Les lois de Faraday. Lois de Faraday en chimie et en physique - une brève explication avec des mots simples

Sujets Codificateur d'examen d'État unifié: mouvement mécanique et ses types, relativité du mouvement mécanique, vitesse, accélération.

La notion de mouvement est extrêmement générale et couvre la plupart grand cercle phénomènes. Ils étudient en physique différents types mouvements. Le plus simple d’entre eux est le mouvement mécanique. Il est étudié dans mécanique.
Mouvement mécanique- il s'agit d'un changement de position d'un corps (ou de ses parties) dans l'espace par rapport aux autres corps au fil du temps.

Si le corps A change de position par rapport au corps B, alors le corps B change de position par rapport au corps A. En d'autres termes, si le corps A se déplace par rapport au corps B, alors le corps B se déplace par rapport au corps A. Le mouvement mécanique est relatif- pour décrire un mouvement, il faut indiquer par rapport à quel corps il est considéré.

Ainsi, par exemple, on peut parler du mouvement d'un train par rapport au sol, d'un passager par rapport à un train, d'une mouche par rapport à un passager, etc. mouvement absolu et le repos absolu n'ont pas de sens : un passager au repos par rapport au train va se déplacer avec lui par rapport au pilier de la route, effectuer une rotation quotidienne avec la Terre et se déplacer autour du Soleil.
Le corps par rapport auquel le mouvement est considéré est appelé corps de référence.

La tâche principale de la mécanique est de déterminer la position d'un corps en mouvement à tout moment. Pour résoudre ce problème, il convient d'imaginer le mouvement d'un corps comme un changement des coordonnées de ses points au fil du temps. Pour mesurer des coordonnées, vous avez besoin d'un système de coordonnées. Pour mesurer le temps, il faut une montre. Tout cela ensemble forme un cadre de référence.

Cadre de référence- il s'agit d'un corps de référence avec un système de coordonnées et une horloge qui lui est rigidement reliée (« figée »).
Le système de référence est représenté sur la Fig. 1. Le mouvement d'un point est considéré dans un système de coordonnées. L'origine des coordonnées est un corps de référence.

Graphique 1.

Le vecteur s'appelle vecteur de rayon points Les coordonnées d'un point sont en même temps les coordonnées de son rayon vecteur.
La solution au problème principal de la mécanique d'un point est de trouver ses coordonnées en fonction du temps : .
Dans certains cas, on peut ignorer la forme et la taille de l’objet étudié et le considérer simplement comme un point en mouvement.

Point matériel - c'est un corps dont les dimensions peuvent être négligées dans les conditions de ce problème.
Ainsi, un train peut être considéré comme un point matériel lorsqu'il se déplace de Moscou à Saratov, mais pas lorsque les passagers y montent. La Terre peut être considérée comme un point matériel pour décrire son mouvement autour du Soleil, mais pas son rotation quotidienne autour de son propre axe.

Les caractéristiques du mouvement mécanique comprennent la trajectoire, la trajectoire, le déplacement, la vitesse et l'accélération.

Trajectoire, chemin, mouvement.

Dans ce qui suit, lorsqu'on parle d'un corps en mouvement (ou au repos), on suppose toujours que le corps peut être pris comme un point matériel. Cas d'idéalisation point matériel ne peuvent pas être utilisés, ils seront spécialement indiqués.

Trajectoire - c'est la ligne le long de laquelle le corps se déplace. Sur la fig. Sur la figure 1, la trajectoire d'un point est un arc bleu, que l'extrémité du rayon vecteur décrit dans l'espace.
Chemin - c'est la longueur du tronçon de trajectoire parcouru par le corps dans un laps de temps donné.
Mobile est un vecteur reliant la position initiale et finale du corps.
Supposons que le corps commence à bouger en un point et termine son mouvement en un point (Fig. 2). Alors le chemin parcouru par le corps est la longueur de la trajectoire. Le déplacement d'un corps est un vecteur.

Graphique 2.

Vitesse et accélération.

Considérons le mouvement d'un corps dans système rectangulaire se coordonne avec la base (Fig. 3).

Graphique 3.

Supposons qu'à ce moment le corps se trouve en un point avec le rayon vecteur

Après une courte période de temps, le corps s'est retrouvé à un point où
vecteur de rayon

Mouvement du corps :

(1)

Vitesse instantanéeà un instant donné - c'est la limite du rapport du mouvement à l'intervalle de temps, lorsque la valeur de cet intervalle tend vers zéro ; en d'autres termes, la vitesse d'un point est la dérivée de son rayon vecteur :

De (2) et (1) on obtient :

Les coefficients des vecteurs de base dans la limite donnent les dérivées :

(La dérivée par rapport au temps est traditionnellement indiquée par un point au-dessus de la lettre.) Ainsi,

On voit que les projections du vecteur vitesse sur axes de coordonnées sont des dérivées des coordonnées du point :

Lorsqu'il s'approche de zéro, le point se rapproche du point et le vecteur déplacement tourne dans le sens de la tangente. Il s'avère que dans la limite, le vecteur est dirigé exactement de manière tangente à la trajectoire au point . Ceci est montré sur la Fig. 3.

Le concept d’accélération est introduit de la même manière. Supposons que la vitesse du corps soit égale à un moment donné, et après un court intervalle, la vitesse devient égale.
Accélération - c'est la limite du rapport de la variation de vitesse à l'intervalle lorsque cet intervalle tend vers zéro ; en d'autres termes, l'accélération est la dérivée de la vitesse :

L’accélération est donc le « taux de changement de vitesse ». Nous avons:

Par conséquent, les projections d’accélération sont des dérivées des projections de vitesse (et, par conséquent, des dérivées secondes des coordonnées) :

La loi de l'addition des vitesses.

Soit deux systèmes de référence. L'un d'eux est lié à corps immobile compte à rebours Nous désignerons ce système de référence et l'appellerons immobile.
Le deuxième système de référence, noté , est associé à un corps de référence qui se déplace par rapport au corps avec une vitesse de . Nous appelons ce système de référence mobile . De plus, nous supposons que les axes de coordonnées du système se déplacent parallèlement à eux-mêmes (il n'y a pas de rotation du système de coordonnées), de sorte que le vecteur peut être considéré comme la vitesse du système en mouvement par rapport au système stationnaire.

Un référentiel fixe est généralement associé à la Terre. Si un train se déplace doucement sur les rails avec une certaine vitesse, ce référentiel associé au wagon sera un référentiel mobile.

Notez que la vitesse n'importe lequel points de la voiture (sauf les roues qui tournent !) est égal à . Si une mouche reste immobile à un moment donné dans le chariot, alors par rapport au sol, la mouche se déplace à une vitesse de . La mouche est portée par le chariot, et donc la vitesse du système en mouvement par rapport au système stationnaire est appelée vitesse portative .

Supposons maintenant qu'une mouche rampe le long du chariot. La vitesse du vol par rapport à la voiture (c'est-à-dire dans un système en mouvement) est désignée et appelée vitesse relative. La vitesse d'une mouche par rapport au sol (c'est-à-dire dans un référentiel stationnaire) est notée et appelée vitesse absolue .

Découvrons comment ces trois vitesses sont liées les unes aux autres : absolue, relative et portable.
Sur la fig. 4 mouches sont indiquées par un point. Suivant :
- rayon vecteur d'un point dans un système fixe ;
- rayon vecteur d'un point dans un système en mouvement ;
- rayon vecteur du corps de référence dans un système stationnaire.

Graphique 4.

Comme le montre la figure,

En différenciant cette égalité, on obtient :

(3)

(la dérivée d'une somme est égale à la somme des dérivées non seulement dans le cas fonctions scalaires, mais aussi pour les vecteurs).
La dérivée est la vitesse d'un point du système, c'est-à-dire vitesse absolue:

De même, la dérivée est la vitesse d'un point du système, c'est-à-dire la vitesse relative :

Qu'est-ce que c'est? Il s'agit de la vitesse d'un point dans un système stationnaire, c'est-à-dire la vitesse portable d'un système en mouvement par rapport à un système stationnaire :

En conséquence, de (3) on obtient :

Loi d'addition de vitesses. La vitesse d'un point par rapport à un référentiel fixe est égale à la somme vectorielle de la vitesse du système en mouvement et de la vitesse du point par rapport au système en mouvement. En d’autres termes, la vitesse absolue est la somme des vitesses portables et relatives.

Ainsi, si une mouche rampe le long d'un chariot en mouvement, alors la vitesse de la mouche par rapport au sol est égale à la somme vectorielle de la vitesse du chariot et de la vitesse de la mouche par rapport au chariot. Résultat intuitivement évident !

Types de mouvements mécaniques.

Les types de mouvement mécanique les plus simples d’un point matériel sont le mouvement uniforme et linéaire.
Le mouvement s'appelle uniforme, si l'amplitude du vecteur vitesse reste constante (la direction de la vitesse peut changer).

Le mouvement s'appelle direct , si la direction du vecteur vitesse reste constante (et l'amplitude de la vitesse peut changer). La trajectoire du mouvement rectiligne est une ligne droite sur laquelle se trouve le vecteur vitesse.
Par exemple, une voiture roulant à vitesse constante sur une route sinueuse effectue un mouvement uniforme (mais non linéaire). Une voiture qui accélère sur une section droite d’autoroute se déplace en ligne droite (mais pas uniformément).

Mais si, lors du déplacement d'un corps, le module de vitesse et sa direction restent constants, alors le mouvement est appelé rectiligne uniforme.

En termes de vecteur vitesse, on peut donner plus définitions courtesà ces types de mouvements :

Le cas particulier le plus important mouvement irrégulier est mouvement uniformément accéléré, à laquelle ils restent module constant et direction du vecteur accélération :

Parallèlement au point matériel, la mécanique considère une autre idéalisation : un corps rigide.
Solide - Il s'agit d'un système de points matériels dont les distances ne changent pas dans le temps. Modèle solide utilisé dans les cas où l'on ne peut pas négliger la taille du corps, mais ne peut pas prendre en compte changement taille et forme du corps pendant le mouvement.

Les types les plus simples de mouvements mécaniques d'un corps solide sont la translation et mouvement de rotation.
Le mouvement du corps s'appelle progressif, si une ligne droite reliant deux points quelconques du corps se déplace parallèlement à sa direction d'origine. Lors du mouvement de translation, les trajectoires de tous les points du corps sont identiques : elles sont obtenues les unes des autres par un décalage parallèle (Fig. 5).

Graphique 5.

Le mouvement du corps s'appelle rotation , si tous ses points décrivent des cercles situés dans plans parallèles. Dans ce cas, les centres de ces cercles se trouvent sur une ligne droite perpendiculaire à tous ces plans et appelée axe de rotation.

Sur la fig. 6 montre une balle tournant autour axe vertical. C'est comme ça qu'ils dessinent habituellement globe dans les problèmes de dynamique correspondants.

Graphique 6.

Mouvement mécanique est un changement dans la position d'un corps dans l'espace par rapport à d'autres corps.

Par exemple, une voiture circule sur la route. Il y a du monde dans la voiture. Les gens se déplacent avec la voiture le long de la route. Autrement dit, les gens se déplacent dans l’espace par rapport à la route. Mais par rapport à la voiture elle-même, les gens ne bougent pas. Cela montre relativité du mouvement mécanique. Nous examinerons ensuite brièvement principaux types de mouvements mécaniques.

Mouvement vers l'avant- c'est le mouvement d'un corps dans lequel tous ses points se déplacent également.

Par exemple, la même voiture fait un trajet sur la route mouvement vers l'avant. Plus précisément, seule la carrosserie de la voiture effectue un mouvement de translation, tandis que ses roues effectuent un mouvement de rotation.

Mouvement de rotation est le mouvement d'un corps autour d'un certain axe. Avec un tel mouvement, tous les points du corps se déplacent en cercles dont le centre est cet axe.

Les roues que nous avons mentionnées effectuent un mouvement de rotation autour de leurs axes, et en même temps, les roues effectuent un mouvement de translation avec la carrosserie de la voiture. C'est-à-dire que la roue effectue un mouvement de rotation par rapport à l'axe et un mouvement de translation par rapport à la route.

Mouvement oscillatoire- Ce mouvement périodique, qui se produit alternativement dans deux directions opposées.

Par exemple, mouvement oscillatoire fait un pendule dans une horloge.

Les mouvements de translation et de rotation sont les plus types simples mouvement mécanique.

Relativité du mouvement mécanique

Tous les corps de l’Univers se déplacent, il n’y a donc aucun corps en repos absolu. Pour la même raison, il est possible de déterminer si un corps se déplace ou non uniquement par rapport à un autre corps.

Par exemple, une voiture circule sur la route. La route est située sur la planète Terre. La route est toujours. Il est donc possible de mesurer la vitesse d’une voiture par rapport à une route à l’arrêt. Mais la route est stationnaire par rapport à la Terre. Or, la Terre elle-même tourne autour du Soleil. Par conséquent, la route et la voiture tournent également autour du Soleil. Par conséquent, la voiture effectue non seulement un mouvement de translation, mais également un mouvement de rotation (par rapport au Soleil). Mais par rapport à la Terre, la voiture n'effectue qu'un mouvement de translation. Cela montre relativité du mouvement mécanique.

Relativité du mouvement mécanique– c'est la dépendance de la trajectoire du corps, de la distance parcourue, du mouvement et de la vitesse du choix systèmes de référence.

Point matériel

Dans de nombreux cas, la taille d'un corps peut être négligée, puisque les dimensions de ce corps sont petites par rapport à la distance parcourue par ce corps, ou par rapport à la distance entre ce corps et d'autres corps. Pour simplifier les calculs, un tel corps peut classiquement être considéré comme un point matériel ayant la masse de ce corps.

Point matériel est un corps dont les dimensions peuvent être négligées dans des conditions données.

La voiture dont nous avons parlé à plusieurs reprises peut être considérée comme un point matériel par rapport à la Terre. Mais si une personne se déplace à l’intérieur de cette voiture, alors il n’est plus possible de négliger la taille de la voiture.

En règle générale, lors de la résolution de problèmes de physique, nous considérons le mouvement d'un corps comme mouvement d'un point matériel, et fonctionnent avec des concepts tels que la vitesse d'un point matériel, l'accélération d'un point matériel, l'impulsion d'un point matériel, l'inertie d'un point matériel, etc.

Cadre de référence

Un point matériel se déplace par rapport aux autres corps. Le corps par rapport auquel ce mouvement mécanique est considéré est appelé corps de référence. Organisme de référence sont choisis arbitrairement en fonction des tâches à résoudre.

Associé à l'organisme de référence système de coordonnées, qui est le point de référence (origine). Le système de coordonnées comporte 1, 2 ou 3 axes selon les conditions de conduite. La position d'un point sur une ligne (1 axe), un plan (2 axes) ou dans l'espace (3 axes) est déterminée respectivement par une, deux ou trois coordonnées. Pour déterminer la position du corps dans l'espace à tout moment, il est également nécessaire de fixer le début du décompte du temps.

Cadre de référence est un système de coordonnées, un corps de référence auquel le système de coordonnées est associé et un dispositif de mesure du temps. Le mouvement du corps est considéré par rapport au système de référence. Le même corps a par rapport à différents corps de référence dans différents systèmes les coordonnées peuvent être des coordonnées complètement différentes.

Trajectoire du mouvement dépend aussi du choix du système de référence.

Types de systèmes de référence peut être différent, par exemple un système de référence fixe, un système de référence mobile, système inertiel référence, système de référence non inertiel.