один из краеугольных камней современной картины мира. Исаак Ньютон завершил формирование современной механики. Он сформулировал три основных закона механики и разработал новый математический подход, который сегодня называют математическим анализом. Ньютон сделал первое великое обобщение в современной физике. Из простого факта, известного всем, о том, что все тела падают на Землю, он вывел закон всемирного тяготения, который позволил объяснить и падение на поверхность Земли яблока, и движение Луны вокруг Земли, и движение Земли и других планет вокруг Солнца. Хотя Ньютон и считается одним из величайших гениев в истории человечества, сам он говорил: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов». И этими гигантами были Коперник, Галилей, Кеплер, Декарт. Развитие научной мысли привело в XX в. к новому великому открытию — к созданию А. Эйнштейном теории относительности, позволившей построить новую научную картину мира, которая коренным образом изменила наши представления о пространстве, времени и природе гравитации. А. Эйнштейн писал: «Прости меня, Ньютон. Ты нашёл единственный путь, возможный в твоё время для человека величайшей научной творческой способности и силы мысли. Понятия, созданные тобой, и сейчас ещё остаются ведущими в нашем физическом мышлении, хотя мы теперь и знаем, что если мы будем стремиться к более глубокому пониманию взаимосвязей, то мы должны будем заменить эти понятия другими, стоящими дальше от сферы непосредственного опыта». Механика, основанная на законах Ньютона, называется классической механикой или механикой Ньютона. В настоящее время известно, что законы Ньютона не являются абсолютно точными. Классическая механика хорошо описывает движение тел, размеры которых значительно больше размеров атомов и молекул, а скорости существенно меньше скорости света. Таким образом, законы классической механики применимы для описания как движения окружающих нас тел, так и движения астрономических объектов. Для описания же явлений микромира необходимо применять законы квантовой механики. Раздел механики, в котором рассматривается движение тел без выяснения причин этого движения, называют кинематикой. Раздел механики, в котором изучаются причины движения тел, называют динамикой. Раздел механики, в котором изучаются условия равновесия механических систем под действием приложенных к ним сил, называют статикой. Механика стала источником универсальных средств и методов изучения разнообразных процессов не только в физике, но и в таких далёких от неё отраслях знаний, как экономика, социология, экология. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
КОРОТКО О ГЛАВНОМ... Больше всего — пространство, ибо оно вмещает всё. Быстрее всего — мысль, ибо она бежит без остановки. Сильнее всех — необходимость, ибо она одолевает всех. Мудрее всего — время, ибо оно обнаруживает всё. Фалес Милетский Глава 1 КИНЕМАТИКА ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ СПОСОБЫ ОПИСАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА РАВНОМЕРНОЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ КЛАССИЧЕСКИЙ ЗАКОН СЛОЖЕНИЯ СКОРОСТЕЙ НЕРАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ РАВНОПЕРЕМЕННОЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ ДВИЖЕНИЕ С УСКОРЕНИЕМ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ ДВИЖЕНИЕ ПО ОКРУЖНОСТИ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ РАЗДЕЛ I МЕХАНИКА З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Понятия пространства и времени относятся к числу изначальных и фундаментальных понятий в физике. Наша Вселенная имеет три пространственных измерения и одно временное. ПОЛОЖЕНИЕ ТЕЛА В ПРОСТРАНСТВЕ Для описания положения точки в пространстве можно использовать трёх- мерную прямоугольную (декартову) систему координат . Что такое система координат с точки зрения математики? Это некоторая точка, выбранная в качестве начала координат (точка O), в которой пересекаются три взаимно перпендикулярные прямые . На каждой из этих прямых стрелочкой задаётся положительное направление ( оси OX, OY, OZ), а также произвольным образом задаётся масштаб — длина единичного отрезка . Положение точки M в пространстве относительно начала координат задаётся её координатами x, y, z, т . е . проекциями положения точки M на оси OX, OY, OZ . Задача механики — описать движение тел, т . е . изменение их положения в пространстве . Под положением тела понимается относительное положение, а именно положение тела относительно других тел . Это означает, что необходимо связать начало системы координат с каким-либо физическим телом и рассматривать движение остальных тел относительно этого тела . Например, мы можем связать начало координат с Солнцем и рассматривать движение планет Солнечной системы относительно Солнца . Тело, по отношению к которому рассматривается данное механическое движение, называют телом отсчёта . Физика — точная наука, и механическое движение должно быть описано количественно . Поэтому, когда речь идёт о координатах x, y, z тела, необходимо указать способ их измерения . Эти координаты являются длинами, а это означает, что их нахождение сводится к измерению длины, т . е . к сравнению с эталоном . В системе СИ единицей длины является метр . СИСТЕМА ОТСЧЁТА Описывая механическое движение тела, мы говорим о том, что в определённый момент времени тело находится в некотором месте пространства . Поэтому системы координат уже недостаточно, необходим ещё и прибор для измерения времени — часы . Следует подчеркнуть: под временем понимается промежуток между двумя событиями или моментами времени . В случае если не указаны оба события, характеризующие временной интервал, всё равно предполагается, что один из моментов времени был принят за начальный, точно так же как начало системы координат привязывалось к телу отсчёта . ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ ВЫ УЗНАЕТЕ: Что такое система координат и система отсчёта. Основные свойства пространства и времени. ВСПОМНИТЕ: Что такое декартова система координат? Какие четыре измерения имеет наш мир? Единицы длины и времени в системе СИ. 1 Взаимосвязь пространства и времени через движение понимали ещё античные философы. В частности, Лукреций считал, что вне движения время ощущаться не может: «…И неизбежно признать, что никем ощущаться не может Время само по себе, вне движения тел и покоя». З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Система координат, связанная с телом отсчёта, и часы для отсчёта времени образуют систему отсчёта, позволяющую определять положение движущегося тела в любой момент времени . ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ В КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ До создания современной картины мироздания, основные положения которой были сформулированы в первой четверти прошлого столетия, пространство и время рассматривались совершенно независимо друг от друга . В классической физике, олицетворением которой является механика Ньютона, пространство и время существуют сами по себе, не испытывая никаких воздействий со стороны тел и явлений . При этом время во всех точках пространства всегда течёт одинаково и едино для всего пространства . Такое время, существующее само по себе, вне тел и явлений, называют абсолютным временем . В механике Ньютона все моменты времени равноправны, причём ход времени является одинаково равномерным всегда . Два события, одновременные в одной системе отсчёта, будут одновременными и в любой другой . Данный конкретный момент времени будет иметь абсолютный смысл для всего мира . Например, такое грандиозное событие, как вспышка сверхновой звезды, будет одновременно зафиксировано как по часам земного наблюдателя, так и по часам наблюдателей, один из которых находится на борту космической станции, а другой — в далёкой галактике . В классической механике пространство, как и время, также абсолютно и однородно, его свойства с течением времени не изменяются . Все направления в таком пространстве равноправны, что означает изотропность пространства . Однородность и изотропность пространства означают, что все законы механики, включая законы сохранения, не претерпевают никаких изменений при переходе от одних точек пространства к другим . Наш повседневный житейский опыт показывает, что в пространстве, в котором мы живём, кратчайшим расстоянием между двумя точками является прямая линия . Такое пространство называется евклидовым, так как оно описывается геометрией Евклида . Следует отметить, что, хотя в классической физике пространство и время рассматриваются как две самостоятельные сущности, признаётся их очевидная взаимосвязь через движение . РАЗВИТИЕ ВЗГЛЯДОВ НА ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ Взгляды на пространство и время кардинально изменились с созданием в начале XX в . теории относительности. В теории относительности пространство и время утрачивают свой абсолютный характер . Время уже нельзя рассматривать вне пространства, в отрыве от конкретной системы отсчёта . ВОПРОСЫ: Что такое система отсчёта? Какие свойства пространства и времени вы знаете? Измерение длины непосредственным прикладыванием эталона называют прямым измерением. Однако такие измерения далеко не всегда возможны. В этих случаях применяют косвенные методы, в которых значение физической величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. С детства мы привыкаем к окружающему миру, каким он воспринимается нашими пятью чувствами; именно в детстве у нас формируются фундаментальные представления о пространстве, времени и движении. Наш разум вскоре настолько осваивается с этими понятиями, что впоследствии мы склонны считать единственно возможным наше основанное на них представление о внешнем мире и любая мысль об изменении этих понятий кажется нам парадоксальной. Однако развитие точных физических методов наблюдения и более глубокий анализ наблюдаемых соотношений привели современную науку к вполне определённому выводу о том, что… совершенно необходимо внесение некоторых изменений в фундаментальные понятия — пространство, время и движение. Г. Гамов. «Приключения Мистера Томпкинса» З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
ВЫ УЗНАЕТЕ: Что такое траектория, путь, перемещение. Какое движение называют поступательным. Какие виды механического движения существуют. ВСПОМНИТЕ: Что такое механическое движение? Какие величины называют скалярными, а какие — векторными? 2 «Дайте мне материю и движение, и я построю Вселенную», — говорил Рене Декарт. ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ Что можно сказать о движении книги, лежащей на столе в купе движущегося поезда? Она покоится относительно стола, движется вместе с поездом относительно Земли, сама Земля вращается вокруг своей оси и движется по определённой орбите относительно Солнца . Следовательно, движение тела можно рассматривать по отношению к различным телам, т . е . единственной или универсальной системы отсчёта в природе не существует . Механическим движением тела называют изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. Движение тела, а также состояние покоя, относительны . ТРАЕКТОРИЯ Когда тело с течением времени изменяет своё положение в пространстве, то оно движется по некоторой линии, называемой траекторией движения тела . Траектория может быть видимой (следы сгорающих частиц при запуске фейерверков и т . п .) или невидимой . Форма траектории зависит от выбора тела отсчёта . Например, если за тело отсчёта выбрать вертолёт, то траектория точки на лопасти пропеллера является окружностью . Если же за тело отсчёта принять Землю, то траектория точки этого тела будет иметь более сложную форму . ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ При движении тела траектории разных его точек могут быть различны . Например, точки на оси вращения движущегося колеса и на его ободе описывают разные траектории . Наиболее простое движение тела — это такое движение, при котором все точки тела движутся одинаково, описывая одинаковые траектории . Такое движение называют поступательным . Например, вагон поезда движется прямолинейно по рельсам . В любой момент времени все точки вагона движутся одинаково . При поступательном движении любая МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ В середине XVI в. революцию в науке произвёл польский учёный Н. Коперник. Он задался простым вопросом: « Как бы выглядело звёздное небо, если смотреть на него с Солнца?» Ответом стала гелиоцентрическая система, сменившая геоцентрическую систему, в которой Земля являлась неподвижным центром Вселенной. Главной проблемой системы Коперника было то, что в ней Земля и всё живое на ней двигалось с огромной скоростью в тысячи километров в час. Решить эту проблему удалось Галилею с помощью его принципа относительности, из которого следует в том числе и то, что в земных условиях астрономическая скорость Земли практически не заметна. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
ВОПРОСЫ: Что такое траектория, путь и пере- мещение? Какое движение называют поступательным? Когда тело можно считать материальной точкой? прямая, проведённая в теле, остаётся параллельной самой себе . Для того чтобы понять, является ли движение тела поступательным, надо рассмотреть характер движения отрезка, соединяющего любые точки тела, и воспользоваться этим признаком . МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА В некоторых случаях при описании движения можно не учитывать размеры тела, а рассматривать его как материальную точку . Например, если требуется рассчитать время движения автомобиля, движущегося от одного населённого пункта до другого, то в этом случае не важны размеры автомобиля . Однако при въезде в гараж его размеры играют существенную роль . Ещё раз подчеркнём, что ответ на вопрос о том, можно ли считать тело материальной точкой, зависит не от размеров тела, а от конкретной ситуации . Понятие материальной точки является моделью, позволяющей упростить изучение движения реального тела . Таким образом, материальная точка не имеет геометрических размеров, но обладает массой . Даже если мы не пренебрегаем размерами тела и не считаем его точечным, при поступательном движении достаточно описать движение одной из точек этого тела, поскольку все его точки движутся одинаково . ПУТЬ Траектория тела характеризуется не только формой, но и длиной . Длину траектории, по которой движется тело в течение некоторого промежутка времени, называют пройденным путём . Путь является величиной скалярной, т . е . не имеющей направления . ПЕРЕМЕЩЕНИЕ Изменение положения тела в пространстве относительно выбранной системы отсчёта характеризуется физической величиной — перемещением . Перемещение — направленный отрезок, соединяющий начальное и конечное положения тела на траектории . Перемещение — величина векторная, т . е . имеющая направление и модуль . Модуль перемещения показывает расстояние между начальной и конечной точками движения . Единицей перемещения (его модуля), как и единицей пути, является метр . Если известны начальное положение тела и вектор перемещения, можно однозначно определить конечное положение тела в пространстве . ВИДЫ МЕХАНИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ В зависимости от того, является ли траектория движения тела прямой или нет, движение подразделяется на прямолинейное и криволинейное . Если тело за любые равные промежутки времени проходит равные пути, то его движение называют равномерным . Равномерное движение может быть как прямолинейным, так и криволинейным . Если же тело за равные промежутки времени проходит разные пути, то его движение называют неравномерным . При описании какого-либо явления реального мира всегда приходится прибегать к разного рода упрощениям, поскольку, с одной стороны, это явление достаточно сложно, а с другой стороны, описание явления существенно зависит от поставленной задачи. Чаще всего в науке удобнее изучать упрощённый образ явления — его модель. Движение материальной точки можно считать моделью движения реальных тел. Перемещение Траектория З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .