Көкшетау қаласындағы Назарбаев зияткерлік мектебінің физика пәні мұғалімі

Алтынбеков Аян Серікұлы

Сынып: 11 А/В-п

Күні: 29/09/2011

Пәні: Физика.

Сабақ № 23-24

Сабақтың тақырыбы: Классикалық динамиканың заңдары. Ілгерілемелі қозғалыс динамикасы.

Сабақтың мақсаттары:

Классикалық динамиканың заңдарын түсіндіру. Ілгерілемелі қозғалыс динамикасы бойынша негізгі физикалық ұғымдары мен заңдылықтарды түсіндіру.

Ұйымдастыру кезеңі:

Оқушылармен сәлемдесу. Оқушыларды түгендеу және «Классикалық динамиканың заңдары. Ілгерілемелі қозғалыс динамикасы.» жаңа тақырыппен таңыстыру.

Сабақтың барысы:

Динамика – механикалық қозғалысты, оны тудыратын себептерді ескере отырып зерттейтін механиканың бөлімі. Қозғалыстың себебі ертеден адамзатты қызықтырып келеді. Алғашқы боп қозғалыстың себебін түсіндіруге тырысқан Аристотельдің ойынша, дененің қалыпты күйі – тыныштыық және ол тыныштыққа ұмтылады. Аристотель денеге түсірілген қорытқы күш (толық күш) оның қозғалысына себеп болады деп ұйғарды. Бұл ұйғарымды Галилей тәжірибелері жоққа шығарды. Шындығында, көлбеу жазықтықтан домалап түскен шардың қозғалысына әрекет ететін барлық күштерді жойсақ, онда шар шексіз ұзақ бірқалыпты түзусызықты қозғала берер еді. Осыған байланысты Галилей мынадай принципті ұсынады: егер денеге басқа денелер әрекет етпесе күштер теңгерілген болса, онда дене өзінің тыныштық күйін немесе бірқалыпты түзусызықты қозғалыс күйін шексіз ұзақ сақтайды. Егер шарды бірқалыпты және тұзусызықты қозғалатын вагонда бақылайтын болсақ, онда Галилейдің принципі орындалады. Ал егер вагон өзінің жылдамдығының не шамасын, не бағытын өзгерте бастаса, яғни , онда Галилейдің тұжырымын толықтыру қажет болады. Ньютон Галилей принципін өзінің тұжырымдамасында былайша жалпылады (Ньютонның бірінші заңы): егер денеге түсірілген барлық күштер өзара теңгерілген болса, онда дене өзінің тыныштық күйін немесе бірқалыпты түзусызықты қозғалысын сақтайтын санақ жүйелері болады.

Мұндай санақ жүйелері инерциалық санақ жүйелері деп аталады. Галилей принципі орындалатын абсолют инерциялық санақ жүйесі жалпы әлемде бар ма, жоқ па, біз оны білмейміз. Көптеген практикалық қажетті есептеулер үшін Жерді жеткілікті дәлдікпен инерциялық санақ жүйесі деп санауға болады. Күнмен байланысты санақ жүйесі Жерге қарағанда әлдеқайда инерциялық.

Қандай жағдайларда дененің жылдамдығы өзгереді?

Ньютон мынадай принципті тұжырымдайды (Ньютонның екінші заңы):

Денеге түсірілген қорытқы күш (теңәрекет) оның қозғалысының өзгеру себебі болып табылады.

Қозғалыстың өзгерісін тұтас дененің дене ретінде алған үдеуі бойынша немесе денені деформацияға келтіретін бөліктерінің (атомдарының) алған үдеуі арқылы өлшеуге болады. Бұл принциптің екінші бөлігі күштің шамасын өлшеудің қарапайым әрі сенімді тәсілін береді (динамометр). Осы принциптің бірінші бөлігі механиканың негізгі мәселесін шешуге мүмкіндік береді, яғни массасы белгілі дененің координаталары мен жылдамдығын кез келген уақыт мезетінде денеге әрекет ететін күштер мен бастапқы шарттар бойынша анықтауға болады.

Тәжірибе деректерін жалпылап және Аристотельдің қате қорытындысына түзету енгізген Ньютон дененің ілгерілемелі қозғалысы динамикасының негізгі теңдеуін тұжырымдайды (Ньютонның екінші заңы): қозағалыстағы дененің үдеуі денеге түсірілген қорытқы күшке тура пропорционал және дененің массасына кері пропорционал, ал үдеудің бағыты қорытқы күш бағытымен бағаттас, яғни



Осы формуладан денеге әрекет ететін қорытқы күш дене массасы мен оның көбейтіндісіне тең екенін көреміз:


Ньютонның үшінші заңы денелердің өзара әрекеті кезінде күштердің пайда болатынын және олардың табиғитының, сонымен қатар олардың жұппен пайда болатынын, бұл күштердің модулі бірдей әрі бір түзудің бойымен қарама-қарсы бағытталғанын көрсетеді:



Бұл күштер бір-бірін теңгермейді, себебі олар әр түрлі денелерге түсірілген.

Денелер немесе атомдар арасындағы өзара әрекет өріс арқылы жүзеге асады. Өрістің электромагниттік, гравитациялық, күшті (ядролық) және әлсіз деп бөледі. Сондықтан табиғаттағы барлық күштер осы төрт күшке біріктіріледі. Күш әрекеті күш түсетін беттің ауданына тәуелді.

Өрістің болуы өзара әрекет ету уақытының шектеулі екенін көрсетеді, сондықтан Ньютонның үшінші заңының орындалуы үшін абсолют қатты дене түсінігі енгізілген (бұл денелердің өзара әрекеттесуінің таралу жылдамдығы шексіз).

Уақыт Ньютонның екінші заңына айқын түрде кірмейді. Бірақ, егер үдеудің анықтамасын ескеріп Ньютонның екінші заңын жазсақ, онда

аламыз. Бұл импульс түрінде жазылған Ньютонның екінші заңы.

теңдеуді немесе түрінде жазайық. Ал дененің импульсі болғандықтан, .

Осыдан .

Денеге әрекет ететін қорытқы күштің импільсі дене импільсінің өзгерісіне тең. Ньютонның екінші заңының осы түрде жазылуы универсал болып табылады, оны айнымалы массасы бар денеге де (реактивтік қозғалыс), жарық жылдамдығына жуық жылдамдықтармен қозғалатын денелерге де қолданыға болады.

Табиғаттың іргелі заңдарының бірі – импільстің сақталу заңы Ньютонның екінші және үшінші заңдарының салдары болып табылады. Тұйық жүйеде барлық денелердің импульстерінің векторлық қосындысы уақыт бойынша өзгермейді немесе тұйық жүйенің толық импульсі жүйеде өтіп жатқан кез келген өзгерістер кезінде шама жағынан да, бағыт жағынан да бірдей болып қалады.
Есеп шығару мысалдары.
1-мысал. Қозғалмайтын жеңіл блок арқылы салмақсыз созылмайтын жіп тасталып, жіптің ұштарына массалары m болатын екі жүк ілінген. Оң жақтағы жүктің үстіне массасы m₀ жүктеме салынған.

1. 
   Жүйенің қандай үдеумен қозғалатынын;
   
2. 
   Жүктеменің жүкті қандай күшпен сығатынын;
   
3. 
   Блок ілінген ілмектің керілу күшін;
   
4. 
   Жіптің керілу күшін табу керек. Үйкеліс ескерілмейді.
   

Берілгені: m1=m2=m m0 Шешуі: Жүктерге түсірілген барлық күштерді Ньютонның үшінші заңын ескере отырып қарастырамыз (оның ішінде блоққа да). Блоктың салмағы ескерімейді, үйкеліс жоқ және жіп те салмақсыз әрі созылмайды, сондықтан жіптің керілу күші оның барлық нүктелерінде бірдей. Үдеудің бағыты анықталған. Әрбір дене үшін Ньютонның үшінші заңын векторлық түрде жазамыз:

Сол жақта (1) Оң жақта (2) Жүктеме (3)

Барлық жүктер үшін удеудің модулі бірдей екенін ескереміз. Егер скаляр түрде жазсақ, жоғарыдағы жүйе

түріне келеді. Бұл жүйені теңдеуді мүшелеп қосу арқылы шығарған ыңғайлы.

Сонда , осыдан


F_к , N күштерінің қысқарып кеткеніне назар аударыңдар, себебі олар жүйенің үдеуіне әрекет етпейтін ішкі күштер.

Үдеудің мәнін қойып, тіреудің N реакция күшін табамыз:

Үдеудің мәнін қойып, жіптің F_к керілу күшін табамыз:

Блок қозғалмайтын болғандықтан, Ньютонның бірінші заңына сәйкес, блоққа түсірілген қорытқы күш нөлге тең, яғни

Келесі жағдайларға назар аударыңдар: егер блок айналмайтындай бекітілген болса, онда , яғни оған ілінген барлық жүктердің ауырлық күшіне тең. Жүктер үдемелі қозғалғанда, Т керілу күші T₀-ден кіші. Сондықтан артқан сайын (Т₀ – Т) күштердің айырымы да артады.

Сабаққа қатысқан оқушыларды бағалау.

Үй жұмысы

Тақырыпты қайталау

Есептер жинағы: 1.165 -1.166

Тексерді:

Кафедра меңгерушісі: Кажкенова Д.М.