Las leyes de Faraday. Las leyes de Faraday en química y física: una breve explicación en palabras sencillas

Temas Codificador del examen estatal unificado: movimiento mecánico y sus tipos, relatividad del movimiento mecánico, velocidad, aceleración.

El concepto de movimiento es extremadamente general y abarca los aspectos más amplio círculo fenómenos. ellos estudian fisica varios tipos movimientos. El más simple de ellos es el movimiento mecánico. Se estudia en mecánica.
movimiento mecánico- se trata de un cambio en la posición de un cuerpo (o sus partes) en el espacio en relación con otros cuerpos a lo largo del tiempo.

Si el cuerpo A cambia su posición con respecto al cuerpo B, entonces el cuerpo B cambia su posición con respecto al cuerpo A. En otras palabras, si el cuerpo A se mueve con respecto al cuerpo B, entonces el cuerpo B se mueve con respecto al cuerpo A. El movimiento mecánico es relativo- para describir un movimiento es necesario indicar en relación con qué cuerpo se considera.

Así, por ejemplo, podemos hablar del movimiento de un tren con respecto al suelo, de un pasajero con respecto a un tren, de una mosca con respecto a un pasajero, etc. Conceptos movimiento absoluto y el reposo absoluto no tiene sentido: un pasajero en reposo respecto al tren se moverá con él respecto al pilar de la vía, realizará una rotación diaria con la Tierra y se moverá alrededor del Sol.
El cuerpo respecto del cual se considera el movimiento se llama cuerpo de referencia.

La principal tarea de la mecánica. Es determinar la posición de un cuerpo en movimiento en cualquier momento. Para solucionar este problema conviene imaginar el movimiento de un cuerpo como un cambio en las coordenadas de sus puntos a lo largo del tiempo. Para medir coordenadas, necesita un sistema de coordenadas. Para medir el tiempo necesitas un reloj. Todo esto en conjunto forma un marco de referencia.

Marco de referencia- Este es un cuerpo de referencia junto con un sistema de coordenadas y un reloj rígidamente conectado a él ("congelado" en él).
El sistema de referencia se muestra en la Fig. 1. El movimiento de un punto se considera en un sistema de coordenadas. El origen de coordenadas es un cuerpo de referencia.

Figura 1.

El vector se llama vector de radio puntos Las coordenadas de un punto son al mismo tiempo las coordenadas de su vector radio.
La solución al principal problema de la mecánica de un punto es encontrar sus coordenadas en función del tiempo: .
En algunos casos, se puede ignorar la forma y el tamaño del objeto que se está estudiando y considerarlo simplemente como un punto en movimiento.

punto material - se trata de un cuerpo cuyas dimensiones pueden despreciarse en las condiciones de este problema.
Así, un tren puede considerarse un punto material cuando se desplaza de Moscú a Saratov, pero no cuando los pasajeros suben a él. La Tierra puede considerarse un punto material al describir su movimiento alrededor del Sol, pero no su rotación diaria alrededor de su propio eje.

Las características del movimiento mecánico incluyen trayectoria, trayectoria, desplazamiento, velocidad y aceleración.

Trayectoria, camino, movimiento.

En lo que sigue, cuando hablamos de un cuerpo en movimiento (o en reposo), siempre suponemos que el cuerpo puede tomarse como un punto material. Casos de idealización. punto material no se pueden utilizar, se indicarán especialmente.

Trayectoria - esta es la línea por la que se mueve el cuerpo. En la figura. 1, la trayectoria de un punto es un arco azul, que el extremo del vector de radio describe en el espacio.
Camino - esta es la longitud del tramo de trayectoria recorrida por el cuerpo en un período de tiempo determinado.
Emocionante es un vector que conecta la posición inicial y final del cuerpo.
Supongamos que el cuerpo comenzó a moverse en un punto y terminó su movimiento en un punto (Fig. 2). Entonces el camino recorrido por el cuerpo es la longitud de la trayectoria. El desplazamiento de un cuerpo es un vector.

Figura 2.

Velocidad y aceleración.

Consideremos el movimiento de un cuerpo en sistema rectangular coordina con la base (Fig. 3).

Figura 3.

Sea en este momento el cuerpo en un punto con el vector de radio

Después de un corto período de tiempo, el cuerpo se encontró en un punto con
vector de radio

Movimiento corporal:

(1)

velocidad instantánea en un momento en el tiempo: este es el límite de la relación entre el movimiento y el intervalo de tiempo, cuando el valor de este intervalo tiende a cero; en otras palabras, la velocidad de un punto es la derivada de su radio vector:

De (2) y (1) obtenemos:

Los coeficientes de los vectores base en el límite dan las derivadas:

(La derivada con respecto al tiempo se indica tradicionalmente con un punto encima de la letra). Entonces,

Vemos que las proyecciones del vector velocidad sobre ejes de coordenadas son derivadas de las coordenadas del punto:

Cuando se acerca a cero, el punto se acerca al punto y el vector de desplazamiento gira en la dirección de la tangente. Resulta que en el límite el vector se dirige exactamente tangente a la trayectoria en el punto . Esto se muestra en la Fig. 3.

El concepto de aceleración se introduce de forma similar. Dejemos que la velocidad del cuerpo sea igual en ese momento y después de un breve intervalo la velocidad se igualará.
Aceleración - este es el límite de la relación entre el cambio de velocidad y el intervalo cuando este intervalo tiende a cero; en otras palabras, la aceleración es la derivada de la velocidad:

La aceleración es, por tanto, la "tasa de cambio de velocidad". Tenemos:

En consecuencia, las proyecciones de aceleración son derivadas de las proyecciones de velocidad (y, por tanto, segundas derivadas de coordenadas):

La ley de la suma de velocidades.

Que haya dos sistemas de referencia. Uno de ellos está relacionado con cuerpo inmovil cuenta atrás Denotaremos este sistema de referencia y lo llamaremos inmóvil.
El segundo sistema de referencia, denotado por , está asociado con un cuerpo de referencia que se mueve con respecto al cuerpo con una velocidad de . A este sistema de referencia lo llamamos emocionante . Además, asumimos que los ejes de coordenadas del sistema se mueven paralelos a sí mismos (no hay rotación del sistema de coordenadas), por lo que el vector puede considerarse la velocidad del sistema en movimiento con respecto al estacionario.

Generalmente se asocia un marco de referencia fijo con la Tierra. Si un tren se mueve suavemente a lo largo de los rieles con una velocidad, este marco de referencia asociado con el vagón del tren será un marco de referencia en movimiento.

Tenga en cuenta que la velocidad cualquier puntos del automóvil (¡excepto las ruedas que giran!) es igual a . Si una mosca permanece inmóvil en algún punto del vagón, entonces, en relación con el suelo, se mueve a una velocidad de . La mosca es transportada por el carro y, por lo tanto, la velocidad del sistema en movimiento en relación con el estacionario se llama velocidad portátil .

Supongamos ahora que una mosca se arrastra por el carruaje. La velocidad de la mosca en relación con el automóvil (es decir, en un sistema en movimiento) se designa y se llama velocidad relativa. La velocidad de una mosca con respecto al suelo (es decir, en un marco estacionario) se denota y se llama velocidad absoluta .

Averigüemos cómo se relacionan estas tres velocidades entre sí: absoluta, relativa y portátil.
En la figura. 4 mosca se indica con un punto Siguiente:
- vector de radio de un punto en un sistema fijo;
- vector de radio de un punto en un sistema en movimiento;
- vector de radio del cuerpo de referencia en un sistema estacionario.

Figura 4.

Como se puede ver en la figura,

Derivando esta igualdad, obtenemos:

(3)

(la derivada de una suma es igual a la suma de las derivadas no sólo para el caso funciones escalares, pero también para vectores).
La derivada es la velocidad de un punto del sistema, es decir velocidad absoluta:

De manera similar, la derivada es la velocidad de un punto del sistema, es decir, la velocidad relativa:

¿Qué es? Ésta es la velocidad de un punto en un sistema estacionario, es decir, la velocidad portátil de un sistema en movimiento en relación con uno estacionario:

Como resultado, de (3) obtenemos:

Ley de suma de velocidades.. La velocidad de un punto con respecto a un sistema de referencia estacionario es igual a la suma vectorial de la velocidad del sistema en movimiento y la velocidad del punto con respecto al sistema en movimiento. En otras palabras, la velocidad absoluta es la suma de las velocidades portátiles y relativas.

Por lo tanto, si una mosca se arrastra a lo largo de un carro en movimiento, entonces la velocidad de la mosca con respecto al suelo es igual a la suma vectorial de la velocidad del carro y la velocidad de la mosca con respecto al carro. ¡Resultado intuitivamente obvio!

Tipos de movimiento mecánico.

Los tipos más simples de movimiento mecánico de un punto material son el movimiento uniforme y lineal.
El movimiento se llama uniforme, si la magnitud del vector velocidad permanece constante (la dirección de la velocidad puede cambiar).

El movimiento se llama directo , si la dirección del vector velocidad permanece constante (y la magnitud de la velocidad puede cambiar). La trayectoria del movimiento rectilíneo es una línea recta en la que se encuentra el vector velocidad.
Por ejemplo, un automóvil que viaja a velocidad constante a lo largo de una carretera sinuosa realiza un movimiento uniforme (pero no lineal). Un automóvil que acelera en un tramo recto de una carretera se mueve en línea recta (pero no de manera uniforme).

Pero si, al mover un cuerpo, tanto el módulo de velocidad como su dirección permanecen constantes, entonces el movimiento se llama rectilíneo uniforme.

En términos del vector velocidad, se puede dar más definiciones cortas a estos tipos de movimiento:

El caso especial más importante. movimiento desigual es movimiento uniformemente acelerado, en el que permanecen módulo constante y dirección del vector de aceleración:

Junto con el punto material, la mecánica considera otra idealización: un cuerpo rígido.
Sólido - Se trata de un sistema de puntos materiales, cuyas distancias no cambian con el tiempo. Modelo sólido utilizado en los casos en los que no podemos descuidar el tamaño del cuerpo, pero no podemos tener en cuenta cambiar Tamaño y forma del cuerpo durante el movimiento.

Los tipos más simples de movimiento mecánico de un cuerpo sólido son traslacional y movimiento rotacional.
El movimiento del cuerpo se llama progresivo, si cualquier línea recta que conecta dos puntos cualesquiera del cuerpo se mueve paralela a su dirección original. Durante el movimiento de traslación, las trayectorias de todos los puntos del cuerpo son idénticas: se obtienen entre sí mediante un desplazamiento paralelo (Fig. 5).

Figura 5.

El movimiento del cuerpo se llama rotacional , si todos sus puntos describen círculos que se encuentran en planos paralelos. En este caso, los centros de estos círculos se encuentran en una línea recta, que es perpendicular a todos estos planos y se llama eje de rotación.

En la figura. 6 muestra una bola que gira eje vertical. Así suelen dibujar globo en los correspondientes problemas de dinámica.

Figura 6.

movimiento mecánico Es un cambio en la posición de un cuerpo en el espacio en relación con otros cuerpos.

Por ejemplo, un coche circula por la carretera. Hay gente en el coche. La gente se mueve junto con el coche por la carretera. Es decir, las personas se mueven en el espacio con respecto a la carretera. Pero en relación con el coche en sí, la gente no se mueve. esto muestra relatividad del movimiento mecánico. A continuación consideraremos brevemente principales tipos de movimiento mecánico.

movimiento hacia adelante- este es el movimiento de un cuerpo en el que todos sus puntos se mueven por igual.

Por ejemplo, el mismo coche hace un recorrido por la carretera. movimiento hacia adelante. Más precisamente, solo la carrocería del automóvil realiza un movimiento de traslación, mientras que sus ruedas realizan un movimiento de rotación.

movimiento rotacional es el movimiento de un cuerpo alrededor de un eje determinado. Con tal movimiento, todos los puntos del cuerpo se mueven en círculos, cuyo centro es este eje.

Las ruedas que mencionamos realizan un movimiento de rotación alrededor de sus ejes y, al mismo tiempo, realizan un movimiento de traslación junto con la carrocería del automóvil. Es decir, la rueda realiza un movimiento de rotación con respecto al eje y un movimiento de traslación con respecto a la carretera.

movimiento oscilatorio- Este movimiento periódico, que ocurre alternativamente en dos direcciones opuestas.

Por ejemplo, movimiento oscilatorio Hace un péndulo en un reloj.

Los movimientos de traslación y rotación son los más tipos simples movimiento mecánico.

Relatividad del movimiento mecánico.

Todos los cuerpos del Universo se mueven, por lo que no hay cuerpos que estén en reposo absoluto. Por la misma razón, es posible determinar si un cuerpo se mueve o no sólo en relación con algún otro cuerpo.

Por ejemplo, un coche circula por la carretera. El camino está ubicado en el planeta Tierra. El camino está quieto. Por lo tanto, es posible medir la velocidad de un automóvil en relación con una carretera estacionaria. Pero el camino está estacionario en relación con la Tierra. Sin embargo, la Tierra misma gira alrededor del Sol. En consecuencia, la carretera y el coche también giran alrededor del Sol. En consecuencia, el automóvil no sólo realiza un movimiento de traslación, sino también un movimiento de rotación (en relación con el Sol). Pero en relación con la Tierra, el coche sólo hace un movimiento de traslación. esto muestra relatividad del movimiento mecánico.

Relatividad del movimiento mecánico.– esta es la dependencia de la trayectoria del cuerpo, la distancia recorrida, el movimiento y la velocidad de la elección sistemas de referencia.

punto material

En muchos casos, el tamaño de un cuerpo puede despreciarse, ya que las dimensiones de este cuerpo son pequeñas en comparación con la distancia que este cuerpo se mueve, o en comparación con la distancia entre este cuerpo y otros cuerpos. Para simplificar los cálculos, dicho cuerpo puede considerarse convencionalmente como un punto material que tiene la masa de este cuerpo.

punto material es un cuerpo cuyas dimensiones pueden despreciarse en determinadas condiciones.

El coche que hemos mencionado muchas veces puede tomarse como un punto material con respecto a la Tierra. Pero si una persona se mueve dentro de este automóvil, ya no es posible descuidar el tamaño del automóvil.

Como regla general, al resolver problemas de física, consideramos el movimiento de un cuerpo como movimiento de un punto material, y operar con conceptos tales como la velocidad de un punto material, la aceleración de un punto material, el impulso de un punto material, la inercia de un punto material, etc.

Marco de referencia

Un punto material se mueve con respecto a otros cuerpos. El cuerpo respecto del cual se considera este movimiento mecánico se denomina cuerpo de referencia. Organismo de referencia Se eligen arbitrariamente en función de las tareas a resolver.

Asociado al organismo de referencia sistema de coordenadas, que es el punto de referencia (origen). El sistema de coordenadas tiene 1, 2 o 3 ejes según las condiciones de conducción. La posición de un punto en una línea (1 eje), un plano (2 ejes) o en el espacio (3 ejes) está determinada por una, dos o tres coordenadas, respectivamente. Para determinar la posición del cuerpo en el espacio en cualquier momento, también es necesario establecer el inicio de la cuenta del tiempo.

Marco de referencia es un sistema de coordenadas, un cuerpo de referencia al que está asociado el sistema de coordenadas y un dispositivo para medir el tiempo. El movimiento del cuerpo se considera relativo al sistema de referencia. Un mismo organismo tiene relación con diferentes organismos de referencia en diferentes sistemas Las coordenadas pueden ser coordenadas completamente diferentes.

Trayectoria de movimiento También depende de la elección del sistema de referencia.

Tipos de sistemas de referencia puede ser diferente, por ejemplo, un sistema de referencia fijo, un sistema de referencia móvil, sistema inercial Sistema de referencia no inercial.