Новый репетитор по физике для подготовки к ЕГЭ. Механика, молекулярная физика, термодинамика. Касаткина И.Л.

Учебное пособие предназначено для абитуриентов, готовящихся к сдаче одного из самых трудных выпускных и вступительных экзаменов — ЕГЭ по физике. В данном пособии абитуриент найдет все, что необходимо при подготовке к этому экзамену: необходимую теорию в сжатом виде, ценные указания к решению задач, большое количество уже решенных задач разной трудности, подобных задачам Открытого банка заданий, и множество задач с ответами для проверки умений их решать. Кроме того, «Репетитор» очень полезен старшеклассникам 9-10 классов в самом процессе учебы, а также при подготовке к Всероссийским проверочным работам (ВПР). Большая ценность этого пособия и в том, что здесь имеется краткая теория и показаны способы решения задач и вузовского уровня, что окажет неоценимую помощь студентам младших курсов технических вузов и колледжей.

Новый репетитор по физике для подготовки к ЕГЭ. Механика, молекулярная физика, термодинамика. Касаткина И.Л.

Новый репетитор по физике для подготовки к ЕГЭ.

ДИНАМИКА. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ. СТАТИКА
В задачах динамики учитывается влияние сил, действующих на тела, а также влияние тел на характер их движения. Этих задач так много, и они столь разнообразны, что невозможно предложить какой-то один или несколько методов их решения, к каждой задаче всякий раз нужен свой подход и новые идеи. Тем не менее мы сделаем попытку огромное количество этих разнообразных задач разделить на несколько типов, в решении которых есть нечто общее, какой-то общий метод или способ. При этом все явления будут происходить только в инерциальных системах отсчета.
В большинстве задач динамики следует делать рисунок, а в задачах на наклонную плоскость, блоки, движение связанных тел он просто необходим. Нарисовав условно движущееся тело и обозначив в его центре «жирной» точкой центр масс, сразу определите, сколько сил действует на данное тело, какие это силы и как они направлены. При этом следует помнить, что к телу приложено столько сил, сколько на него действует реальных тел. Поэтому крайне важно решить, какие тела действуют на тело,-о котором говорится в данной задаче. Как правило, в большинстве задач имеется в виду, что на тело действует сила тяжести со стороны Земли, направленная вертикально вниз.
Второй закон Ньютона: сила, действующая на тело, равна произведению массы этого тела на ускорение, которое оно приобрело под действием этой силы: F = та .
Если сил несколько, то F — их равнодействующая.
Третий закон Ньютона: силы, взаимодействия двух тел равны по модулю и противоположны по направлению.
Рассмотрим задачи на первый и второй законы Ньютона отдельно.
9. РАВНОМЕРНОЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ
Советы: с чего начинать решать задачу и какие законы применить. Читать обязательно!
Если из условия задачи следует, что тело движется равномерно и прямолинейно, значит, согласно первому закону Ньютона все действующие на него силы уравновешены, т. е. они по модулю равны друг другу, но антинаправлены. Поэтому на вашем рисунке каждому вектору силы, направленной, например, вправо, должен соответствовать вектор другой силы, равной по модулю, но направленной влево, каждому вектору силы, направленному вниз, должен соответствовать равный ему по модулю (на чертеже такой же длины) вектор силы, направленный вверх, и т. д. Бели какой-то вектор силы на вашем чертеже остался неуравновешенным, значит, вы не учли еще какую-то силу, действующую на данное тело со стороны другого тела, или придумали лишнюю силу, которой на самом деле нет. И в том, и в другом случае правильно решить задачу вы уже не сможете. Потому что, если на тело действует неуравновешенная сила, то оно будет двигаться с ускорением (согласно второму закону Ньютона), но никак не равномерно и прямолинейно.
Пример 10. Аэростат массой т равномерно поднимается вверх. При этом на него, кроме силы тяжести, действуют выталкивающая (архимедова) сила ^выт, направленная вверх, и сила сопротивления воздушной среды , направленная вниз (рис. 9-10).
Решение. Прежде чем выполнить чертеж, подумаем, какие силы приложены к автомобилю со стороны других тел. Бесспорно, что
на автомобиль действует сила тяжести mg, направленная вертикально вниз. Она должна быть уравновешена силой реакции опоры
Fn> направленной вертикально вверх, поскольку вдоль вертикального направления автомобиль не движется. Кроме того, на автомобиль действует сила тяги ^Ртяги, направленная, допустим, вправо. Эта сила согласно первому закону Ньютона должна быть
уравновешена силой сопротивления движению Fconp, которая должна быть в этом случае направлена влево и равна по модулю силе тяги.
С учетом сказанного выполним чертеж (рис. 9-12).
Поскольку автомобиль движется равномерно и прямолинейно, векторная сумма всех сил, приложенных к нему со стороны других тел (сила тяжести — со стороны Земли, сила реакции опоры — со стороны дорожного покрытия, сила тяги -со стороны мотора и сила трения -со стороны неровностей поверхности дороги), равна нулю.
Часто учащиеся считают, что на тело действует еще некоторая четвертая скатывающая сила, которая и заставляет тело двигаться вниз. Нет такой силы, поскольку нет четвертого тела, действующего на тело на наклонной плоскости, их только три, поэтому и несуществующую четвертую силу придумывать не нужно, этих трех вполне хватит для решения.
Выполним чертеж (рис. 9-17).
Поскольку тело движется равномерно и прямолинейно, то по первому закону Ньютона все силы, действующие на него, уравновешены, т. е.
Решение. Обратите внимание на то, что, хоть о трении здесь ни слова не сказано, силой трения пренебречь нельзя, поскольку без этой силы тело скатывалось бы с наклонной плоскости с ускорением, так как в этом случае сила mg sin a ничем не была бы уравновешена (рис. 9-18, б), а в условии сказано, что оно скатывается равномерно. Сила трения FTp в обоих случаях по модулю одинакова, поскольку одинакова реакция опоры FN = mg cos а и одинаков коэффициент трения k тела о наклонную плоскость.
Применим первый закон Ньютона к движению тела под действием силы F (рис. 9-18, а), которая его тянет к вершине, в векторной записи:
Решение. Сила F будет минимальной, когда мы вытащим нижний брусок, перемещая его равномерно. В этом случае сила F по модулю будет равна сумме сил трения F^x между нижним бруском и горизонтальной поверхностью и .FTp2 между верхним бруском и нижним, причем эти силы трения приложены к нижнему бруску, и они уравновешивают внешнюю силу F.
Автомобиль движется со скоростью — 54 км/ч в ту сторону, куда дует ветер, скорость которого v2 = 10 м/с. Во сколько раз увеличится сила сопротивления движению автомобиля, если он станет двигаться навстречу ветру с той же скоростью? Считать силу сопротивления в обоих случаях прямо пропорциональной квадрату относительной скорости автомобиля.

Решение. Скорость автомобиля и ветра нам даны относительно земли. Когда автомобиль движется сонаправлено с ветром, его скорость относительно воздуха, оказывающего сопротивление движению автомобиля, равна разности скоростей автомобиля и ветра: i>OTHl = vl — v2.
Согласно условию задачи сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости автомобиля относительно воздуха, поэтому при движении автомобиля по ветру
Задача 16
По неподвижной воде тянут лодку, перемещая ее равномерно с помощью двух канатов, образующих угол а — = 60°. При этом лодка движется прямолинейно. Силы натяжения канатов F по 100 Н каждая. Найти силу сопротивления воды движению лодки ^сопр.
Решение. Выполним чертеж (рис. 9-26), учитывая, что силы натяжения канатов и сила сопротивления воды действуют в одной горизонтальной плоскости, поэтому всю картину удобнее рассматривать как бы сверху, чтобы горизонтальная плоскость совпала с плоскостью чертежа. Но тогда сила тя- $ жести, действующая на лодку, будет направлена от нас за чертеж, а сила реакции воды — к нам от чертежа, поэтому на чертеже мы их показывать не будем.
Прежде чем записать первый закон Ньютона для модулей сил, обратим внимание на то, что силы натяжения канатов направлены под углом к траектории лодки. Однако здесь удобнее их не разлагать на составляющие (хотя это тоже можно сделать), а наоборот, сложить так, чтобы их равнодействующая .Fp, равная векторной сумме этих сил, была сонаправлена перемещению лодки и антинаправлена силе сопротивления
10. ПЕРЕМЕННОЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ
Советы: с чего начинать решать задачу и какие законы применить» Читать обязательно!
Рассмотрим некоторые общие правила решения задач на второй закон Ньютона:
та = F.
По второму закону Ньютона произведение массы тела т, движущегося с ускорением а , и этого ускорения а равно векторной сумме всех сил, приложенных к данному телу со стороны других
тел. Иными словами, произведение та есть равнодействующая всех реальных сил, действующих на тело массой т, движущееся
с ускорением а . Значит, теперь эти силы не уравновешивают друг друга, поэтому, если на тело действуют две аятинаправленные силы
Fi и F2, то сила Fx , сонаправленная с вектором ускорения тела, будет больше антинаправленной этому вектору силы F2 (рис. 10-1, а), поэтому и длина вектора Fx на чертеже обязательно должна быть
больше длины вектора F2 — В этом случае второй закон Ньютона в векторном виде можно записать так: та = Fx + F2.
Задача 2
На участке дороги, где для автотранспорта установлена предельная скорость 30 км/ч, водитель применил аварийное торможение. Инспектор ГИБДД по следу колес обнаружил, что тормозной путь S = 12 м. Превысил ли водитель предельную скорость в момент начала торможения, если коэффициент торможения
Примечание. Очевидно, что для ответа на вопрос задачи надо найти начальную скорость автомобиля и0, т.е.
ту скорость, с которой он ехал в тот момент, когда выключил двигатель и нажал на тормоза. И если эта скорость меньше предельной, то водитель правила не нарушил, а если он ее превысил, то его ждет наказание. Задача 4
Имеется установка, изображенная на рис. 10-20. Брусок массой тг = 1 кг привязан к веревке, которая перекинута через невесомый блок (рис. 10-20, а). За свободный конец веревки тянут, прилагая силу тяги
К свободному концу веревки привязан груз массой 2 кг (рис. 10-20, б). Коэффициент трения между бруском и поверхностью стола [X = 0,04. Определить ускорения ах и а2 бруска в первом и втором случаях. В каком случае брусок быстрее доедет до края стола?
Решение. Рассмотрим оба решения этой задачи в отдельности.

[свернуть]

Похожие страницы

Предложения интернет-магазинов