Ò.Ì. ÇÀѪʲÍÀ , Ì.Â.ÃÎËÎÂÊÎ
Ô²ÇÈÊÀ
ϳäðó÷íèê äëÿ 10-ãî êëàñó çàãàëüíîîñâ³òí³õ íàâ÷àëüíèõ çàêëàä³â (ïðîô³ëüíèé ð³âåíü)
Ðåêîìåíäîâàíî ̳í³ñòåðñòâîì îñâ³òè ³ íàóêè Óêðà¿íè
Êè¿â
«Ïåäàãîã³÷íà äóìêà» 2010
ÓÄÊ 373.5+53](075.3)
ÁÁÊ 22.3ÿ721
Ô 50
Ðåêîìåíäîâàíî ̳í³ñòåðñòâîì îñâ³òè ³ íàóêè Óêðà¿íè
(íàêàç ̳í³ñòåðñòâà îñâ³òè ³ íàóêè Óêðà¿íè â³ä ____________2010 ð., ïðîòîêîë ¹___)
ϳäðó÷íèê ðåêîìåíäóâàëè äî äðóêó åêñïåðòè:
Êîñòåíêî Îëåêñàíäð Âîëîäèìèðîâè÷,
ó÷èòåëü Ìàðòèí³âñüêîãî íàâ÷àëüíîâèõîâíîãî êîìïëåêñó «Äîøê³ëüíèé íàâ÷àëüíèé çàêëàä çàãàëüíîîñâ³òíüî¿ øêîëè ²-²²² ñò.» Êàí³âñüêî¿ ðàéîííî¿ ðàäè ×åðêàñüêî¿ îáë., ó÷èòåëüìåòîäèñò;
²âàíèöüêà Íàòàë³ÿ Àíàòî볿âíà,
ó÷èòåëü ë³öåþ ¹32 ì. ×åðí³ãîâà;
Äâîðàê Íàä³ÿ Ìèõàéë³âíà, çàâ³äóâà÷êà Óæãîðîäñüêîãî ì³ñüêîãî ìåòîäè÷íîãî êàá³íåòó, ó÷èòåëü-ìåòîäèñò;
Ñóêìàíþê Ñâ³òëàíà ²âàí³âíà,
ìåòîäèñò Ñòàðîêîñòÿíòèí³âñüêîãî ðàéîííîãî ìåòîäè÷íîãî êàá³íåòó Õìåëüíèöüêî¿ îáë.;
Íåôåä÷åíêî Âàñèëü Ôåäîðîâè÷, äîöåíò êàôåäðè çàãàëüíî¿ òà åñòåòè÷íî¿ ô³çèêè Ñóìñüêîãî äåðæàâíîãî óí³âåðñèòåòó, êàíäèäàò ïåäàãîã³÷íèõ íàóê.
Íàóêîâó åêñïåðòèçó çä³éñíåíî ²íñòèòóòîì òåîðåòè÷íî¿ ô³çèêè ³ì. Ì. Ì. Áîãîìîëüöÿ Íàö³îíàëüíî¿ àêàäå쳿 íàóê Óêðà¿íè;
Ïñèõîëîãî-ïåäàãîã³÷íó åêñïåðòèçó çä³éñíåíî ²íñòèòóòîì ïåäàãîã³êè Íàö³îíàëüíî¿ àêàäå쳿 íàóê Óêðà¿íè.
³äïîâ³äàëüí³ çà ï³äãîòîâêó ï³äðó÷íèêà äî âèäàííÿ:
Î. Â. Õîìåíêî,
ãîëîâíèé ñïåö³àë³ñò ̳í³ñòåðñòâà îñâ³òè ³ íàóêè Óêðà¿íè;
². À. Þð÷óê,
ìåòîäèñò âèùî¿ êàòåãî𳿠²íñòèòóòó ³ííîâàö³éíèõ òåõíîëîã³é ³ çì³ñòó îñâ³òè.
Ô 50 Ô³çèêà:
ϳäðó÷íèê äëÿ 10 êëàñó çàãàëüíîîñâ³òí³õ íàâ÷àëüíèõ çàêëàä³â (ïðîô³ëüíèé ð³âåíü) / Ò. Ì. Çàñºê³íà, Ì. Â. Ãîëîâêî. – Ê.: «Ïåäàãîã³÷íà äóìêà», 2010. – 304 ñ., ³ë.
ISBN 978-966-644-159-4 ÓÄÊ 373.5+53](075.3
ÁÁÊ 22.3ÿ721
Âèäàíî çà ðàõóíîê äåðæàâíèõ êîøò³â
Ïðîäàæ çàáîðîíåíî
ISBN 978-966-644-159-4
© Ïåäàãîã³÷íà äóìêà, 2010
© Ò. Ì. Çàñºê³íà, Ì. Â. Ãîëîâêî, 2010 © Í. Á. Ìèõàéëîâà, Â. Ô. Ìèõàéëîâ (õóä. îôîðìë., îáêë.), 2010.
СЛОВО ДО УЧНІВ
Ó ñòàðø³é øêîë³ âè ïðîäîâæóâàòèìåòå âèâ÷åííÿ ô³çèêè, ðîçïî÷àòå ùå ó 7-ìó êëàñ³. Ô³çèêà º çàãàëüíîîñâ³òí³ì íàâ÷àëüíèì ïðåäìåòîì ³ òîìó íå âèïàäêîâî âîíà âèâ÷àºòüñÿ ó çàãàëüíîîñâ³òí³õ øêîëàõ óñ³õ êðà¿í ñâ³òó. Ðàçîì ç ³íøèìè íàóêàìè âèâ÷åííÿ ô³çèêè ìຠíà ìåò³ ãîòóâàòè äî âèáîðó ïðîôåñ³¿ ó âàøîìó äîðîñëîìó æèòò³.
Ñó÷àñíà ëþäèíà æèâå ó ñâ³ò³ òåõí³êè ³ âèñîêèõ òåõíîëîã³é. Âàì óæå â³äîìî, ùî ô³çèêà º òåîðåòè÷íîþ îñíîâîþ òåõí³êè. Ò³ëüêè çíàþ÷è ô³çèêó, ìîæíà ïðîåêòóâàòè òà áóäóâàòè ìàøèíè, áóäèíêè, çàâîäè, åëåêòðîñòàíö³¿, çàñîáè òåëå- ³ ðàä³îçâ’ÿçêó òîùî. Ñó÷àñíà ô³çèêà º îñíîâîþ êîìï’þòåðíèõ òåõíîëîã³é.
Ç îãëÿäó íà öå ô³çèêà íåîáõ³äíà ìàéáóòíüîìó ³íæåíåðó.
Çíîâó-òàêè ³ òîìó, ùî ìè æèâåìî ó ñâ³ò³ òåõí³êè, íàøå æèòëî, ïîáóò çàïîâíåí³ ô³çèêî-òåõí³÷íèìè óñòàíîâêàìè. Âîíè îñâ³òëþþòü ³ îïàëþþòü æèòëî, äîïîìàãàþòü ãîòóâàòè ³ çáåð³ãàòè ¿æó, ïðèáèðàòè êâàðòèðó, à ÷îãî âàðò³ òåëåôîíè, ðàä³î- ³ òåëåïðèéìà÷³, â³äåîìàãí³òîôîíè ³ â³äåîêàìåðè, êîìï’þòåðè… Äëÿ ïðàâèëüíîãî ³ áåçïå÷íîãî êîðèñòóâàííÿ öèìè ïðèêëàäàìè òàêîæ íåîáõ³äíî çíàòè îñíîâè ô³çèêè.
Ðàçîì ³ç òèì ô³çèêà – öå íå ïðîñòî ðåçóëüòàò êîï³òêî¿ ³ äîïèòëèâî¿ ïðàö³ â÷åíèõ, à é âåëèêå íàäáàííÿ ëþäñüêî¿ öèâ³ë³çàö³¿, âàæëèâà ñêëàäîâà êóëüòóðè ëþäñòâà.
Íàñàìïåðåä ô³çèêà äຠñèñòåìàòèçîâàíó ³íôîðìàö³þ ïðî íàâêîëèøí³é ñâ³ò ðàçîì ç óì³ííÿì çäîáóâàòè òàêó ³íôîðìàö³þ.
Ô³çèêà º íàéãëèáøîþ, íàéôóíäàìåíòàëüí³øîþ íàóêîþ ïðî ïðèðîäó. Òîìó ¿¿ ìåòîäè ³ òåî𳿠øèðîêî âèêîðèñòîâóþòüñÿ â ³íøèõ ïðèðîäíè÷èõ íàóêàõ ³ ô³ëîñîô³¿ ïðèðîäîçíàâñòâà. Âèâ÷åííÿ ô³çèêè ìຠâàæëèâå çíà÷åííÿ äëÿ ðîçâèòêó íàóêîâîãî ñâ³òîðîçóì³ííÿ òà çàáåçïå÷åííÿ ìàéáóòíüîãî ôàõ³âöÿ, íàóêîâöÿ â ãàëóç³ òåõí³êè ³ ïðèðîäíè÷èõ íàóê ìåòîäàìè íàóêîâîãî ï³çíàííÿ ïðèðîäíèõ ÿâèù, âèâ÷åííÿ îñíîâ òåõí³êè ³ òåõíîëîã³é.
Àâòîðè ïðàãíóëè ïðåäñòàâèòè ô³çèêó ÿê îäíó ç ïðîâ³äíèõ íàóê ïðî ïðèðîäó, ùî àêòèâíî ðîçâèâàºòüñÿ ³ º îñíîâîþ ñó÷àñíî¿ òåõí³êè ³ òåõíîëîã³é. Ó ï³äðó÷íèêó ïîäàíî äåòàëüíå îá´ðóíòóâàííÿ íàéâàæëèâ³øèõ ô³çè÷íèõ ÿâèù, çàêîíîì³ðíîñòåé ³ çàêîí³â, ùî ñòàíå â ïðèãîä³ ïðè ïîäàëüøîìó îïàíóâàíí³ ô³çèêè òà ³íøèõ íàóê ó âèùèõ íàâ÷àëüíèõ çàêëàäàõ. Òàêîæ íàâåäåíî áàãàòî ïðèêëàä³â âèÿâó ³ çàñòîñóâàííÿ ô³çè÷íèõ çàêîí³â ó íàâêîëèøíüîìó æèòò³, â³äîìîñòåé ç ³ñòî𳿠ô³çè÷íèõ â³äêðèòò³â. Ïðè öüîìó ìè ïðàãíóëè âèñâ³òëèòè ïîãëÿä íà ô³çèêó ÿê æèâó íàóêó, ùî º ÷àñòèíîþ çàãàëüíîëþäñüêî¿ êóëüòóðè ³ íàäáàííÿì ñó÷àñíî¿ öèâ³ë³çàö³¿.
Ó÷èòåëü ³ ï³äðó÷íèê äîïîìîæóòü âàì ó íàáóòò³ çíàíü. Äëÿ öüîãî íàâ÷àëüíèé ìàòåð³àë ó ï³äðó÷íèêó âèä³ëåíî ñïåö³àëüíèìè ïîçíà÷êàìè:
– óâàãà, çàïàì’ÿòàòè!!!
– äàéòå â³äïîâ³ä³ íà çàïèòàííÿ
– âïðàâà, ïðèêëàä ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
– çàãàëüí³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
СЛОВО ДО ВЧИТЕЛЯ
ϳäðó÷íèê ðîçðàõîâàíèé íà ó÷í³â 10-õ êëàñ³â, ÿê³ âèâ÷àþòü ô³çèêó íà ïðîô³ëüíîìó ð³âí³
. Â³í º ñòðèæíåâèì åëåìåíòîì íàâ÷àëüíî-ìåòîäè÷íîãî çàáåçïå÷åííÿ øê³ëüíîãî êóðñó ô³çèêè, îð³ºíòèðîì äëÿ â÷èòåëÿ òà ó÷íÿ â äîñÿãíåíí³ ê³íöåâî¿ ìåòè íàâ÷àííÿ, ôîðìóâàííÿ æèòòºâî¿ êîìïåòåíòíîñò³ îñîáèñòîñò³, îâîëîä³ííÿ ìåòîäîëîã³÷íèìè çíàííÿìè, çàëó÷åííÿ äî àêòèâíî¿ ï³çíàâàëüíî¿ ä³ÿëüíîñò³ òà ðîçâèòêó ³íòåðåñó äî íàâ÷àííÿ ô³çèêè. ²íòåðåñ ó÷í³â äî âèâ÷åííÿ ô³çèêè º ä³àëåêòè÷íèì ÿâèùåì: ç îäíîãî áîêó, â³í ôîðìóºòüñÿ â ïðîöåñ³ âèâ÷åííÿ ô³çèêè; ç äðóãîãî – âèâ÷åííÿ ô³çèêè íåìîæëèâå áåç ñò³éêîãî ³íòåðåñó.
Àâòîðè ïðàãíóëè ïðåäñòàâèòè ô³çèêó ÿê æèâó íàóêó
, ùî º ÷àñòèíîþ çàãàëüíî¿ ëþäñüêî¿ êóëüòóðè, ç îäíîãî áîêó, ³ ÿê ôóíäàìåíòàëüíó íàóêó ïðî ïðèðîäó, îäíó ç âàæëèâèõ ïðèðîäíè÷èõ íàóê, ç ³íøîãî. Ó òåêñò³ íàâîäèòüñÿ áàãàòî ïðèêëàä³â âèÿâó ³ çàñòîñóâàííÿ ô³çè÷íèõ çàêîí³â ó æèòò³ òà ïðàêòèö³, ñó÷àñí³é íàóö³ ³ òåõí³ö³, â³äîìîñòåé ç ³ñòî𳿠ô³çèêè, ïîäàºòüñÿ îïèñ ô³çè÷íèõ äîñë³ä³â.
³äîìî, ùî ÷³òêà ñòðóêòóðà ï³äðó÷íèêà ïîëåãøóº
ñïðèéíÿòòÿ, óñâ³äîìëåííÿ òà ðîçóì³ííÿ íàâ÷àëüíîãî ìàòåð³àëó, òîìó â òåêñò³ âèä³ëåíî ãîëîâíå
(îçíà÷åííÿ, íàéâàãîì³ø³ ôàêòè, òâåðäæåííÿ, ôîðìóëè); öåé òåêñò âèä³ëåíî êîëüîðîì. Ó ê³íö³ ïàðàãðàô³â ï³ä³áðàí³ çàïèòàííÿ íà óçàãàëüíåííÿ
³ çàêð³ïëåííÿ
âèâ÷åíîãî ìàòåð³àëó.
Ó ï³äðó÷íèêó ãëèáîêî òà äåòàëüíî âèêîðèñòàíî ìàòåìàòè÷íèé àïàðàò îïèñó ÿâèù, çàêîíîì³ðíîñòåé ³ ô³çè÷íèõ çàêîí³â. Îäíèì ç íàéá³ëüø âàæëèâèõ âèä³â íàâ÷àëüíî¿ ðîáîòè â ïðîô³ëüí³é øêîë³ º ðîçâ’ÿçóâàííÿ ô³çè÷íèõ çàäà÷. Çàäà÷³ ð³çíèõ òèï³â ìîæíà åôåêòèâíî âèêîðèñòîâóâàòè íà âñ³õ åòàïàõ çàñâîºííÿ ô³çè÷íîãî çíàííÿ: äëÿ ðîçâèòêó ³íòåðåñó, òâîð÷èõ çä³áíîñòåé i ìîòèâàö³¿ ó÷í³â äî íàâ÷àííÿ ô³çèêè, ï³ä ÷àñ ïîñòàíîâêè ïðîáëåìè, ùî ïîòðåáóº ðîçâ’ÿçàííÿ, ó ïðîöåñ³ ôîðìóâàííÿ íîâèõ çíàíü ó÷í³â, âèðîáëåííÿ ïðàêòè÷íèõ óì³íü ó÷í³â, ç ìåòîþ ïîâòîðåííÿ, çàêð³ïëåííÿ, ñèñòåìàòèçàö³¿ òà óçàãàëüíåííÿ çàñâîºíîãî ìàòåð³àëó, ç ìåòîþ êîíòðîëþ ÿêîñò³ çàñâîºííÿ íàâ÷àëüíîãî ìàòåð³àëó ÷è ä³àãíîñòóâàííÿ íàâ÷àëüíèõ äîñÿãíåíü ó÷í³â òîùî. Òîìó äî ï³äðó÷íèêà âêëþ÷åí³ ðîçðàõóíêîâ³, ãðàô³÷í³, ÿê³ñí³, äîñë³äíèöüê³, åêñïåðèìåíòàëüí³, òâîð÷³ çàäà÷³. Àâòîðè ââàæàëè çà äîö³ëüíå ïîäàòè òàêîæ ìåòîäè÷í³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ òà ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ òèïîâèõ çàäà÷. Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ ï³ä³áðàíî òàê, ùîá ó÷åíü ì³ã ñàìîñò³éíî ðîç³áðàòèñü ó ô³çè÷í³é ñóò³ çàäà÷³, îïàíóâàòè çíàííÿ é íàáóòè íàâè÷îê âèêîðèñòàííÿ íàéçàãàëüí³øèõ ³ íàéäîö³ëüí³øèõ ìåòîä³â ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷.
Àâòîðè
ЗМІСТ
ÂÑÒÓÏ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
§ 1. Ðîëü ô³çè÷íîãî çíàííÿ â æèòò³ ëþäèíè ³ ñóñï³ëüíîìó ðîçâèòêó . . . . 9
§ 2. Âèì³ðþâàííÿ ô³çè÷íèõ âåëè÷èí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
§ 3. Ñêàëÿðí³ ³ âåêòîðí³ âåëè÷èíè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Âïðàâà 1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
§ 4. Ãðàô³êè ôóíêö³é òà ïðàâèëà ¿õ ïîáóäîâè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
§ 5. Ìåõàí³êà – ïåðøà ô³çè÷íà òåîð³ÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Ðîçä³ë 1
ʳíåìàòèêà ïîñòóïàëüíîãî òà îáåðòàëüíîãî ðóõ³â ìàòåð³àëüíî¿ òî÷êè . . . . . . . . 29
§ 6. Ñïîñîáè îïèñó ðóõó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Âïðàâà 2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
§ 7. Ïðÿìîë³í³éíèé ð³âíîì³ðíèé ðóõ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Çàãàëüí³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ ç ê³íåìàòèêè
ìàòåð³àëüíî¿ òî÷êè
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Âïðàâà 3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 § 8. ³äíîñí³ñòü ìåõàí³÷íîãî ðóõó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Âïðàâà 4
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
§ 9. гâíîì³ðíèé òà íåð³âíîì³ðíèé ðóõ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Âïðàâà 5
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
§ 10. Ïðÿìîë³í³éíèé ð³âíîïðèñêîðåíèé ðóõ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Âïðàâà 6
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
§ 11. Ãðàô³÷íå çîáðàæåííÿ ð³âíîïðèñêîðåíîãî ðóõó . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Âïðàâà 7
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
§ 12. ³ëüíå ïàä³ííÿ ò³ë – ïðèêëàä ð³âíîïðèñêîðåíîãî ðóõó . . . . . . . . . . . 61
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Âïðàâà 8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 § 13. Ðóõ ò³ëà ó ïîë³ çåìíîãî òÿæ³ííÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Âïðàâà 9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
§ 14. Êðèâîë³í³éíèé ðóõ. гâíîì³ðíèé ðóõ ïî êîëó . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Âïðàâà 10
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
§ 15. гâíîì³ðíèé òà íåð³âíîì³ðíèé îáåðòàëüí³ ðóõè ìàòåð³àëüíî¿ òî÷êè . . 78
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Âïðàâà 11
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Íàéãîëîâí³øå â ðîçä³ë³ 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Ðîçä³ë 2
Äèíàì³êà ïîñòóïàëüíîãî òà îáåðòàëüíîãî ðóõ³â ìàòåð³àëüíî¿ òî÷êè . . . . . . . . . . 85 § 16. Ìåõàí³÷íà âçàºìîä³ÿ ò³ë. Ñèëà. Ìàñà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Âïðàâà 12
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
§ 17. Ïåðøèé çàêîí Íüþòîíà. ²íåðö³àëüí³ ñèñòåìè â³äë³êó. . . . . . . . . . . . 89
§ 18. Äðóãèé çàêîí Íüþòîíà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Âïðàâà 13
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
§ 19. Òðåò³é çàêîí Íüþòîíà. Ìåæ³ çàñòîñóâàííÿ çàêîí³â Íüþòîíà . . . . . . 98
Âïðàâà 14
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
§ 20. Çàêîí âñåñâ³òíüîãî òÿæ³ííÿ. Ãðàâ³òàö³éíà âçàºìîä³ÿ . . . . . . . . . . . 102
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Âïðàâà 15
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
§ 21. Ðóõ øòó÷íèõ ñóïóòíèê³â Çåìë³. Ïåðøà òà äðóãà êîñì³÷íà øâèäê³ñòü 108
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Âïðàâà 16
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 § 22. Ñèëà ïðóæíîñò³. Çàêîí Ãóêà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Âïðàâà 17
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
§ 23. Âàãà ò³ëà. Íåâàãîì³ñòü . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Âïðàâà 18
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 § 24. Ñèëè òåðòÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Âïðàâà 19
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Çàãàëüí³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ ç äèíàì³êè
ìàòåð³àëüíî¿ òî÷êè
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ íà
ïðÿìîë³í³éíèé ðóõ ï³ä 䳺þ
äåê³ëüêîõ ñèë ó ãîðèçîíòàëüíîìó òà âåðòèêàëüíîìó íàïðÿì³
. . . 131
Âïðàâà 20
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ íà ðóõ ò³ëà ïî ïîõèë³é ïëîùèí³
. . 133
Âïðàâà 21
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ íà
ðóõ ò³ëà ïî êîëó
. . . . . . . . . . . . 134
Âïðàâà 22
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ íà ðóõ ñèñòåìè çâ’ÿçàíèõ ò³ë
. . . 137
Âïðàâà 23
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Äèíàì³êà îáåðòàëüíîãî ðóõó òâåðäîãî ò³ëà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 § 25. Îáåðòàëüíèé ðóõ òâåðäîãî ò³ëà íàâêîëî íåðóõîìî¿ îñ³ . . . . . . . . . . 141 § 26. Îñíîâíå ð³âíÿííÿ äèíàì³êè îáåðòàëüíîãî ðóõó òâåðäîãî ò³ëà . . . . 144
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Âïðàâà 24
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Ñòàòèêà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 § 27. гâíîâàãà ò³ë . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
§ 28. Âèäè ð³âíîâàãè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Çàãàëüí³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ ³ç ñòàòèêè
. . . . 156
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Âïðàâà 25
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Ðóõ ó íå³íåðö³àëüíèõ ñèñòåìàõ â³äë³êó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 § 29. Îïèñ ðóõó â íå³íåðö³àëüíèõ ñèñòåìàõ â³äë³êó . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Âïðàâà 26
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Íàéãîëîâí³øå â ðîçä³ë³ 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Ðîçä³ë 3
Çàêîíè çáåðåæåííÿ â ìåõàí³ö³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 § 30. ²ìïóëüñ. Çàêîí çáåðåæåííÿ ³ìïóëüñó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Âïðàâà 27
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
§ 31. Ðåàêòèâíèé ðóõ. Ðîçâèòîê êîñìîíàâòèêè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Âïðàâà 28
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
§ 32. Ìîìåíò ³ìïóëüñó. Çàêîí çáåðåæåííÿ ìîìåíòó ³ìïóëüñó . . . . . . . . . 180
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Âïðàâà 29
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 § 33. Ìåõàí³÷íà ðîáîòà. Ïîòóæí³ñòü . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Çàãàëüí³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ íà ìåõàí³÷íó ðîáîòó
186
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Âïðàâà 30
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
§ 34. Åíåðã³ÿ. ʳíåòè÷íà åíåðã³ÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
Âïðàâà 31
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
§ 35. Ïîòåíö³àëüíà åíåðã³ÿ ò³ëà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Âïðàâà 32
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
§ 36. Çàêîí çáåðåæåííÿ åíåð㳿 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Âïðàâà 33
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
Çàãàëüí³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ íà ñï³ëüíå çàñòîñóâàííÿ çàêîí³â çáåðåæåííÿ ³ìïóëüñó òà åíåð㳿
. . . . . . . . . . 201
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Âïðàâà 34
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 § 37. Ðóõ ð³äèí ³ ãàç³â. Çàêîí Áåðíóëë³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
Âïðàâà 35
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 Íàéãîëîâí³øå â ðîçä³ë³ 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
Ðîçä³ë 4
Ìåõàí³÷í³ êîëèâàííÿ òà õâèë³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 § 38. Êîëèâàëüíèé ðóõ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
§ 39. Ãàðìîí³÷í³ êîëèâàííÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
Çàãàëüí³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ íà ãàðìîí³÷í³
êîëèâàííÿ
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
Âïðàâà 36
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
§ 40. Ïåðåòâîðåííÿ åíåð㳿 ó ãàðìîí³÷íèõ êîëèâàííÿõ . . . . . . . . . . . . . . 221
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
Âïðàâà 37
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
§ 41. Äîäàâàííÿ ãàðìîí³÷íèõ êîëèâàíü . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 § 42. Ìàÿòíèêè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
Âïðàâà 38
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
§ 43. Âèìóøåí³ êîëèâàííÿ. Ðåçîíàíñ. Àâòîêîëèâàííÿ . . . . . . . . . . . . . . 230
§ 44. Ìåõàí³÷í³ õâèë³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 § 45. Çâóê . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Âïðàâà 39
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 § 46. ²íôðàçâóêîâ³ òà óëüòðàçâóêîâ³ õâèë³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Íàéãîëîâí³øå â ðîçä³ë³ 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
Ðîçä³ë 5
Ðåëÿòèâ³ñòñüêà ìåõàí³êà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 § 47. Ïîñòóëàòè ñïåö³àëüíî¿ òåî𳿠â³äíîñíîñò³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 § 48. ³äíîñí³ñòü ÷àñó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 § 49. ³äíîñí³ñòü äîâæèíè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 § 50. Ðåëÿòèâ³ñòñüê³ ñï³ââ³äíîøåííÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Âïðàâà 40
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 § 51. Çàêîí âçàºìîçâ’ÿçêó ìàñè òà åíåð㳿 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Âïðàâà 41
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 § 52. Ñó÷àñí³ óÿâëåííÿ ïðî ïðîñò³ð òà ÷àñ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 Íàéãîëîâí³øå â ðîçä³ë³ 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 § 53. Ñó÷àñí³ ïðîáëåìè ìåõàí³êè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 § 54. Âíåñîê óêðà¿íñüêèõ ó÷åíèõ ó ðîçâèòîê ìåõàí³êè . . . . . . . . . . . . . . 266
Ëàáîðàòîðí³ ðîáîòè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
1.
Âèì³ðþâàííÿ ñåðåäíüî¿ øâèäêîñò³ ðóõó ò³ëà
. . . . . . . . . . . . . . . . . 271
2.
Äîñë³äæåííÿ ð³âíîïðèñêîðåíîãî ðóõó
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
3.
Äîñë³äæåííÿ ðóõó ò³ëà ïî êîëó
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
4.
Âèì³ðþâàííÿ ñèë
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
5.
Äîñë³äæåííÿ ðóõó ò³ëà, êèíóòîãî ãîðèçîíòàëüíî
. . . . . . . . . . . . . 277
6.
Âèì³ðþâàííÿ æîðñòêîñò³
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
7.
Âèì³ðþâàííÿ êîåô³ö³ºíòà òåðòÿ
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
8.
Äîñë³äæåííÿ ð³âíîâàãè ò³ë ï³ä 䳺þ ê³ëüêîõ ñèë
. . . . . . . . . . . . . . . 282
9.
Âèçíà÷åííÿ öåíòðà ìàñ ïëîñêèõ ô³ãóð
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
10.
Äîñë³äæåííÿ ïðóæíîãî óäàðó äâîõ ò³ë
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
11.
Âèâ÷åííÿ çàêîíó çáåðåæåííÿ ìåõàí³÷íî¿ åíåð㳿
. . . . . . . . . . . . . . . 287
12.
Äîñë³äæåííÿ êîëèâàíü íèòÿíîãî ìàÿòíèêà
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 13. Äîñë³äæåííÿ êîëèâàíü ò³ëà íà ïðóæèí³
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
³äïîâ³ä³ äî âïðàâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 Äîäàòêè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 Ïðåäìåòíèé ïîêàæ÷èê . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
Вступ
§ 1 Роль фізичного знання в житті людини і суспільному розвитку
3 Çàðîäæåííÿ ³ ðîçâèòîê ô³çèêè ÿê íàóêè.
3 Ìåòîäè íàóêîâîãî ï³çíàííÿ.
Çàðîäæåííÿ ³ ðîçâèòîê ô³çèêè ÿê íàóêè.
Ô³çèêà – îäíà ç íàéäàâí³øèõ íàóê ïðî ïðèðîäó. Ïåðøèìè ô³çèêàìè áóëè ãðåöüê³ ìèñëèòåë³, ÿê³ çðîáèëè ñïðîáó ïîÿñíèòè ñïîñòåðåæóâàí³ ÿâèùà ïðèðîäè. Íàéâèäàòí³øèì ³ç ñòàðîäàâí³õ ìèñëèòåë³â áóâ Àð³ñòîòåëü (384–322 ðð. äî í. å.), ÿêèé ³ çàïðîâàäèâ ñëîâî « φνσιξ » («ôþç³ñ»), ùî ó ïåðåêëàä³ ç ãðåöüêî¿ îçíà÷ຠïðèðîäà
. Àëå íå ïîäóìàéòå, ùî «Ô³çèêà» Àð³ñòîòåëÿ õî÷ ÿêîñü ñõîæà íà ñó÷àñí³ ï³äðó÷íèêè ç ô³çèêè. ͳ! Ó í³é âè íå çíàéäåòå æîäíîãî îïèñó äîñë³äó ÷è ïðèëàäó, æîäíîãî ìàëþíêà ÷è êðåñëåííÿ, æîäíî¿ ôîðìóëè. Ó í³é – ô³ëîñîôñüê³ ì³ðêóâàííÿ ïðî ðå÷³, ïðî ÷àñ, ïðî ðóõ âçàãàë³. Òàêèìè æ áóëè âñ³ ïðàö³ ó÷åíèõ-ìèñëèòåë³â àíòè÷íîãî ïåð³îäó. Îñü ÿê ðèìñüêèé ïîåò Ëóêðåö³é (áë. 99–55 ðð. äî í. å.) îïèñóº ó ô³ëîñîôñüê³é ïîåì³ «Ïðî ïðèðîäó ðå÷åé» ðóõ ïîðîøèíîê ó ñîíÿ÷íîìó ïðîìåí³:
Ïåâíå, òè áà÷èâ íå ðàç, ÿê ó òåìðÿâ³ íàøèõ ïîêî¿â
Ñîíöÿ ÿñêðàâîãî ïðîì³íü çíàäâîðó íàðàç ïðîñìèêíåòüñÿ, – Áåçë³÷ òîä³ ïîðîøèíîê äð³áíèõ, íàéäð³áí³øèõ òè áà÷èâ, ßê âîíè â ïàðóñêó ñîíöÿ òàíöþþòü ³ âñ³ ìåòóøàòüñÿ.
………………………………………………………………….
Çâ³äñè òè ìîæåø ñîá³ óÿâèòè, ÿê ïåðâ³ñí³ ò³ëüöÿ Ñåðåä áåçêðà¿õ ïðîñòîð³â,ó ñâ³ò³ øèðîê³ì áëóêàþòü. Ñïðàâä³ – áî: ðå÷³ ìàë³ º ÷àñòî ìîäåëü äëÿ âåëèêèõ, Øëÿõ äî ï³çíàííÿ, âêàç³âêà äî ïîâíîãî ¿õ ðîçóì³ííÿ. Îò ÷îìó ìàþòü âîíè íà óâàãó òâîþ çàñëóæèòè,
Ò³ ïîðîøèíêè äð³áí³, ùî ó ñîíÿ÷í³ì ñâ³òë³ òàíöþþòü.
¯õ ìåòóøíÿ, ¿õí³ êóïè – òî ïåâíà ïîäîáà, òî îáðàç
Íàì íåïðèñòóïíîãî ðóõó ìàòåð³¿. Ç ïðèêëàäó òîãî
Òè çàóâàæèòè ìîæåø, ÿê ò³ëüöÿ, çàçíàâøè óäàðó,
Ëåäâå ïîì³òíî îêîâ³, íàïðÿìîê ðóõó çì³íþþòü, Êèäàòèñü âë³âî ³ âïðàâî, âïåðåä ³ íàçàä ïî÷èíàþòü…
ßê âèäíî ç íàâåäåíîãî ïðèêëàäó, óæå â àíòè÷í³ ÷àñè ïî÷àëè ðîçâèâàòèñü ìåòîäè íàóêîâîãî ï³çíàííÿ ïðèðîäè (ñïîñòåðåæåííÿ, ïðèïóùåííÿ (ã³ïîòåçà), ìîäåëþâàííÿ, ìèñëåííºâèé åêñïåðèìåíò òîùî). Ç ïðàöü ó÷åíèõ-ô³ëîñîô³â àíòè÷íîãî ïåð³îäó ïî÷àëè ñâ³é ðîçâèòîê óñ³ ïðèðîäíè÷î-ìàòåìàòè÷í³ íàóêè – ô³çèêà, àñòðîíîì³ÿ, õ³ì³ÿ, ãåîãðàô³ÿ, á³îëîã³ÿ, ìàòåìàòèêà.
³ä ñòàðîãðåöüêîãî ô³ëîñîôà Ôàëåñà (624–547 ðð. äî í. å.) áåðóòü ïî÷àòîê íàø³ çíàííÿ ç åëåêòðèêè ³ ìàãíåòèçìó, Äåìîêð³ò (460–370 ðð. äî í. å.) º îñíîâîïîëîæíèêîì â÷åííÿ ïðî áóäîâó ðå÷îâèíè, ñàìå â³í ïðèïóñòèâ, ùî âñ³ ò³ëà ñêëàäàþòüñÿ ç íàéäð³áí³øèõ ÷àñòîê – àòîì³â, Åâêë³äó (²²² ñò. äî í. å.) íàëåæàòü âàæëèâ³ äîñë³äæåííÿ â ãàëóç³ îïòèêè – â³í âïåðøå ñôîðìóëþâàâ îñíîâí³ çàêîíè ãåîìåòðè÷íî¿ îïòèêè (çàêîí ïðÿìîë³í³éíîãî ïîøèðåííÿ ñâ³òëà ³ çàêîí â³äáèâàííÿ), îïèñàâ ä³þ ïëîñêèõ ³ ñôåðè÷íèõ äçåðêàë.
Ñåðåä âèäàòíèõ ó÷åíèõ òà âèíàõ³äíèê³â öüîãî ïåð³îäó ïåðøå ì³ñöå ïîñ³äຠÀðõ³ìåä (287–212 ðð. äî í. å.). Ç éîãî ðîá³ò «Ïðî ð³âíîâàãó ïëîùèí», «Ïðî ïëàâàþ÷³ ò³ëà», «Ïðî âàæåë³» ïî÷èíàþòü ñâ³é ðîçâèòîê òàê³ ðîçä³ëè ô³çèêè, ÿê ìåõàí³êà, ã³äðîñòàòèêà. ßñêðàâèé ³íæåíåðíèé òàëàíò Àðõ³ìåäà âèÿâèâñÿ ó ñêîíñòðóéîâàíèõ íèì ìåõàí³÷íèõ ïðèñòðîÿõ.
²ç ñåðåäèíè ÕV² ñò. íàñòຠÿê³ñíî íîâèé åòàï ðîçâèòêó ô³çèêè – ó ô³çèö³ ïî÷èíàþòü çàñòîñîâóâàòè åêñïåðèìåíòè ³ äîñë³äè. Îäíèì ³ç ïåðøèõ º äîñë³ä Ãàë³ëåî Ãàë³ëåÿ ³ç êèäàííÿ ÿäðà òà êóë³ ç ϳçàíñüêî¿ âåæ³. Öåé äîñë³ä ñòàâ çíàìåíèòèì, îñê³ëüêè éîãî ââàæàþòü «äíåì íàðîäæåííÿ» ô³çèêè ÿê åêñïåðèìåíòàëüíî¿ íàóêè.
Ïîòóæíèì ïîøòîâõîì äî ôîðìóâàííÿ ô³çèêè ÿê íàóêè ñòàëè íàóêîâ³ ïðàö³ ²ñààêà Íüþòîíà. Ó ïðàö³ «Ìàòåìàòè÷í³ íà÷àëà íàòóðàëüíî¿ ô³ëîñîô³¿» (1684 ð.) â³í ðîçðîáëÿº ìàòåìàòè÷íèé àïàðàò äëÿ ïîÿñíåííÿ ³ îïèñó ô³çè÷íèõ ÿâèù. Íà ñôîðìóëüîâàíèõ íèì çàêîíàõ áóëî ïîáóäîâàíî òàê çâàíó êëàñè÷íó
( íüþòîí³âñüêó) ìåõàí³êó.
Øâèäêèé ïðîãðåñ ó âèâ÷åíí³ ïðèðîäè, â³äêðèòòÿ íîâèõ ÿâèù ³ çàêîí³â ïðèðîäè ñïðèÿëè ðîçâèòêó ñóñï³ëüñòâà. Ïî÷èíàþ÷è ç ê³íöÿ ÕV²²² ñò., ðîçâèòîê ô³çèêè ñïðè÷èíÿº áóðõëèâèé ðîçâèòîê òåõí³êè. Ó öåé ÷àñ ç’ÿâëÿþòüñÿ ³ âäîñêîíàëþþòüñÿ ïàðîâ³ ìàøèíè. Ó çâ’ÿçêó ç øèðîêèì ¿õ âèêîðèñòàííÿì ó âèðîáíèöòâ³ òà íà òðàíñïîðò³ öåé ïåð³îä ÷àñó íàçèâàþòü «â³êîì ïàðè». Îäíî÷àñíî ïîãëèáëåíî âèâ÷àþòüñÿ òåïëîâ³ ïðîöåñè, ó ô³çèö³ âèîêðåìëþºòüñÿ íîâèé ðîçä³ë – òåðìîäèíàì³êà. Íàéá³ëüøèé âíåñîê ó äîñë³äæåíí³ òåïëîâèõ ÿâèù íàëåæèòü Ñ. Êàðíî, Ð. Êëàóç³óñó, Ä. Äæîóëþ, Ä. Ìåíäå뺺âó, Ä. Êåëüâ³íó òà áàãàòüîì ³íøèì.
Áåçë³÷ íîâèõ â³äêðèòò³â â³äáóâàþòüñÿ ³ ó ãàëóç³ åëåêòðèêè òà ìàãíåòèçìó (çàêîí Êóëîíà, çàêîí Àìïåðà, çàêîí Îìà, çàêîí åëåêòðîìàãí³òíî¿ ³íäóêö³¿ òîùî). Âèçíà÷àëüíèìè äëÿ öüîãî ïåð³îäó º äîñë³äæåííÿ Ì. Ôàðàäåÿ, Å.Õ. Ëåíöà òà Ä. Ìàêñâåëëà, ÿê³ ñïðèÿëè ðîçðîáö³ òàê çâàíî¿ êëàñè÷íî¿ åëåêòðîäèíàì³êè
, ùî ïîÿñíþâàëà âëàñòèâîñò³ åëåêòðîìàãí³òíèõ ïîë³â, åëåêòðîìàãí³òíó ïðèðîäó ñâ³òëà. Ó ê³íö³ Õ²Õ ³ íà ïî÷àòêó ÕÕ ñò. ç’ÿâëÿþòüñÿ ³ âäîñêîíàëþþòüñÿ åëåêòðè÷í³ ìàøèíè. Çàâäÿêè øèðîêîìó âèêîðèñòàííþ åëåêòðè÷íî¿ åíåð㳿 öåé ÷àñ íàçèâàþòü «â³êîì åëåêòðèêè». Ó ô³çèö³ âèîêðåìëþþòüñÿ íîâ³ ðîçä³ëè – åëåêòðîäèíàì³êà, åëåêòðîòåõí³êà, ðàä³îòåõí³êà òà ³íø³.
Íà ïî÷àòêó ÕÕ ñò. ô³çèêè îòðèìàëè ÷èñëåíí³ åêñïåðèìåíòàëüí³ ðåçóëüòàòè, ÿê³ íå ìîæíà áóëî óçãîäèòè ç ïîëîæåííÿìè êëàñè÷íî¿ ìåõàí³êè òà åëåêòðîäèíàì³êè. Ó ô³çèö³ ïî÷èíàºòüñÿ íîâèé åòàï ðîçâèòêó – ñòâîðåííÿ êâàíòîâî¿
òà ðåëÿòèâ³ñòñüêî¿ òåîð³é
. Âèçíà÷àëüíèìè äëÿ ¿õ ñòâîðåííÿ áóëè ïðàö³
Ì. Ïëàíêà, Í. Áîðà, À. Åéíøòåéíà. Êâàíòîâî-ðåëÿòèâ³ñòñüêà ô³çèêà º íàéá³ëüø çàãàëüíîþ é óí³âåðñàëüíîþ ôîðìîþ ïîäàííÿ ñó÷àñíîãî òëóìà÷åííÿ çàêîíîì³ðíîñòåé íàâêîëèøíüîãî ñâ³òó. Àëå ç ¿¿ ïîÿâîþ êëàñè÷íà ô³çèêà íå çíèêëà. Âèçíà÷èëèñü ëèøå ìåæ³, â ÿêèõ âîíà 䳺: êëàñè÷íà ô³çèêà äîñë³äæóº ìàêðîñêîï³÷í³ ò³ëà (òîáòî ò³ëà, ÿê³ ñêëàäàþòüñÿ ç âåëè÷åçíî¿ ê³ëüêîñò³ àòîì³â ³ ìîëåêóë), ÿê³ ðóõàþòüñÿ ïîð³âíÿíî ïîâ³ëüíî (ç³ øâèäê³ñòþ íàáàãàòî ìåíøîþ çà 300 000 êì/ñ).
Îñîáëèâî áóðõëèâèé ðîçâèòîê ñóñï³ëüñòâà ïî÷èíàºòüñÿ ç äðóãî¿ ïîëîâèíè ÕÕ ñò. Ëþäè íàâ÷èëèñü äîáóâàòè ³ øèðîêî çàñòîñîâóâàòè ÿäåðíó åíåðã³þ, îñâîþâàòè êîñì³÷íèé ïðîñò³ð, êîíñòðóþâàòè íîâ³ àâòîìàòèçîâàí³ ïðèñòðî¿ ³ ìåõàí³çìè. ÕÕ ñò. íàçèâàþòü «àòîìíèì â³êîì», «â³êîì êîñì³÷íî¿ åðè». Ó ô³çèö³ ³íòåíñèâíî ïðîâîäÿòüñÿ äîñë³äæåííÿ àòîìíîãî ÿäðà, ïëàçìè, êåðîâàíèõ òåðìîÿäåðíèõ ðåàêö³é, íàï³âïðîâ³äíèê³â òîùî. Âèîêðåìëþþòüñÿ íîâ³ ãàëóç³ ô³çèêè, òàê³ ÿê ô³çèêà íèçüêèõ òåìïåðàòóð, ô³çèêà ð³äêîãî ñòàíó, ô³çèêà ïëàçìè, ô³çèêà òâåðäîãî ò³ëà òà ³íø³.
Ïî÷àòîê ÕÕ² ñò. ñóïðîâîäæóºòüñÿ âåëè÷åçíèì ïðîðèâîì ó ãàëóç³ ³íôîðìàö³éíèõ òåõíîëîã³é, ñóïóòíèêîâîãî çâ’ÿçêó, íàíîòåõíîëîã³é. Àëå ÿêó á ãàëóçü òåõí³êè ³ òåõíîëîã³é ìè íå âçÿëè, â ¿¿ îñíîâ³ ëåæàòü çàêîíè ô³çèêè.
Ìåòîäè íàóêîâîãî ï³çíàííÿ.
Íàóêè ïðî ïðèðîäó, çîêðåìà é ô³çèêà, ìàþòü ñïîð³äíåí³ çàêîíè ðîçâèòêó. Çà äîïîìîãîþ åìï³ðè÷íèõ ìåòîä³â ï³çíàííÿ ( ñïîñòåðåæåííÿ, åêñïåðèìåíòè
) íàêîïè÷óºòüñÿ çíà÷íèé ôàêòè÷íèé ìàòåð³àë ïðî ïåâíó ãðóïó ÿâèù ïðèðîäè. Íà îñíîâ³ öüîãî ôîðìóëþºòüñÿ ã³ïîòåçà
(íàóêîâå ïðèïóùåííÿ) òà ñòâîðþºòüñÿ ìîäåëü, ÿêà ïîÿñíþº ïðîò³êàííÿ öèõ ÿâèù. óïîòåçà äຠíàì ëèøå á³ëüø-ìåíø ³ìîâ³ðíå ïîÿñíåííÿ ÿâèùà àáî ðÿäó ÿâèù. Ïåðåâ³ðêà ã³ïîòåçè íà ïðàêòèö³, à òàêîæ çàñòîñóâàííÿ ã³ïîòåçè äëÿ ðîçâ’ÿçóâàííÿ íîâèõ çàâäàíü íàóêè ðîáèòü ã³ïîòåçó àáî äîñòîâ³ðíîþ, àáî ³íîä³ ïðèìóøóº â³äìîâèòèñü â³ä íå¿ ÿê õèáíî¿ ³ çàì³íèòè ¿¿ ³íøîþ.
ßêùî ïðàâèëüí³ñòü ã³ïîòåçè ï³äòâåðäæóºòüñÿ, òî íà ¿¿ îñíîâ³ ôîðìóëþ-
þòüñÿ çàêîíè
³ ñòâîðþºòüñÿ òåîð³ÿ,
ÿêà ìຠäîñòàòíüî âè÷åðïíî ïîÿñíþâàòè ÿâèùà, ùî â³äáóâàþòüñÿ, íå ò³ëüêè ç ÿê³ñíîãî, à é ç ê³ëüê³ñíîãî áîêó, à òàêîæ ïåðåäáà÷àòè íîâ³ ÿâèùà, ç äîñòàòíüîþ äëÿ ïðàêòè÷íèõ ö³ëåé òî÷í³ñòþ.
|
Åêñïåðèìåíòîì ó ô³çèö³ íàçèâàþòü ñïåö³àëüíî ïîñòàâëåíèé äîñë³ä ÷è ñïîñòåðåæåííÿ, ÿê³ çàäîâîëüíÿþòü òàêèì âèìîãàì:
1) â³äòâîðþâàí³ñòü åêñïåðèìåíòàëüíèõ ðåçóëüòàò³â ó ðàç³ âèêîíàííÿ áóäüÿêî¿ ê³ëüêîñò³ íåçàëåæíèõ âèì³ðþâàíü (çîêðåìà é òàêèõ, ùî ïðîâîäÿòüñÿ íà ð³çíèõ óñòàíîâêàõ, ð³çíèìè åêñïåðèìåíòàòîðàìè, ó ð³çíèõ ì³ñöÿõ òîùî);
2) ìàêñèìàëüíà òî÷í³ñòü âèì³ðþâàííÿ;
3) ïîâíèé êîíòðîëü çà âñ³ìà ÷èííèêàìè, ÿê³ âèçíà÷àþòü ïåðåá³ã äîñë³äæóâàíîãî ÿâèùà.
Ó òåîðåòè÷íèõ äîñë³äæåííÿõ
çíà÷íà ðîëü â³äâîäèòüñÿ ìèñëåííºâèì åêñïåðèìåíòàì
, ìîäåëþâàííþ
, ³äåàë³çàö³¿
òà ôîðìàë³çàö³¿
ô³çè÷íèõ ÿâèù. Òàê, çîêðåìà, âèâ÷åííÿ ô³çè÷íèõ ÿâèù íà ì³êðî- òà íàíîð³âíÿõ ñïåðøó ìîäåëþºòüñÿ, äîñë³äæóºòüñÿ ìåòîäàìè ìàòåìàòèêè, ³ ëèøå ïîò³ì ïåðåâ³ðÿºòüñÿ åêñïåðèìåíòîì.
Ìåòîä ìîäåëþâàííÿ
ïîëÿãຠâ ñòâîðåíí³ ìîäåë³, ÿêà â³äîáðàæຠíàéá³ëüø ñóòòºâ³ âëàñòèâîñò³ îðèã³íàëó ³ äຠçìîãó çíà÷íî ñïðîñòèòè ïðîöåñ äîñë³äæåííÿ.
Íàïðèêëàä, ìåõàí³÷í³ ðóõè ò³ë, ùî òðàïëÿþòüñÿ ó ïðèðîä³, äóæå ð³çíîìàí³òí³. Âîíè â³äð³çíÿþòüñÿ îäèí â³ä îäíîãî òðàºêòîð³ÿìè, øâèäêîñòÿìè, íàïðÿìàìè òîùî. Àëå ç óñüîãî ð³çíîìàí³òòÿ ðóõîìèõ ò³ë ìîæíà ìèñëåíî âèîêðåìèòè ò³, ùî ðóõàþòüñÿ ïî ïðÿì³é ë³í³¿, ³ ò³, øâèäê³ñòü ðóõó ÿêèõ çàëèøàºòüñÿ íåçì³ííîþ. Öå ³ áóäå ìîäåëü ð³âíîì³ðíîãî ïðÿìîë³í³éíîãî ðóõó, çà äîïîìîãîþ ÿêî¿ ìîæíà âñòàíîâèòè çàêîíè ðóõó.
Îêð³ì ô³çè÷íèõ ìîäåëåé ó ô³çèö³ âèêîðèñòîâóþòüñÿ ìàòåìàòè÷í³ ìîäåë³. Ìàòåìàòè÷íà ìîäåëü
– öå îïèñ ÿêîãîñü ðåàëüíîãî îá’ºêòà àáî ïðîöåñó ìîâîþ ìàòåìàòè÷íèõ ïîíÿòü, â³äíîøåíü, ôîðìóë, ð³âíÿíü òîùî.
²ñòîð³ÿ íàóêè çíຠ÷èìàëî ïðèêëàä³â, êîëè â ìåæàõ âäàëî ïîáóäîâàíî¿ ìàòåìàòè÷íî¿ ìîäåë³ çà äîïîìîãîþ îá÷èñëåíü, ÿê êàæóòü, «íà ê³í÷èêó ïåðà», âäàâàëîñÿ ïåðåäáà÷èòè ³ñíóâàííÿ íîâèõ ô³çè÷íèõ ÿâèù òà îá’ºêò³â. Òàê, ñïèðàþ÷èñü íà ìàòåìàòè÷í³ ìîäåë³, àñòðîíîìè Äæ. Àäàìñ (Àíãë³ÿ) ó 1845 ð. ³ Ó. Ëåâåð’º (Ôðàíö³ÿ) ó 1846 ð. íåçàëåæíî îäèí â³ä îäíîãî ä³éøëè âèñíîâêó ïðî ³ñíóâàííÿ íåâ³äîìî¿ òîä³ ùå ïëàíåòè ³ âêàçàëè ¿¿ ðîçì³ùåííÿ. Çà ðîçðàõóíêàìè Ëåâåð’º àñòðîíîì Ã. Ãàëëå (ͳìå÷÷èíà) çíàéøîâ öþ ïëàíåòó. ¯¿ íàçâàëè Íåïòóíîì.
Àíãë³éñüêèé ô³çèê Ì. ijðàê ó 1928 ð. îòðèìàâ ð³âíÿííÿ ðóõó åëåêòðîíà. Ç ðîçâ’ÿçêó öüîãî ð³âíÿííÿ âèïëèâàëî ³ñíóâàííÿ åëåìåíòàðíî¿ ÷àñòèíêè, ÿêà â³äð³çíÿºòüñÿ â³ä åëåêòðîíà ëèøå çíàêîì åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó. Òàêó ÷àñòèíêó ó 1932 ð. â³äêðèâ ô³çèê Ê. Ä. Àíäåðñåí (ÑØÀ) ³ íàçâàâ ¿¿ ïîçèòðîíîì.
Ìåòîä ìàòåìàòè÷íîãî ìîäåëþâàííÿ â³ä³ãðຠâàæëèâó ðîëü ó êîðàáëå- òà àâ³àáóäóâàíí³, åêîíîì³ö³ òîùî.
Ðåçóëüòàòè åêñïåðèìåíòàëüíèõ ³ òåîðåòè÷íèõ äîñë³äæåíü ôîðìóëþþòüñÿ ó âèãëÿä³ ïåâíèõ çàêîíîì³ðíîñòåé – ô³çè÷íèõ çàêîí³â.
Íå âñ³ çàêîíè ô³çèêè º ð³âíîñèëüíèìè çà íàóêîâèì çíà÷åííÿì. Ó ô³çèö³ ðîçð³çíÿþòü ôóíäàìåíòàëüí³, ÷àñòêîâ³ òà çàêîíè ôóíäàìåíòàëüíîãî ïîõîäæåííÿ.
Ôóíäàìåíòàëüíèìè
º çàêîíè çáåðåæåííÿ (åíåð㳿, åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó òà ³í.), çàêîí âñåñâ³òíüîãî òÿæ³ííÿ òîùî. Çàêîíè, ÿê³ âèêîíóþòüñÿ ëèøå ó ïåâíèõ îáìåæåíèõ óìîâàõ, íàçèâàþòüñÿ ÷àñòêîâèìè
. Öå, íàïðèêëàä, çàêîí Ãóêà, çàêîí Îìà. Çàêîíè, ÿê³ ìîæíà ìàòåìàòè÷íî âèâåñòè ç ôóíäàìåíòàëüíèõ, íàçèâàþòü çàêîíàìè ôóíäàìåíòàëüíîãî ïîõîäæåííÿ
.
|
Íàïðèêëàä, çàêîíè Íüþòîíà ñêëàäàþòü çì³ñò îäí³º¿ ç ïåðøèõ ô³çè÷íèõ òåîð³é – êëàñè÷íî¿ ìåõàí³êè. Çì³ñò êëàñè÷íî¿ òåî𳿠åëåêòðîìàãíåòèçìó óòâîðþþòü çàêîíè, ñôîðìóëüîâàí³ àíãë³éñüêèì ô³çèêîì Ä. Ìàêñâåëëîì.
Óñ³ ô³çè÷í³ çàêîíè ³ òåî𳿠º äåÿêèì íàáëèæåííÿì äî ä³éñíîñò³, îáóìîâëåíèì ïåâíîþ óìîâí³ñòþ ìîäåë³ ÿâèù ³ ïðîöåñ³â. Òîìó ô³çè÷í³ çàêîíè ³ òåî𳿠ìàþòü ïåâí³ ìåæ³ çàñòîñóâàííÿ. Íàïðèêëàä, êëàñè÷íà ìåõàí³êà º ñïðàâåäëèâîþ ò³ëüêè ïðè ðîçãëÿä³ ðóõó ò³ë ç³ øâèäêîñòÿìè, íàáàãàòî ìåíøèìè, í³æ øâèäê³ñòü ïîøèðåííÿ ñâ³òëà.
ϳäáèâàþ÷è ï³äñóìîê çàçíà÷èìî: ô³çèêà – öå íå ïðîñòî ðåçóëüòàò êîï³òêî¿ ³ äîïèòëèâî¿ ïðàö³ â÷åíèõ, à é âåëèêå íàäáàííÿ ëþäñüêî¿ öèâ³ë³çàö³¿, âàæëèâà ñêëàäîâà êóëüòóðè ëþäñòâà.
Íàñàìïåðåä ô³çèêà äຠñèñòåìàòèçîâàíó ³íôîðìàö³þ ïðî íàâêîëèøí³é ñâ³ò ðàçîì ç óì³ííÿì çäîáóâàòè òàêó ³íôîðìàö³þ.
Ô³çèêà º íàéãëèáøîþ, íàéôóíäàìåíòàëüí³øîþ íàóêîþ ïðî ïðèðîäó. Òîìó ¿¿ ìåòîäè ³ òåî𳿠øèðîêî âèêîðèñòîâóþòüñÿ â ³íøèõ ïðèðîäíè÷èõ íàóêàõ ³ ô³ëîñîô³¿ ïðèðîäîçíàâñòâà. Âèâ÷åííÿ ô³çèêè ìຠâàæëèâå çíà÷åííÿ äëÿ ðîçâèòêó íàóêîâîãî ñâ³òîðîçóì³ííÿ òà çàáåçïå÷åííÿ ìàéáóòíüîãî ôàõ³âöÿ â ãàëóç³ òåõí³êè ³ ïðèðîäíè÷èõ íàóê ìåòîäàìè íàóêîâîãî ï³çíàííÿ.
Дайте відповіді на запитання
1. Âêàæ³òü îñíîâí³ åòàïè ó ðîçâèòêó ô³çèêè.
2. Íàçâ³òü îñíîâí³ ìåòîäè íàóêîâîãî ï³çíàííÿ.
3. Ùî òàêå ô³çè÷íèé åêñïåðèìåíò, çàêîí, òåîð³ÿ?
4. Ó ÷îìó ïîëÿãຠñóòü ìîäåëþâàííÿ? Íàâåä³òü ïðèêëàäè â³äîìèõ âàì ô³çè÷íèõ ìîäåëåé.
§ 2 Вимірювання фізичних величин
3 Îäèíèö³ ô³çè÷íèõ âåëè÷èí.
3 Âèì³ðþâàííÿ. Ïîõèáêè âèì³ðþâàííÿ.
3 Íàáëèæåí³ îá÷èñëåííÿ.
Îäèíèö³ ô³çè÷íèõ âåëè÷èí.
Ô³çè÷í³ çàêîíè ³ çàêîíîì³ðíîñò³ ïëèíó ô³çè÷íèõ ÿâèù ³ ïðîöåñ³â ìàþòü áóòè âèðàæåí³ ê³ëüê³ñíî, òîìó ô³çèêè øóêàþòü ê³ëüê³ñí³ õàðàêòåðèñòèêè òèõ âëàñòèâîñòåé ò³ë ÷è ÿâèù, ÿê³ âîíè âèâ÷àþòü. Ó ô³çèö³ òàê³ õàðàêòåðèñòèêè íàçèâàþòü ô³çè÷íèìè âåëè÷èíàìè.
|
Ô³çè÷íó âåëè÷èíó çàâæäè ìîæíà âèì³ðÿòè, òîáòî ïîð³âíÿòè ¿¿ ç îäíîð³äíîþ âåëè÷èíîþ, ÿêó âçÿòî çà îäèíèöþ ö³º¿ âåëè÷èíè. Òàê, âèì³ðÿòè äîâæèíó ñòîëà – îçíà÷ຠïîð³âíÿòè ¿¿ ç ³íøîþ äîâæèíîþ, ÿêó âçÿòî çà îäèíèöþ äîâæèíè, íàïðèêëàä, ç ìåòðîì. Ó ðåçóëüòàò³ âèì³ðþâàííÿ âåëè÷èíè âèçíà÷àþòü ¿¿ ÷èñëîâå çíà÷åííÿ, âèðàæåíå â ïåâíèõ îäèíèöÿõ.
Äëÿ êîæíî¿ ô³çè÷íî¿ âåëè÷èíè âñòàíîâëåíî ñâî¿ îäèíèö³. Äëÿ çðó÷íîñò³ âñ³ êðà¿íè ñâ³òó ïðàãíóòü êîðèñòóâàòèñü îäíàêîâèìè îäèíèöÿìè ô³çè÷íèõ âåëè÷èí. Òîæ ó 1960 ð. áóëî ïðèéíÿòî ̳æíàðîäíó ñèñòåìó îäèíèöü
(â óêðà¿íñüê³é òðàíñêðèïö³¿ ñêîðî÷åíî – Ѳ «ñèñòåìà ³íòåðíàö³îíàëüíà»
). Äî íå¿ âõîäèòü ñ³ì îñíîâíèõ îäèíèöü òà äâ³ äîäàòêîâ³ íà îñíîâ³ ÿêèõ âèçíà÷àþòüñÿ ³íø³ (ïîõ³äí³) îäèíèö³.
Îñíîâíà ô³çè÷íà âåëè÷èíà – ô³çè÷íà âåëè÷èíà, ÿêà âõîäèòü äî ñèñòåìè ³ óìîâíî ïðèéíÿòà ÿê íåçàëåæíà â³ä ³íøèõ âåëè÷èí ö³º¿ ñèñòåìè.
|
Ïîõ³äíà ô³çè÷íà âåëè÷èíà – ô³çè÷íà âåëè÷èíà, ÿêà âõîäèòü äî ñèñòåìè ³ âèçíà÷àºòüñÿ ÷åðåç îñíîâí³ âåëè÷èíè ö³º¿ ñèñòåìè.
Íàïðèêëàä, çíàþ÷è, ùî ãóñòèíó ðå÷îâèíè âèçíà÷àþòü çà ôîðìóëîþ ρ = m
/ V
,
ìîæíà ç îñíîâíèõ îäèíèöü ñêëàñòè îäèíèöþ ãóñòèíè [ ] ρ = 1 êã
3
.
ì
Äëÿ ñêîðî÷åííÿ çàïèñó âåëèêèõ ³ ìàëèõ çíà÷åíü ð³çíèõ âåëè÷èí êîðèñòóþòüñÿ êðàòíèìè é ÷àñòèííèìè îäèíèöÿìè. Êðàòí³ îäèíèö³ – öå îäèíèö³, á³ëüø³ â³ä îñíîâíèõ îäèíèöü ó 10, 100, 1000 ³ á³ëüøå ðàç³â. ×àñòèíí³ îäèíèö³ – öå îäèíèö³, ìåíø³ â³ä îñíîâíèõ ó 10, 100, 1000 ³ á³ëüøå ðàç³â.
Íà ôîðçàö³ ï³äðó÷íèêà ðîçì³ùåíà òàáë. 1 ó ÿê³é âêàçàí³ íàéâàæëèâ³ø³ îäèíèö³ ̳æíàðîäíî¿ ñèñòåìè, ÿê³ ìè áóäåìî âèêîðèñòîâóâàòè ïðè âèâ÷åíí³ ìåõàí³êè, òà òàáë. 2 ç íàéìåíóâàííÿì ³ ïîçíà÷åííÿì ïðåô³êñà äëÿ çàïèñóâàííÿ êðàòíèõ ³ ÷àñòèííèõ îäèíèöü.
Âèì³ðþâàííÿ. Ïîõèáêè âèì³ðþâàííÿ.
Áàãàòî ãàëóçåé ä³ÿëüíîñò³ ëþäèíè òà ñóñï³ëüñòâà ò³ñíî ïîâ’ÿçàí³ ç âèì³ðþâàííÿì ô³çè÷íèõ âåëè÷èí.
|
Òî÷í³ âèì³ðþâàííÿ – ñïðàâà äîñèòü ãðîì³çäêà, òîìó äëÿ âèð³øåííÿ ïðîáëåì âèì³ðþâàííÿ ³ñíóº íàóêà – ìåòðîëîã³ÿ. Öÿ íàçâà ïîõîäèòü â³ä ãðåöüêèõ ñë³â: «ìåòðîí» – ì³ðà òà «ëîãîñ» – ó÷åííÿ.
Ìåòðîëîã³ÿ – íàóêà ïðî âèì³ðþâàííÿ, ÿêà âêëþ÷ຠÿê òåîðåòè÷í³, òàê ³ ïðàêòè÷í³ àñïåêòè âèì³ðþâàíü ó âñ³õ ãàëóçÿõ íàóêè ³ òåõí³êè.
Ìè ðîçãëÿíåìî ëèøå ò³ ïèòàííÿ òåî𳿠âèì³ðþâàíü, ÿê³ íàé÷àñò³øå âèêîðèñòîâóþòüñÿ ó øê³ëüí³é ïðàêòèö³ ïðè âèêîíàíí³ ëàáîðàòîðíèõ ðîá³ò, åêñïåðèìåíòàëüíèõ äîñë³äæåíü.
Ñåðåä ô³çè÷íèõ âåëè÷èí º òàê³, ÿê³ ìîæíà âèì³ðÿòè áåçïîñåð åäíüî çà äîïîìîãîþ âèì³ðþâàëüíèõ ïðèëàä³â, íàïðèêëàä, äîâæ èíà, ÷àñ, ìàñà, òåìïåðàòóðà, ñèëà ñòðóìó. Âèì³ðþâàííÿ, çä³éñíå í³ áåçïîñåðåäíüî, íàçèâàþòüñÿ ïðÿìèìè
.
Îäíàê ÷àñò³øå äîâîäèòüñÿ âèçíà÷àòè âåëè÷èíè, ÿê³ âèì³ðÿòè áåçïîñåðåäíüî íåìîæëèâî (êîåô³ö³ºíò òåðòÿ, ïèòîìà òåïëîºìí³ñòü ðå÷îâèíè, âíóòð³øí³é îï³ð äæåðåëà ñòðóìó òîùî). Äëÿ òàêèõ ô³çè÷íèõ âåëè÷èí ïîòð³áíî â³äøóêàòè ôóíêö³îíàëüíó çàëåæí³ñòü â³ä âåëè÷èí, âèì³ðþâàíèõ áåçïîñåðåäíüî. Òàê³ âèì³ðþâàííÿ íàçèâàþòüñÿ íåïðÿìuìu.
Íåäîñêîíàë³ñòü âèì³ðþâàëüíèõ ïðèëàä³â ³ ìåòîä³â âèì³ðþâàííÿ, à òàêîæ ëþäñüêèõ îðãàí³â ÷óòòÿ, âïëèâ ñåðåäîâèùà âíîñÿòü ïåâíó íåòî÷í³ñòü (ïîõèáêó) ó ïðîöåñ âèì³ðþâàííÿ.
Íàïðèêëàä, òðüîì ó÷íÿì äàëè çàâäàííÿ âèì³ðÿòè äîâæèíó áðóñêà ë³í³éêîþ ç ñàíòèìåòðîâèìè ïîä³ëêàìè (áåç ìì), à äåñÿò³ ÷àñòêè ñàíòèìåòðà âèçíà÷èòè «íà îêî». Ðåçóëüòàòè âèì³ðþâàíü âèÿâèëèñü òàêèìè: 15,3; 15,8 ³ 15,4 ñì.
ßêå æ âèì³ðþâàííÿ ââàæàòè íàéòî÷í³øèì? Ó íàñ íåìຠï³äñòàâ â³ääàòè
ïåðåâàãó áóäü-ÿêîìó âèì³ðþâàííþ, ÿêùî âñ³ âîíè ïðîâîäèëèñü àêóðàòíî, ç äîäåðæàííÿì ïðàâèë êîðèñòóâàííÿ âèì³ðþâàëüíèìè ïðèëàäàìè. Ó òàêîìó âèïàäêó íàáëèæåíèì ðåçóëüòàòîì áóäå ñåðåäíº àðèôìåòè÷íå ç óñ³õ ðåçóëüòàò³â âèì³ðþâàííÿ:
l
c
= =
|
ßêùî ³ñòèííå çíà÷åííÿ âèì³ðþâàëüíî¿ âåëè÷èíè ïîçíà÷èòè Õ
, à çíà÷åííÿ
îòðèìàíå ó ðåçóëüòàò³ ïðÿìîãî âèì³ðþâàííÿ õ,
òî à&aacu
º ð³çíèöåþ ì³æ íèìè: ∆ X
= X
− x
.
Çâåðí³ìîñü äî íàøîãî ïðèêëàäó. Îñê³ëüêè ³ñòèííå çíà÷åííÿ l
íàì íåâ³äîìå, çà àáñîëþòíó ïîõèáêó ∆ l
ïðèéìàºòüñÿ â³äõèëåííÿ éîãî ðåçóëüòàòó â³ä ñåðåäíüîãî çíà÷åííÿ, çíàéäåíîãî ç ê³ëüêîõ âèì³ðþâàíü: ∆ l
1
= 15,3 − 15,5 = − 0,2 ñì ; ∆ l
2
= 15,8 − 15,5 = 0,3 ñì ; ∆ l
3
= 15,4 − 15,5 = − 0,1 ñì .
Äàë³ ñë³ä îá÷èñëèòè ñåðåäíþ àáñîëþòíó ïîõèáêó
ÿê ñåðåäíº àðèôìåòè÷íå
:
∆ l
c
= =
Çâåðí³òü óâàãó, ùî ï³ä ÷àñ îá÷èñëåííÿ ñåðåäíüî¿ àáñîëþòíî¿ ïîõèáêè çíà÷åííÿ âñ³õ ïîõèáîê îêðåìèõ âèì³ðþâàíü âçÿòî ç³ çíàêîì « + ». ßêáè ìè âçÿëè á óñ³ â³äõèëåííÿ â³ä ñåðåäíüîãî ç âêàçàíèìè âèùå çíàêàìè « + » ³ « − », òî â ñóì³ ä³ñòàëè á íóëü ³ ä³éøëè á íåïðàâèëüíîãî âèñíîâêó, ùî çíà÷åííÿ 15,5 ñì º òî÷íèì çíà÷åííÿì äîâæèíè áðóñêà.
Çíàòè àáñîëþòíó ïîõèáêó âèì³ðþâàíü – ùå íå îçíà÷ຠìàòè ïîâíó õàðàêòåðèñòèêó ÿêîñò³ âèì³ðþâàíü. Òàê, ïîõèáêà â 1 ñì ïðè âèì³ðþâàíí³ ðåéêè äîâæèíîþ 12 ì º íåçíà÷íîþ, àëå òàêà ñàìà ïîõèáêà ïðè âèì³ðþâàíí³ áðóñêà äîâæèíîþ 12 ñì óæå áóäå ãðóáîþ. Äëÿ îö³íêè òî÷íîñò³ âèì³ðþâàííÿ âèçíà÷àþòü â³äíîñíó ïîõèáêó
.
|
³äíîñíó ïîõèáêó íàé÷àñò³øå âèðàæàþòü ó â³äñîòêàõ.
100 %.
Ó íàâåäåíîìó ïðèêëàä³, îñê³ëüêè íàì íåâ³äîìå ³ñòèííå çíà÷åííÿ âåëè÷èíè, ñë³ä âèçíà÷èòè ñåðåäíþ â³äíîñíó ïîõèáêó:
100 % 100 % 1,3 %.
Îñòàòî÷íèé ðåçóëüòàò çàïèñóºìî ó âèãëÿä³: l
= l
c
± ∆ l
c
= (15,5 ± 0,2) ì ïðè ε c = 1,3 %.
Ïîõèáêè íåïðÿìèõ âèì³ðþâàíü ô³çè÷íèõ âåëè÷èí âèçíà÷àþòü çà ïîõèáêàìè áåçïîñåðåäíüî âèì³ðÿíèõ âåëè÷èí ç âèêîðèñòàííÿì òàáëè÷íèõ ôîðìóë äëÿ îá÷èñëåííÿ ïîõèáîê, ÿê³ íàâåäåíî ó òàáë. 3 íà ôîðçàö³.
ϳä ÷àñ ìàòåìàòè÷íî¿ îáðîáêè ðåçóëüòàò³â åêñïåðèìåíò³â ïîòð³áíî òàêîæ âðàõóâàòè ïîõèáêè çàñîá³â âèì³ðþâàííÿ – ³íñòðóìåíòàëüí³ ïîõèáêè ∆ õ
³í
.
²íñòðóìåíòàëüíèìè íàçèâàþòüñÿ ïîõèáêè, ïðè÷èíà ÿêèõ ïîëÿãຠó âëàñòèâîñòÿõ çàñîá³â âèì³ðþâàííÿ. Äæåðåëàìè öèõ ïîõèáîê º äåÿêà íåäîñêîíàë³ñòü âèì³ðþâàëüíèõ ïðèëàä³â: íåòî÷í³ñòü íàíåñåííÿ â³äì³òîê øêàëè, òåðòÿ ïðè ïåðåì³ùåíí³ ðóõîìèõ äåòàëåé ïðèëàäó òîùî.
Ïîõèáêó ïðèëàäó (¿¿ íàçèâàþòü ãðàíè÷íîþ àáñîëþòíîþ ïîõèáêîþ âèì³ðþâàëüíîãî ïðèëàäó ∆ õ
³í
) âêàçóþòü ó éîãî ïàñïîðò³ àáî íà øêàë³, ³ âîíà õàðàêòåðèçóº òî÷í³ñòü çàñîáó âèì³ðþâàííÿ çà íîðìàëüíèõ óìîâ ðîáîòè. Ó òàáë. 4 ôîðçàöó âêàçàí³ ∆ õ
³í
ïðèëàä³â, ÿê³ íàé÷àñò³øå âèêîðèñòîâóþòüñÿ ó øê³ëüíîìó ô³çè÷íîìó åêñïåðèìåíò³.
ßêùî äëÿ ïåâíîãî ïðèëàäó íå âêàçàíî ∆ õ
³í
, òî ââàæàþòü, ùî ãðàíè÷íà ïî-
õèáêà äîð³âíþº ïîëîâèí³ ö³íè ïîä³ëêè øêàëè.
Íàáëèæåí³ îá÷èñëåííÿ.
Ïðè âèì³ðþâàíí³ ô³çè÷íèõ âåëè÷èí ¿õ çíà÷åííÿ çàâæäè º íàáëèæåíèìè.
Íà ïðàêòèö³ íàáëèæåí³ çíà÷åííÿ çàïèñóþòü òàê, ùîá çà öèì çàïèñîì ìîæíà áóëî ä³éòè âèñíîâêó ïðî òî÷í³ñòü íàáëèæåííÿ. ßêùî íàáëèæåíå çíà÷åííÿ çàïèñàíî òàê, ùî éîãî àáñîëþòíà ïîõèáêà íå ïåðåâèùóº îäèíèö³ îñòàííüîãî ðîçðÿäó, òî êàæóòü, ùî ÷èñëî çàïèñàíî ïðàâèëüíèìè öèôðàìè
.
|
Íàáëèæåí³ çíà÷åííÿ çàâæäè çàïèñóþòü òàê, ùî óñ³ éîãî öèôðè º ïðàâèëüíèìè. Íàïðèêëàä, ó òàáëèö³ òåìïåðàòóð ïëàâëåííÿ çàçíà÷åíî, ùî òåìïåðàòóðà ïëàâëåííÿ ì³ä³ 1084,5 ° Ñ. Ó çàïèñ³ öüîãî íàáëèæåíîãî çíà÷åííÿ òåìïåðàòóðè âñ³ öèôðè ïðàâèëüí³. Îñòàííÿ öèôðà çàïèñàíà ó ðîçðÿä³ äåñÿòèõ, òîìó àáñîëþòíà ïîõèáêà íàáëèæåíîãî çíà÷åííÿ íå ïåðåâèùóº 0,1 ° Ñ.
Ó äîâ³äíèêàõ, òåõí³÷í³é ë³òåðàòóð³ ïðè ðîçâ’ÿçóâàíí³ ô³çè÷íèõ çàäà÷ çàïèñè íàáëèæåíèõ çíà÷åíü ìîæóòü ïîäàâàòèñü ó ñòàíäàðòíîìó âèãëÿä³.
Ñòàíäàðòíèé âèãëÿä ÷èñëà
– öå çàïèñ ÷èñëà ó âèãëÿä³ a
•10 n
, äå , n
– ö³ëå ÷èñëî.
Ïðè òàêîìó çàïèñ³ ìíîæíèê a
ì³ñòèòü ëèøå ïðàâèëüí³ öèôðè, òîæ ìîæíà ëåãêî çíàéòè òî÷í³ñòü íàáëèæåíîãî çíà÷åííÿ.
Íàïðèêëàä, ó äîâ³äíèêó çàçíà÷åíî, ùî ìàñà Çåìë³ äîð³âíþº 5,976 10 ⋅ 24
êã. Âèçíà÷èìî òî÷í³ñòü íàáëèæåíîãî çíà÷åííÿ. Îñê³ëüêè ó ìíîæíèêó 5,976 óñ³ öèôðè ïðàâèëüí³, à îñòàííüîþ º öèôðà ðîçðÿäó òèñÿ÷íèõ, òî ìàñà Çåìë³ (ó êã) äîð³âíþº:
m
= (5,976 ± 0,001) 10 ⋅ 24
êã = 5,976 10 ⋅ 24
êã ± 0,001 10 ⋅ 24
êã = (5,976 10 ⋅ 24
± 10 21
) êã.
Îòæå, òî÷í³ñòü íàáëèæåíîãî çíà÷åííÿ 10 21
êã.
Ïðè âèêîíàíí³ ä³é íàä íàáëèæåíèìè çíà÷åííÿìè âèêîðèñòîâóþòü òàêîæ ïîíÿòòÿ çíà÷óùî¿ öèôðè
.
|
Íàïðèêëàä, ó íàáëèæåíîìó çíà÷åíí³ 0,003 09 òðè çíà÷óù³ öèôðè: 3; 0; 9. Ó ÷èñë³ 9,001 óñ³ ÷îòèðè öèôðè çíà÷óù³. ×èñëî 0,060 ìຠäâ³ çíà÷óù³ öèôðè:
6 ³ 0, à äâà íóë³, ÿê³ ïåðåäóþòü öèôð³ 6, íå º çíà÷óùèìè,
Âèêîíóþ÷è 䳿 ç íàáëèæåíèìè çíà÷åííÿìè âèêîðèñòîâóþòü ïåâí³ ïðàâ èëà.
Ïðàâèëà íàáëèæåíèõ îá÷èñëåíü:
ϳä ÷àñ äîäàâàííÿ ³ â³äí³ìàííÿ ðåçóëüòàò îêðóãëþþòü òàê, ùîá â³í íå ìàâ çíà÷óùèõ öèôð ó ðîçðÿäàõ, ÿêèõ íåìຠõî÷à á â îäíîìó ç äàíèõ.
Íàïðèêëàä, çíàéäåìî ñóìó íàáëèæåíèõ çíà÷åíü 1,2 ³ 0,423. Ïåðøå ç íèõ ìຠîäèí äåñÿòêîâèé çíàê, ³íøå – òðè. Îòæå, ñóìó ñë³ä îêðóãëèòè äî îäíîãî äåñÿòêîâîãî çíàêà (äî äåñÿòèõ): 1,2 + 0,423 = 1,623 ≈ 1,6.
Ïðè ìíîæåíí³ òà ä³ëåíí³ íàáëèæåíèõ çíà÷åíü ðåçóëüòàò ñë³ä îêðóãëþâàòè äî ñò³ëüêîõ çíà÷óùèõ öèôð, ñê³ëüêè ¿õ ìຠêîìïîíåíò 䳿 ç íàéìåíøèì ÷èñëîì çíà÷óùèõ öèôð.
Íàïðèêëàä, ïåðåìíîæèìî íàáëèæåí³ çíà÷åííÿ 5,21 ³ 0,08. Ïåðøå ç íèõ ìຠòðè çíà÷óù³ öèôðè, à ³íøå – îäíó. Îòæå, ó äîáóòêó ñë³ä çàëèøàòè îäíó çíà÷óùó öèôðó: 5,21 · 0,08 = 0,4168 ≈ 0,4.
Ó âèïàäêó ï³äíåñåííÿ äî êâàäðàòà (÷è êóáà) â ðåçóëüòàò³ áåðóòü ñò³ëüêè çíà÷óùèõ öèôð, ñê³ëüêè ¿õ ìຠîñíîâà ñòåïåíÿ. Íàïðèêëàä: 1,26 2
= 3,276 ≈ 3,28.
Ïðè äîáóâàíí³ êâàäðàòíîãî (÷è êóá³÷íîãî) êîðåíÿ ó ðåçóëüòàò³ áåðóòü ñò³ëüêè çíà÷óùèõ öèôð, ñê³ëüêè ¿õ ìຠï³äêîðåíåâèé âèðàç. Íàïðèêëàä: 2,29 ≈ 1,513 ≈ 1,51.
Êîðèñíî ïàì’ÿòàòè òàê³ íàáëèæåí³ ð³âíîñò³:
ßêùî à
<< 1, òî (1 ± a
) 2
≈ 1 ± 2 a
; 1 ± a
≈ 1 +
a
. 2
Ïðè ìàëèõ êóòàõ (äî 5 ° ) sin α ≈ tg α = α (ðàä).
Дайте відповіді на запитання
1. Ùî òàêå âèì³ðþâàííÿ?
2. Íàçâ³òü îñíîâí³ îäèíèö³ ô³çè÷íèõ âåëè÷èí Ѳ.
3. ×èì çóìîâëåí³ ïîõèáêè âèì³ðþâàííÿ? ßêèìè âîíè áóâàþòü?
4. ßê³ öèôðè íàçèâàþòü ïðàâèëüíèìè, à ÿê³ çíà÷óùèìè?
5. Ñôîðìóëþéòå ïðàâèëà íàáëèæåíèõ îá÷èñëåíü.
6. Âèçíà÷òå ñåðåäíþ àáñîëþòíó ³ â³äíîñíó ïîõèáêè âèì³ðþâàííÿ ä³àìåòðà áîëòà, ÿêùî òðè ïîñë³äîâí³ âèì³ðþâàííÿ äàëè òàê³ ðåçóëüòàòè: 12,52; 12,48 ³ 12,51 ìì.
7. Âèêîíóþ÷è ëàáîðàòîðíó ðîáîòó ç âèçíà÷åííÿ ãóñòèíè ò³ëà, ó÷åíü âèì³ðÿâ îá’ºì òà ìàñó ò³ëà ç òî÷í³ñòþ äî 1 %. Îòðèìàíå çíà÷åííÿ ãóñòèíè â³í çàïèñàâ ó âèãëÿä³ ρ = 2,7348 ã/ñì 3
. ßêî¿ ïîìèëêè ïðèïóñòèâñÿ ó÷åíü? ßê òðåáà çàïèñàòè öåé ðåçóëüòàò?
§ 3 Скалярні і векторні величини
3 Ñêàëÿðí³ ³ âåêòîðí³ âåëè÷èíè.
3 ij¿ íàä âåêòîðàìè.
3 Ïðîåêö³ÿ âåêòîðà íà â³ñü.
Ñêàëÿðí³ ³ âåêòîðí³ âåëè÷èíè.
Ó ô³çèö³ âèêîðèñòîâóþòüñÿ ÿê ñêàëÿðí³ âåëè÷èíè òàê ³ âåêòîðí³.
|
Ó ìåõàí³ö³ öå: ìàñà m
, ðîáîòà A
, ïîòóæí³ñòü N
, åíåðã³ÿ E
òà ³íø³.
Ñêàëÿðí³ âåëè÷èíè ìîæóòü áóòè äîäàòíèìè àáî â³ä’ºìíèìè. Ñóìà ñêàëÿðíèõ âåëè÷èí îá÷èñëþºòüñÿ àëãåáðà¿÷íîþ ñóìîþ
¿õ ÷èñëîâèõ çíà÷åíü.
|
Ó ìåõàí³ö³ öå: øâèäê³ñòü r
r r
υ
r
, ïðèñêî- Ìàë.
1.
ðåííÿ a
, ñèëà F
, ³ìïóëüñ p
òà ³íø³. Ãðàô³÷íå
Ãðàô³÷íî âåêòîð çîáðàæàºòüñÿ ÿê íà- çîáðàæåííÿ
ïðÿìëåíèé â³äð³çîê ( ìàë. 1
). âåêòîðà
×èñëîâå çíà÷åííÿ âåêòîðà íàçèâàþòü ìîäóëåì âåêòîðà
³ ïîçíà÷àþòü àáî ïðîñòî a
.
Ìîäóëü âåêòîðà – çàâæäè äîäàòíèé ñêàëÿð.
ij¿ íàä âåêòîðàìè.
Íàä âåêòîðíèìè âåëè÷èíàìè ìîæíà âèêîíóâàòè ìàòåìàòè÷í³ ä³¿ äîäàâàííÿ, â³äí³ìàííÿ, ìíîæåííÿ.
|
Äîäàþòü âåêòîðè, çàñòîñîâóþ÷è ïðàâèëî òðèêóòíèêà àáî ïðàâèëî ïàðàëåëîãðàìà. r
r
Ïðàâèëî òðèêóòíèêà:
ïðè äîäàâàíí³ âåêòîð³â a
³ b
r âåêòîðè ïàðàëåëüíèì ïåðåì³ùåííÿì ðîçòàøîâóþòü òàê, ùîá ïî÷àòîê âåêòîðà r r b
r âèõîäèâ ³ç ê³íöÿ âåêòîðà a
, òîä³ âåêòîð c
, ÿêèé âèõîäèòü ³ç ïî÷àòêó âåêòîðà r a
³ ê³íåöü ÿêîãî çá³ãàºòüñÿ ç ê³íöåì âåêòîðà b
³ º ñóìàðíèì âåêòîðîì ( ìàë. 2
).
Çà ïðàâèëîì òðèêóòíèêà çðó÷íî äîäàâàòè âåëèêó ê³ëüê³ñòü âåêòîð³â ( ìàë. 3
).
Ïðàâèëî ïàðàëåëîãðàìà:
r r äâà âåêòîðè a
³ b
ïàðàëåëüíèì ïåðåíåñåííÿì ðîçì³ùóþòü òàê, ùî ¿õ ïî÷àòêè çá³ãàëèñÿ. Ââàæàþ÷è, ùî îáèäâà âåêòîðè º äâîìà ñòîðîíàìè ïàðàëåëîãðàìà, íåîáõ³äíî äîáóäóâàòè ïàðàëåëîãðàì. Òîä³ ä³àãîíàëü ïàðàëåëîãðàìà, ÿêà âèõîäèòü ³ç òî÷êè, äå ïî÷èíàþòüñÿ âåêòî- r
ðè, ³ º ñóìàðíèì âåêòîðîì c
( ìàë. 4
).
Ìàë.
3. Äîäàâàííÿ äåê³ëüêîõ âåêòîð³â
uuur r r r r r r r r
AB a b c d
= + + + = + + + (( a b c d
) )
Ìàë.
2. Äîäàâàííÿ âåêòîð³â çà ïðàâèëîì òðèêóòíèêà
×èñëîâå çíà÷åííÿ ñóìàðíîãî âåêòîðà
âèçíà÷àþòü çà ôîðìóëîþ c
= a
2
+ b
2
+ 2 ab
cos r α r
,
äå α – êóò ì³æ âåêòîðàìè a
³ b
, ùî âèõîäÿòü ç îäí³º¿ òî÷êè ( ìàë. 4
) .
r r Ùîá âèçíà÷èòè ð³çíèöþ âåêòîð³â a
³ b
, âåêòîðè ïàðàëåëüíèì ïåðåíåñåííÿì ðîçì³ùóþòü òàê, ùîá ¿õ ïî÷àòêè çá³ãà- r ëèñÿ. Òîä³ âåêòîð r c
, ïðîâåäåíèé ³ç ê³íöÿ r â³ä’ºìíèêà b
äî ê³íöÿ çìåíøóâàíîãî a
³ º ¿õ ð³çíèöåþ ( ìàë. 5
).
×èñëîâå çíà÷åííÿ ð³çíèö³ âåêòîð³â
âèçíà÷àþòü çà ôîðìóëîþ
c
= a
2
+ b
2
− 2 ab
cos α ,
r r
äå α – êóò ì³æ âåêòîðàìè a
³ b
, ùî âèõîäÿòü ç îäí³º¿ òî÷êè ( ìàë. 5
).
Òàê, ÿê ³ ó âèïàäêó ä³éñíèõ ÷èñåë, â³äí³ìàííÿ âåêòîð³â ìîæíà çâåñ-
Ìàë.
4. Äîäàâàííÿ âåêòîð³â
òè äî ¿õ äîäàâàííÿ. гçíèöþ âåêòîð³â r r
çà ïðàâèëîì ïàðàëåëîãðàìà
a
³ b
ìîæíà âèçíà-
Ìàë.
5. Ìàë.
r 6. гçíèöþ âåêòîð³â
a
Ó âèïàäêó âçàºì-
гçíèöÿ âåêòîð³â ñóìó âåêòîðà ³
b
ìîæíà âèçíà÷èòè ÷åðåç
a
r ç âåêòîðîì (
− b
r )
íîïåðï åíä èê óë ÿð-íèõ âåêòîð³â a
r ³ b
r
÷èñ ëîâ³ çíà÷åííÿ ñó -
ìè òà ð³çíèö³ îäíàêîâ³. Ñóìàðíèé âåêòîð ³ âåêòîð ð³çíèö³ â³äð³çíÿþòüñÿ íà-
ïðÿì êàìè. r
r Ïðè ìíîæåíí³ âåêò îð à
a íà äîäàòí èé ñêàëÿð
r k
îòðèìóºìî íîâèé âåêò îð ka
, íàïðÿì ÿêîãî çá³ãàºòüñÿ ç íàï ðÿìîì âåêòîðà a
, à ÷èñëîâ å çíà÷ åííÿ â k
ðàç³â á³ëüøå. r
r Ïðè ìíîæåíí³ âåêòîðà
a íà â³ä’ºìíèé ñêàëÿð
r k
îòðèìóºìî íîâèé âåêòîð ka
, íàïðÿì ÿêîãî ïðîòèëåæíèé íàïðÿìó âåêòîðà a
, à ÷èñëîâå çíà÷åííÿ â k
ðàç³â á³ëüøå. r
r
Ñêàëÿðíèì äîáóòêîì
âåêòîð³â a
³ b
º ñêàëÿð c
, ùî äîð³âíþº äîáóòêó ìîäóë³â r r âåêòîð³â a
³ b
, ïîìíîæåíèé íà êîñèíóñ êóòà ì³æ íèìè: c
= ( a
· b
) = a
· b
· cos r α r . Âåêòîðíèì äîáóòêîì
r âåêòîð³â a
³ b
º âåêòîð
c
, ùî äîð³âíþº äîáóòêó ìîäóë³â âåêòîð³â a
r ³ r b
, ïîìíîæåíèé íà ñèíóñ êóòà ì³æ íèìè: r c
= [ a
× b
] = a
r · b
· sin α .
Âåêòîð c
çà ìîäóëåì äîð³âíþº ïëîù³ ïàðàëåëî- r r ãðàìà, ïîáóäîâàíîãî íà âåêòîðàõ a
³ b
,
òà íàïðàâëåíèé ïåðïåíäèêóëÿðíî äî ïëîùèíè, ó ÿê³é ëåæàòü r
r âåêòîðè a
³ b
r . Äî òîãî æ, ÿêùî ñïîñòåð³ãàòè ç ê³í- r r öÿ âåêòîðà c
Ìàë.
7. Âåêòîðíèé äîáóòîê
çà îáåðòàííÿì âåêòîðà a
äî âåêòîðà b
(ó íàïðÿìêó ìåíøîãî êóòà), òî âîíî â³äáóâàºòüñÿ
âåêòîð³â
ïðîòè ãîäèííèêîâî¿ ñòð³ëêè ( ìàë. 7
).
Ïðîåêö³ÿ âåêòîðà íà â³ñü.
Áóäü-ÿêèé âåêòîð ìîæíà ðîçêëàñòè íà ñêëàäîâ³,
çîêðåìà, çà îñÿìè äåêàðòîâî¿ ñèñòåìè êîîðäèíàò.
|
r
Ïðîåêö³ºþ âåêòîðà a
íà â³ñü Õ
íàçèâàºòüñÿ âåëè÷èíà a
x
, ÿêà âèçíà÷àºòüñÿ a
x
= a
· cos ϕ , äå a
– ìîäóëü âåêòîðà, ϕ – êóò ì³æ íàïðÿìîì âåêòîðà òà â³ññþ Õ
( ìàë. 8
).
Ïðîåêö³¿ âåêòîðà – âåëè÷èíè ñêàëÿðí³.
Ïðîåêö³ÿ âåêòîðà íà â³ñü áóäå äîäàòíîþ, ÿêùî êóò ϕ ãîñòðèé, ³ â³ä’ºìíîþ, ÿêùî êóò ϕ òóïèé, ³ íóëüîâîþ, ÿêùî ϕ ïðÿìèé (âåêòîð ïåðïåíäèêóëÿðíèé äî îñ³).
Ïðîåêö³ÿ ñóìè âåêòîð³â íà êîîðäèíàòíó â³ñü äîð³âíþº àëãåáðà¿÷í³é ñóì³ ïðîåêö³é âåêòîð³â, ùî äîäàþòüñÿ ( ìàë. 9
).
Îòæå, âåêòîðí³ âåëè÷èíè äîäàþòüñÿ ãåîìåòðè÷íî, à ñêàëÿðí³ – àëãåáðà¿÷íî.
ßêùî ( r ìàë. 10
) ïî÷àòêîì âåê-
Ìàë.
9. Ïðîåêö³ÿ ñóìè âåêòîð³â: Ìàë.
10.
à)
c
x
= a
x
+ b
x
; á)
c
x
= a
x
− b
x
Âèçíà÷åííÿ êîîðäèíàò ³ íàïðÿìó âåêòîðà
Ç ôîðìóëè â³äñòàí³ ì³æ äâîìà òî÷êàìè âèïëèâàº, ùî ìîäóëü âåêòîðà âèçíà÷àºòüñÿ:
a
= a
1
2
+ a
2
2
= ( x
2
− x
1
) 2
+ ( y
2
− y
1
) 2
= ∆ x
2
+ ∆ y
2
.
r
Íàïðÿì âåêòîðà a
â³äíîñíî êîîðäèíàòíî¿ îñ³ Õ
âèçíà÷àºòüñÿ òàíãåíñîì êóòà íàõèëó âåêòîðà: tg ϕ =
∆
y
.
∆ x
Дайте відповіді на запитання
1. ßê³ âåëè÷èíè íàçèâàþòü âåêòîðíèìè, à ÿê³ ñêàëÿðíèìè?
2. ßê âèçíà÷èòè ñóìó ³ ð³çíèöþ äâîõ âåêòîð³â?
3. Ùî íàçèâàþòü ñêàëÿðíèì äîáóòêîì âåêòîð³â?
4. Ùî òàêå âåêòîðíèé äîáóòîê âåêòîð³â?
Вправа 1
1. Âèçíà÷òå ïîáóäîâîþ ñóìó ³ ð³çíèöþ äâîõ îäíàêîâèõ çà ìîäóëåì âçàºìíîïåðïåíäèêóëÿðíèõ âåêòîð³â.
2. Ó ïî÷àòêîâèé ìîìåíò ÷àñó ò³ëî ïåðåáóâàëî ó òî÷ö³ ç êîîðäèíàòàìè x
1
= − 2 ì òà y
1
= 4 ì. Ò³ëî ïåðåì³ñòèëîñü ó òî÷êó ç êîîðäèíàòàìè x
2
= 2 ì òà y
2
= 1 ì. Íà ñê³ëüêè ìåòð³â ïåðåì³ñòèëîñü ò³ëî?
3. Çàäàíî êîîðäèíàòè òî÷îê (10; 2) òà (5; 1). Âèçíà÷èòè êîîðäèíàòè òî÷êè, ÿêà ðîçòàøîâàíà íà â³äñòàí³ 1/3 äîâæèíè â³äð³çêà, ùî ñïîëó÷ຠö³ òî÷êè, â³ä ïåðøî¿ òî÷êè. r
4. Âåêòîð a
ëåæèòü ó ïëîùèí³ X
0 Y
òà óòâîðþº ç â³ññþ àáñöèñ êóò 30 ° . Âèçíà÷èòè ïðîåêö³¿ âåêòîðà íà îñ³ êîîðäèíàò.
5. Ïî÷àòîê âåêòîðà ìຠêîîðäèíàòè (2; 1), à ê³íåöü – (9; 5). Âèçíà÷èòè: à) ïðîåêö³¿ âåêòîðà íà îñ³ êîîðäèíàò; á) ìîäóëü âåêòîðà; â) íàïðÿì âåêòîðà ó ïðîñòîð³.
6. Äàíî äâà âåêòîðà a
³ b
, ðîçòàøîâàíèõ ï³ä êóòîì α îäèí äî îäíîãî. Ïîáóäóéòå âåêòîðè ð³çíèö³ (
a
− b
)
òà (
b
− a
)
. Ïðîñë³äêóéòå, ÿê çì³íþºòüñÿ ìîäóëü âåêòîðà ð³çíèö³, ÿêùî êóò α ì³æ âåêòîðàìè a
³ b
çì³íþâàòè â³ä 0 ° äî 180 ° .
§ 4 Графіки функцій та правила їх побудови
3 Ôóíêö³îíàëüí³ çàëåæíîñò³ âåëè÷èí.
3 Ãðàô³êè ôóíêö³é òà ïðàâèëà ¿õ ïîáóäîâè.
Ôóíêö³îíàëüí³ çàëåæíîñò³ âåëè÷èí.
Ñïîñòåð³ãàþ÷è çà áóäü-ÿêèì ïðîöåñîì, ìîæíà ïîì³òèòè, ùî îäí³ âåëè÷èíè çì³íþþòü ñâîº çíà÷åííÿ, ³íø³ – í³. Âåëè÷èíè, ÿê³ ó ïåâíîìó ïðîöåñ³ âåñü ÷àñ çáåð³ãàþòü ñâîº çíà÷åííÿ íåçì³ííèì, íàçèâàþòüñÿ ïîñò³éíèìè
. Çì³ííèìè
º âåëè÷èíè, çíà÷åííÿ ÿêèõ ó ïåâíîìó ïðîöåñ³ çì³íþºòüñÿ.
Íàïðèêëàä, ï³ä ÷àñ çëüîòó ë³òàêà â³äñòàíü â³ä ïîâåðõí³ çåìë³ çá³ëüøóºòüñÿ, ê³ëüê³ñòü áåíçèíó ó áàêàõ çìåíøóºòüñÿ, ðîçì³ðè ë³òàêà çàëèøàþòüñÿ ïîñò³éíèìè.
Îäíà ³ òà ñàìà âåëè÷èíà â îäíîìó ïðîöåñ³ ìîæå áóòè ïîñò³éíîþ, â ³íøîìó – çì³ííîþ. Ïðîòå º òàê³ âåëè÷èíè, ÿê³ âåñü ÷àñ çáåð³ãàþòü ñâîº çíà÷åííÿ – êîíñòàíòè
(¿õ ïðèéíÿòî çàïèñóâàòè: const) .
Íàïðèêëàä, â³äíîøåííÿ äîâæèíè êîëà äî éîãî ðàä³óñà; ñóìà êóò³â òðèêóòíèêà; ïèòîìà òåïëîºìí³ñòü ðå÷îâèíè; âåëè÷èíà åëåìåíòàðíîãî åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó òîùî.
×àñòî îäíà çì³ííà âåëè÷èíà çàëåæèòü â³ä ³íøî¿. ßêùî äâ³ çì³íí³ âåëè÷èíè ïîâ’ÿçàí³ ì³æ ñîáîþ òàê, ùî êîæíîìó çíà÷åííþ îäí³º¿ ç íèõ â³äïîâ³äຠïåâíå çíà÷åííÿ ³íøî¿, òî êàæóòü, ùî ì³æ öèìè çì³ííèìè º ôóíêö³îíàëüíà çàëåæí³ñòü. Ïðèêëàäè ôóíêö³îíàëüíèõ çàëåæíîñòåé: l
= 2 π R
– äîâæèíà êîëà ³ éîãî ðàä³óñ, R
= R
0
(1 + α t
) åëåêòðè÷íèé îï³ð ïðîâ³äíèêà òà éîãî òåìïåðàòóðà.
ßêùî äâ³ çì³íí³ çíàõîäÿòüñÿ ó ôóíêö³îíàëüí³é çàëåæíîñò³, òî òà ç íèõ, ÿêà íàáóâຠäîâ³ëüí³ äîïóñòèì³ çíà÷åííÿ íàçèâàºòüñÿ àðãóìåíòîì (íåçàëåæíîþ çì³ííîþ)
, ³íøà, çíà÷åííÿ ÿêî¿ çàëåæèòü â³ä çíà÷åíü àðãóìåíòó, – ôóíêö³ºþ (çàëåæíîþ çì³ííîþ).
Íàïðèêëàä, â³äîìî, ÷èì âèùà òåìïåðàòóðà, òèì á³ëüøîþ ñòຠäîâæèíà ñòàëüíîãî ñòåðæíÿ, òîáòî äîâæèíà ñòåðæíÿ çàëåæèòü â³ä òåìïåðàòóðè. Ó öüîìó âèïàäêó òåìïåðàòóðà – àðãóìåíò, äîâæèíà ñòåðæíÿ – ôóíêö³ÿ. ßêùî âåëè÷èíà y
º ôóíêö³ºþ âåëè÷èíè õ
, òî ìàòåìàòè÷íî öå çàïèñóþòü òàê: y
= f
( x
). Íàïðèêëàä, øëÿõ, ùî ïðîõîäèòü ò³ëî º ôóíêö³ºþ ÷àñó ðóõó ò³ëà: s
= f
( t
).
Ôóíêö³ºþ íàçèâàþòü ³ ñàì çàêîí (ïðàâèëî) f âçàºìîçâ’ÿçêó âåëè÷èí.
Ôóíêö³þ ìîæíà çàäàòè ôîðìóëîþ, çà ÿêîþ çà ïåâíèì çíà÷åííÿì àðãóìåíòó ìîæíà îá÷èñëèòè â³äïîâ³äíå çíà÷åííÿ ôóíêö³¿. Òàêèé ñïîñ³á âèçíà÷åííÿ ôóíêö³¿ íàçèâàºòüñÿ àíàë³òè÷íèì
. Ôóíêö³þ òàêîæ ìîæíà çàäàòè òàáëè÷íèì
, ãðàô³÷íèì, îïèñîâèì
òà ³íøèìè ñïîñîáàìè.
Ãðàô³êè ôóíêö³é òà ïðàâèëà ¿õ ïîáóäîâè.
Ïðè ðîçâ’ÿçóâàíí³ ô³çè÷íèõ çàäà÷ íàé÷àñò³øå êîðèñòóþòüñÿ àíàë³òè÷íèì àáî ãðàô³÷íèì ñïîñîáàìè âèçíà÷åííÿ ôóíêö³é.
Çâåðíåìî óâàãó íà ãðàô³÷íèé ìåòîä çîáðàæåííÿ ôóíêö³îíàëüíî¿ çàëåæíîñò³ – ïîáóäîâó ãðàô³ê³â. Çà äîïîìîãîþ ãðàô³êà ìîæíà íàî÷íî ïîäàòè ôóíêö³îíàëüíó çàëåæí³ñòü ô³çè÷íèõ âåëè÷èí, ç’ÿñóâàòè, ó ÷îìó ñóòü ïðÿìî¿ òà îáåðíåíî¿ ïðîïîðö³éíîñò³ ì³æ íèìè, âêàçàòè, ÿê øâèäêî çðîñòຠ÷è ñïàäຠ÷èñëîâå çíà÷åííÿ îäí³º¿ ô³çè÷íî¿ âåëè÷èíè çàëåæíî â³ä çì³íè ³íøî¿, êîëè âîíà äîñÿãຠìàêñèìàëüíîãî ÷è ì³í³ìàëüíîãî çíà÷åííÿ, ³ ò. ³í.
Ó êóðñ³ ìàòåìàòèêè âè óæå âèâ÷àëè äåÿê³ ãðàô³êè ôóíêö³é òà ïðàâèëà ¿õ ïîáóäîâè. Ïðèãàäàºìî ò³, ÿê³ íàé÷àñò³øå âèêîðèñòîâóþòüñÿ ïðè ðîçâ’ÿçóâàíí³ ô³çè÷íèõ çàäà÷.
Ãðàô³ê ë³í³éíî¿ ôóíêö³¿.
˳í³éíîþ ôóíêö³ºþ íàçèâàþòü ôóíêö³þ, ÿêó ìîæíà âèðàçèòè ôîðìóëîþ y
= ax
+ b
, äå õ
– àðãóìåíò, à
i b
– çàäàí³ ÷èñëà.
Ãðàô³êîì ë³í³éíî¿ ôóíêö³¿ º ïðÿìà. Çàëåæíî â³ä çíàêà ³ çíà÷åííÿ êóòîâîãî êîåô³ö³ºíòà à
òà ñòàëî¿ b
ãðàô³ê ôóíêö³¿ áóäå ìàòè â³äïîâ³äíèé âèãëÿä ( ìàë. 11
) .
ßêùî à
= 0, ãðàô³ê ë³í³éíî¿ ôóíêö³¿ º ïðÿìîþ, ïàðàëåëüíîþ îñ³ àáñöèñ, ùî
ïðîõîäèòü ÷åðåç òî÷êó b
íà îñ³ îðäèíàò.
Ïðèêëàäàìè â³äîìèõ âàì ë³í³éíèõ çàëåæíîñòåé ô³çè÷íèõ âåëè÷èí º: çàëåæí³ñòü ïðîéäåíîãî øëÿõó â³ä ÷àñó ïðè ð³âíîì³ðíîìó ðóñ³ ò³ëà l
= υ · t
, äå
Ìàë.
11. Ãðàô³ê ë³í³éíî¿ ôóíêö³¿
υ = const; çàëåæí³ñòü ñèëè ñòðóìó â ïðîâ³äíèêó â³ä íàïðóãè íà éîãî ê³íöÿõ I
= U
· R
, äå R
= const; ðîáîòà, ÿêó âèêîíóº ñèëà, ùî ïîñò³éíî 䳺 íà ò³ëî, ïðè éîãî ïðÿìîë³í³éíîìó ð³âíîì³ðíîìó ðóñ³ A
= F
· s
, òà áàãàòî ³íøèõ.
Ãðàô³ê îáåðíåíî ïðîïîðö³éíî¿ çàëåæíîñò³.
Çàëåæí³ñòü ì³æ âåëè÷èíàìè x
i y
, ÿêó ìîæíà âèðàçèòè ôîðìóëîþ y
= a
/ x
, äå õ
– àðãóìåíò, à
– çàäàíå ÷èñëî, íàçèâàþòü îáåðíåíî ïðîïîðö³éíîþ çàëåæí³ñòþ.
Ãðàô³êîì îáåðíåíî ïðîïîðö³éíî¿ çàëåæíîñò³ º êðèâà, ùî ñêëàäàºòüñÿ ç äâîõ îêðåìèõ â³òîê, ðîçòàøîâàíèõ ó ïåðø³é òà
òðåò³é ÷âåðòÿõ êîîðäèíàòíî¿ ïëîùèíè ïðè a
> 0 ( ìàë. 12, à
), àáî ó äðóã³é òà ÷åòâåðò³é – ïðè a
< 0 ( ìàë. 12, á
). Öÿ ë³í³ÿ íàçèâàºòüñÿ ã³ïåðáîëîþ
.
Ìàë.
12. Ãðàô³êè îáåðíåíî ïðîïîðö³éíî¿ ôóíêö³¿
³äîìèìè âàì îáåðíåíèìè ïðîïîðö³ÿìè º: çàëåæí³ñòü ïåð³îäó îáåðòàííÿ â³ä ÷àñòîòè îáåðòàííÿ T
= 1/ ν , çàëåæí³ñòü ñèëè ñòðóìó â ïðîâ³äíèêó â³ä âåëè÷èíè éîãî îïîðó ïðè ïîñò³éí³é íàïðóç³ I
= U
/ R
, äå U
= const, òà ³íø³.
Ãðàô³ê êâàäðàòè÷íî¿ ôóíêö³¿
.
Êâàäðàòè÷íîþ íàçèâàþòü ôóíêö³þ, ÿêó ìîæíà âèðàçèòè ôîðìóëîþ y
= ax
2
+ bx
+ c
, äå õ
– àðãóìåíò; à, b, c
– çàäàí³ ÷èñëà. ¯¿ ãðàô³êîì º êðèâà, ÿêó íàçèâàþòü ïàðàáîëîþ.
Êîîðäèíàòè âåðøèíè ïàðàáîëè ( m; n
) âèçíà÷àþòüñÿ çà ôîðìóëàìè:
m
= − b
, n
= − b
2 − 4 ac
= − D
,
2 a
4 a
4 a
äå D
– äèñêðèì³íàíò.
¯¿ â³ññþ ñèìåò𳿠º ïðÿìà x
= m
. Ïðè a
> 0 â³òêè ïàðàáîëè íàïðàâëåí³ âãîðó, à ïðè a
< 0 – âíèç. Ó òàáëèö³ ïîêàçàíî ïîëîæåííÿ ãðàô³êà ôóíêö³¿ y
= ax
2
+ bx
+ c
çàëåæíî â³ä çíàê³â êîåô³ö³ºíòà a
òà äèñêðèì³íàíòà D
.
Ç ïðèêëàäàìè ïîáóäîâè òàêèõ ãðàô³ê³â ìè çãîäîì îçíàéîìèìîñü ïðè âèâ÷åíí³ ïðèñêîðåíîãî ðóõó (§ 10).
Òàáëèöÿ ïîëîæåííÿ ãðàô³êà ôóíêö³¿
y
= ax
2
+ bx
+ c
çàëåæíî â³ä çíàê³â êîåô³ö³ºíòà a
Дайте відповіді на запитання
1. Ùî íàçèâàþòü ôóíêö³îíàëüíîþ çàëåæí³ñòþ? Íàâåä³òü ïðèêëàäè ôóíêö³îíàëüíèõ çàëåæíîñòåé ô³çè÷íèõ âåëè÷èí.
2. Îõàðàêòåðèçóéòå îñîáëèâîñò³ ïîáóäîâè ãðàô³êà ôóíêö³¿ y
= ax
+ b
.
3. Îõàðàêòåðèçóéòå îñîáëèâîñò³ ïîáóäîâè ãðàô³êà ôóíêö³¿ y
= ax
2
+ bx
+ c
.
4. Çîáðàç³òü ãðàô³÷íî ðîáîòó òðàêòîðà ñèëîþ òÿãè F
= 500 êÍ íà øëÿõó s
= 300 ì.
5. ×èì â³äð³çíÿþòüñÿ ì³æ ñîáîþ ãðàô³êè s
= υ t
³ s
= s
0
+ υ t
, ïðè υ = const?
§ 5 Класична механіка – перша фізична теорія
3 ²ñòîð³ÿ ðîçâèòêó â÷åííÿ ïðî ìåõàí³÷íèé ðóõ.
3 Çàãàëüí³ â³äîìîñò³ ïðî ìåõàí³÷íèé ðóõ.
3 Îñíîâíà çàäà÷à ìåõàí³êè.
²ñòîð³ÿ ðîçâèòêó â÷åííÿ ïðî ìåõàí³÷íèé ðóõ.
Âèâ÷åííÿ íàâêîëèøíüîãî ñâ³òó ïîêàçàëî, ùî ìàòåð³ÿ ïîñò³éíî ðóõàºòüñÿ. Áóäü-ÿêà çì³íà, ùî â³äáóâàºòüñÿ â ïðèðîä³, º ðóõîì ìàòåð³¿.
Ðóõ ìàòå𳿠äîñèòü ñêëàäíèé. ³í ìîæå âèÿâëÿòèñü ó ð³çíèõ ôîðìàõ, çì³íþâàòè ñâîþ ôîðìó, àëå ñàì ðóõ ìàòå𳿠íå ñòâîðþºòüñÿ ³ íå çíèùóºòüñÿ.
Ùîá çðîçóì³òè íàâêîëèøí³é ñâ³ò, òðåáà ïåðåäóñ³ì äîñë³äèòè ðóõ
. Íàéóï³çíàâàí³øèì, íàî÷íèì ³ äîñòóïíèì äëÿ äîñë³äæåííÿ º ìåõàí³÷íèé ðóõ.
|
Íàçâà «ìåõàí³êà» ïîõîäèòü â³ä ãðåöüêîãî ñëîâà m
ē chan³k
ē
, ùî îçíà÷ຠ«íàóêà ïðî ìàøèíè, ìèñòåöòâî êîíñòðóþâàííÿ ìàøèí».
Ïåðø³ òðàêòàòè ç ìåõàí³êè, äå îïèñàí³ ïðîñò³ ìåõàí³çìè (âàæ³ëü, êëèí, êîëåñî, ïîõèëà ïëîùèíà), íàëåæàòü ó÷åíèì Ñòàðîäàâíüî¿ Ãðåö³¿, ïåðåäóñ³ì Àðèñòîòåëþ é Àðõ³ìåäó.
Àðõ³ìåä óâ³éøîâ â ³ñòîð³þ íàóêè ÿê àâòîð çàêîíó ã³äðîñòàòèêè, íàçâàíîãî éîãî ³ì’ÿì, ÿê âèíàõ³äíèê âàæåëÿ. Â÷åíèé óïåðøå çàñòîñóâàâ ìàòåìàòèêó äëÿ àíàë³çó ³ îïèñó ìåõàí³÷íèõ ðóõ³â.
Íîâèé åòàï ðîçâèòêó ìåõàí³êè â³äêðèâàþòü ïðàö³ Ãàë³ëåî Ãàë³ëåÿ (1564– 1642) – âåëèêîãî ³òàë³éñüêîãî ô³çèêà é àñòðîíîìà, ÿêèé óïåðøå çàñòîñóâàâ åêñïåðèìåíòàëüíèé ìåòîä ó íàóö³, ñôîðìóëþâàâ çàêîí ³íåðö³¿, âñòàíîâèâ çàêîíè ïàä³ííÿ ò³ë ³ êîëèâàíü ìàÿòíèêà.
×åðåç ð³ê ï³ñëÿ ñìåðò³ Ãàë³ëåÿ íàðîäèâñÿ ²ñààê Íüþòîí (1643–1727) – âèäàòíèé àíãë³éñüêèé ô³çèê, àñòðîíîì, ìàòåìàòèê. Éîãî íàçèâàþòü çàñíîâíèêîì êëàñè÷íî¿ ìåõàí³êè,
àáî, ÿê êàæóòü, ìåõàí³êè Íüþòîíà. ³í ñôîðìóëþâàâ îñíîâí³ çàêîíè ìåõàí³÷íîãî ðóõó, â³äêðèâ çàêîí âñåñâ³òíüîãî òÿæ³ííÿ, ïîÿñíèâ îñîáëèâîñò³ ðóõó ̳ñÿöÿ, ðîçãëÿíóâ òåîð³þ ïðèïëèâ³â ³ â³äïëèâ³â.
Çàãàëüí³ â³äîìîñò³ ïðî ìåõàí³÷íèé ðóõ.
Ìåõàí³÷íèé ðóõ íàéïîøèðåí³øèé
ó ïðèðîä³. Â³í º ñêëàäîâîþ á³ëüø ñêëàäíèõ íåìåõàí³÷íèõ ïðîöåñ³â.
|
Ðîçóì³ííÿ ³ ï³çíàííÿ íàâêîëèøíüîãî ñâ³òó áóëè á íåìîæëèâ³ áåç ðîçóì³ííÿ ñàìå çàêîí³â ìåõàí³÷íîãî ðóõó.
Íàïðèêëàä, êîëèâàííÿ ³ õâèë³
ð³çíî¿ ô³çè÷íî¿ ïðèðîäè ìàþòü çàãàëüí³ çàêîíîì³ðíîñò³ ³ îïèñóþòüñÿ îäíàêîâèìè ìàòåìàòè÷íèìè ð³âíÿííÿìè. Çâóê – öå ìåõàí³÷íà õâèëÿ, ñâ³òëî – åëåêòðîìàãí³òíà, àëå ïîøèðåííÿ ¿õ ó ïðîñòîð³ ìຠñï³ëüí³ îçíàêè õâèëüîâîãî ðóõó.
Çàâäÿêè äîñë³äæåííþ ðóõó ð³äèí
³ ãàç³â
ñòàëî ìîæëèâèì îñâîºííÿ ïîâ³- Àðèñòîòåëü Àðõ³ìåä
òðÿíîãî ³ âîäíîãî ïðîñòîð³â, à çàâäÿêè äîñë³äæåííþ ðåàêòèâíîãî ðóõó
– êîñì³÷íîãî ïðîñòîðó.
Ðîçóì³ííÿ ³ çíàííÿ çàêîí³â ìåõàí³÷íîãî ðóõó íåîáõ³äíå äëÿ ïîÿñíåííÿ ÿê ðóõó ïðîñòîãî êîëåñà, òàê ³ ðóõó äåòàëåé ñêëàäíèõ óñòàíîâîê.
Ìåõàí³÷í³ ðóõè ò³ë òàêîæ ìîæóòü áóòè äîñèòü ñêëàäíèìè ³ ð³çíîìàí³òíèìè, òîìó âèâ÷åííÿ ¿õ óòðóäíþºòüñÿ. Òîæ
ïðè äîñë³äæåíí³ ìåõàí³÷íîãî ðóõó íàìà- Ãàë³ëåî Ãàë³ëåé ²ñààê Íüþòîí
ãàþòüñÿ âèîêðåìèòè ïðîñò³ø³ ôîðìè, ³ òîä³ áóäü-ÿêèé ñêëàäíèé ðóõ ìîæíà ðîçãëÿäàòè ÿê êîìá³íàö³þ ïðîñòèõ ðóõ³â.
|
Ó âîñüìîìó êëàñ³ âè îçíàéîìèëèñÿ ç äåÿêèìè îçíàêàìè ïîñòóïàëüíîãî ðóõó
. Âè çíàºòå, ùî ðóõîìå ò³ëî çä³éñíþº ïåðåì³ùåííÿ ó ïðîñòîð³ çà ïåâíîþ òðàºêòîð³ºþ. Çà ôîðìîþ òðàºêòî𳿠ðóõè ïîä³ëÿþòü íà ïðÿìîë³í³éí³
³ êðèâîë³í³éí³
.
Äîâæèíó òðàºêòî𳿠ìîæíà âèì³ðÿòè ³ òàêèì ÷èíîì ä³çíàòèñÿ ïðîéäåíèé ò³ëîì øëÿõ. À çíàþ÷è äîâæèíó øëÿõó ³ ÷àñ, çà ÿêèé ò³ëî éîãî ïðîõîäèòü, ìîæíà âèçíà÷èòè øëÿõîâó øâèäê³ñòü (ìè ãîâîðèëè òîä³ ïðîñòî øâèäê³ñòü ðóõó). Äîñë³äæóþ÷è á³ëüø ñêëàäí³ ôîðìè ðóõó, ìè ç’ÿñóºìî, ùî øâèäê³ñòü ðóõó ò³ëà äóæå âàæëèâà éîãî âëàñòèâ³ñòü ³ â³ä íå¿ áàãàòî â ÷îìó çàëåæèòü õàðàêòåð ðóõó. Ïîêè ùî âè çíàºòå, ÿêùî øâèäê³ñòü ðóõó íå çì³íþºòüñÿ – ò³ëî ðóõàºòüñÿ ð³âíîì³ðíî
,
ðóõ ç³ çì³ííîþ øâèäê³ñòþ áóäå íåð³âíîì³ðíèì
. Ñåðåä íåð³âíîì³ðíèõ ðóõ³â ìè íàâ÷èìîñÿ ç âàìè äîñë³äæóâàòè ð³âíîïðèñêîðåíèé ðóõ, îáåðòàëüíèé ðóõ òâåðäîãî ò³ëà.
Ïðîòå ó ÷èñòîìó âèãëÿä³ â ïðèðîä³ íå ³ñíóº ÿê âèêëþ÷íî ð³âíîì³ðíîãî, òàê ³ ð³âíîïðèñêîðåíîãî ïðÿìîë³í³éíîãî ðóõó. Öå ³äåàë³çàö³¿, ùî äàþòü çìîãó çðîçóì³òè ñêëàäí³øå íà îñíîâ³ ïðîñò³øîãî. Êð³ì òîãî, äëÿ äîñë³äæåííÿ ìåõàí³÷íîãî ðóõó çàñòîñîâóþòü ³íø³ ³äåàë³çàö³¿ – ô³çè÷í³ ìîäåë³
,
çà äîïîìîãîþ ÿêèõ äåùî ñïðîùóºòüñÿ âèâ÷åííÿ ìåõàí³÷íîãî ðóõó. Íàïðèêëàä, ÿêùî ìè ðîçãëÿäàòèìåìî ðóõ ïîòÿãà ì³æ Êèºâîì ³ Ëüâîâîì, òî, âèçíà÷àþ÷è éîãî ïîëîæåííÿ â ïðîñòîð³, ìè ìîæåìî çíåõòóâàòè éîãî ðîçì³ðàìè ³ ïðèéíÿòè éîãî çà ìàòåð³àëüíó òî÷êó
.
Ìàòåð³àëüíà òî÷êà
– öå àáñòðàêòíà ìîäåëü, ÿêà ââîäèòüñÿ äëÿ ñïðîùåííÿ âèâ÷åííÿ ìåõàí³÷íîãî ðóõó.
Îáåðòàëüíèé ðóõ ò³ë âèâ÷àþòü çà äîïîìîãîþ ìîäåë³
àáñîëþòíî òâåðäîãî ò³ëà
.
Êîëèâàëüí³ ðóõè âèâ÷àþòü çà äîïîìîãîþ ìîäåëåé ìàÿòíèê³â
(ìàòåìàòè÷íîãî, ïðóæèííîãî òà ô³çè÷íîãî).
Îñíîâíà çàäà÷à ìåõàí³êè.
Îñíîâíîþ çàäà÷åþ ìåõàí³êè º îïèñ ìåõàí³÷í îãî ðóõó ò³ë, òîáòî âñòàíîâëåííÿ çàêîíó (ð³âíÿííÿ) ðóõó
ò³ëà íà îñíîâ³ õàðàêòåðèñòèê, ùî éîãî îïèñóþòü (êîîðäèíàòè, ïåðåì³ùåííÿ, äîâæèíà ïðîéäåíîãî øëÿõó, êóò ïîâîðîòó, øâèäê³ñòü, ïðèñêîðåííÿ òîùî). ²íøèìè ñëîâàìè, ÿêùî çà äîïîìîãîþ ñêëàäåíîãî çàêîíó (ð³âíÿííÿ)
ðóõó
ìîæíà âèçíà÷èòè ïîëîæåííÿ ò³ëà ó áóäü-ÿêèé ìîìåíò ÷àñó
, òî îñíîâíà çàäà÷à ìåõàí³êè ââàæàºòüñÿ ðîçâ’ÿçàíîþ.
|
Çàëåæíî â³ä îáðàíèõ ô³çè÷íèõ âåëè÷èí ³ ìåòîä³â ðîçâ’ÿçàííÿ îñíîâíî¿ çàäà÷³ ìåõàí³êè ¿¿ ïîä³ëÿþòü íà ê³íåìàòèêó, äèíàì³êó òà ñòàòèêó.
ʳíåìàòèêà
– ðîçä³ë ìåõàí³êè, â ÿêîìó âèâ÷àºòüñÿ ìåõàí³÷íèé ðóõ áåç ðîçãëÿäàííÿ éîãî ïðè÷èí. ʳíåìàòèêà äຠâ³äïîâ³äü íà ïèòàííÿ, äå áóäå ò³ëî ó ïðîñòîð³
ç ïëèíîì ÷àñó, ÿêùî â³äîì³ éîãî ïî÷àòêîâ³ õàðàêòåðèñòèêè.
Äèíàì³êà
– ðîçä³ë ìåõàí³êè, â ÿêîìó âèâ÷àþòü çàêîíîì³ðíîñò³ ìåõàí³÷íîãî ðóõó ò³ë ï³ä 䳺þ ïðèêëàäåíèõ äî íèõ ñèë. Äèíàì³êà äຠâ³äïîâ³äü íà ïèòàííÿ, ÷îìó ñàìå òàê
ðóõàºòüñÿ ò³ëî.
Ñòàòèêà
– ðîçä³ë ìåõàí³êè, ÿêèé âèâ÷ຠóìîâè ð³âíîâàãè ìàòåð³àëüíèõ ò³ë ï³ä 䳺þ ïðèêëàäåíèõ äî íèõ ñèë.
Ñë³ä òàêîæ çàóâàæèòè, ùî çàêîíè êëàñè÷íî¿ ìåõàí³êè íå çàâæäè ìîæóòü áóòè çàñòîñîâíèìè. Íàïðèêëàä, ðóõ îäí³º¿ ìîëåêóëè ìîæíà îïèñàòè çàêîíàìè ìåõàí³÷íîãî ðóõó, à ðóõ ¿õ ñóêóïíîñò³ â ò³ë³ îïèñóºòüñÿ óæå ³íøèìè – ñòàòèñòè÷íèìè çàêîíàìè
. Ðóõ ò³ëà ç³ øâèäê³ñòþ, áëèçüêîþ äî øâèäêîñò³ ñâ³òëà (øâèäê³ñòü ñâ³òëà ïîçíà÷àþòü ë³òåðîþ ñ,
ñ
= 300 000 êì/ñ), îïèñóºòüñÿ ðåëÿòèâ³ñòñüêèìè çàêîíàìè.
Ðóõ ³ âçàºìîä³þ åëåìåíòàðíèõ ÷àñòèíîê ì³êðîñâ³òó îïèñóþòü ó êâàíòîâ³é ìåõàí³ö³.
Ãîâîðÿ÷è «ìåõàí³êà», ìè ðîçóì³òèìåìî ñàìå êëàñè÷íó ìåõàí³êó, ÿêà áàçóºòüñÿ íà çàêîíàõ ìåõàí³÷íîãî ðóõó, ñôîðìóëüîâàíèõ Íüþòîíîì, ³ ÿêà ñòàëà ïîøòîâõîì äî ñòâîðåííÿ ñó÷àñíî¿ êâàíòîâî¿ ô³çèêè.
Âèâ÷åííÿ ìåõàí³êè ìè ïî÷èíàºìî ç ¿¿ ïåðøîãî ðîçä³ëó – ê³íåìàòèêè.
Дайте відповідь на запитання
1. Ùî òàêå ìåõàí³÷íèé ðóõ? Íàâåä³òü ïðèêëàäè ð³çíèõ âèä³â ìåõàí³÷íîãî ðóõó.
2. Âíåñîê ÿêèõ â÷åíèõ ó ðîçâèòîê ìåõàí³êè º âàãîìèì?
3. Ùî º îñíîâíîþ çàäà÷åþ ìåõàí³êè?
4. Íàçâ³òü ðîçä³ëè ìåõàí³êè.
5. ×è ìຠìåõàí³êà Íüþòîíà ìåæ³ çàñòîñóâàííÿ?
Ð Î Ç Ä ² Ë 1
Ñë³ä çàçíà÷èòè, ùî îäíå é òå ñàìå ò³ëî íå çàâæäè ìîæíà ââàæàòè ìàòåð³àëüíîþ òî÷êîþ. Íàïðèêëàä, âåëîñèïåäèñòà, ÿêèé ðóõàºòüñÿ ïî äîðîç³ ³ äîëຠâ³äñòàíü 1 êì, ìîæíà ââàæàòè ìàòåð³àëüíîþ òî÷êîþ, àëå íå ìîæíà – ÿêùî òðåáà âèçíà÷èòè, íà ÿêèé êóò â³í íàõèëÿºòüñÿ ïðè ïîâîðîò³.
Ìîæíà ÷è íå ìîæíà ââàæàòè ò³ëî ìàòåð³àëüíîþ òî÷êîþ – çàëåæèòü íå â³ä ðîçì³ð³â ò³ëà, à â³ä ïîñòàâëåíî¿ çàäà÷³.
Íàäàë³, ÿêùî ìè ðîçãëÿäàòèìåìî ïîñòóïàëüíèé ðóõ ò³ëà àáî ðóõ ò³ëà, ðîçì³ðè ÿêîãî ìàë³, ïîð³âíÿíî ç äîâæèíîþ ïðîéäåíîãî øëÿõó, òî ââàæàòèìåìî ò³ëî ìàòåð³àëüíîþ òî÷êîþ.
³äíîñí³ñòü ðóõó. Ñèñòåìà â³äë³êó.
Îñíîâíîþ îçíàêîþ ìåõàí³÷íîãî ðóõó ò³ëà º òå, ùî âîíî çì³íþº ñâîº ïîëîæåííÿ. Ùîá ô³êñóâàòè çì³íó ïîëîæåííÿ ò³ëà ó ïðîñòîð³, íåîáõ³äíî âñòàíîâèòè, â³äíîñíî ÷îãî
â³äáóâàºòüñÿ ñàìå öÿ çì³íà. ßê âè, íàïåâíî, áà÷èëè, êð³ì ðóõîìèõ ò³ë º íåðóõîì³. Íå ðóõàþòüñÿ áóäèí-
êè, ìîñòè, äåðåâà. Àëå íå ðóõàþòüñÿ â³äíîñíî ÷îãî? ³äíîñíî Çåìë³, òàê – âîíè íåðóõîì³, à â³äíîñíî Ñîíöÿ – âîíè îáåðòàþòüñÿ íàâêîëî íüîãî ðàçîì ³ç Çåìëåþ. Îòæå, â³äíîñí³ñòü
– âàæëèâà îçíàêà ìåõàí³÷íîãî ðóõó.
Ïîíÿòòÿ «ðóõ» ³ «ñïîê³é» – â³äíîñí³ ³ çàëåæàòü â³ä îáðàíî¿ ñèñòåìè â³äë³êó.
Äëÿ ðîçâ’ÿçàííÿ áóäü-ÿêî¿ çàäà÷³ ïðî ðóõ íåîáõ³äíî ïåðåäóñ³ì âèáðàòè ñèñòåìó â³äë³êó
, â ÿê³é äîñë³äæóâàòèìåòüñÿ ðóõ ò³ëà.
Íàïðèêëàä, àâòîìîá³ëü ¿äå ïî äîðîç³. Ïîëîæåííÿ àâòîìîá³ëÿ çì³íþºòüñÿ â³äíîñíî äåðåâ, áóäèíê³â, ùî ñòîÿòü íà óçá³÷÷³. Ó öüîìó âèïàäêó äåðåâî ÷è áóäèíîê ìîæíà ââàæàòè çà ò³ëî â³äë³êó,
â³äíîñíî ÿêîãî ðîçãëÿäàºòüñÿ ðóõ àâòîìîá³ëÿ. Ò³ëîì â³äë³êó ìîæå áóòè é ³íøèé àâòîìîá³ëü, ùî ¿äå ïî äîðîç³. Ò³ëî â³äë³êó ìîæíà îáèðàòè äîâ³ëüíî.
Àëå äëÿ îïèñó ìåõàí³÷íîãî ðóõó ò³ëà îáðàòè ò³ëüêè ò³ëî â³äë³êó íåäîñòàòíüî. Ùå íåîáõ³äíî ô³êñóâàòè, ÿê ñàìå çì³íþºòüñÿ éîãî ïîëîæåííÿ
â³äíîñíî îáðàíîãî ò³ëà â³äë³êó. Äëÿ öüîãî âèáèðàþòü ñèñòåìó êîîðäèíàò ³ ïðèëàä äëÿ âèì³ðþâàííÿ ÷àñó (íàé÷àñò³øå ãîäèííèê).
ßê ïðàâèëî, ïî÷àòîê êîîðäèíàò ñóì³ùàþòü ç ò³ëîì â³äë³êó. Ó öüîìó ðàç³ çì³íà ïîëîæåííÿ ðóõîìîãî ò³ëà â³äíîñíî ò³ëà â³äë³êó âèçíà÷àòèìåòüñÿ çì³íîþ éîãî êîîðäèíàò ó ÷àñ³.
|
ʳíåìàòè÷í³ ñïîñîáè âèçíà÷åííÿ ïîëîæåííÿ ò³ëà.
Ñèñòåìó â³äë³êó â ê³íåìàòèö³ âèáèðàþòü, êåðóþ÷èñü ëèøå ì³ðêóâàííÿìè çðó÷íîñò³ äëÿ ìàòåìàòè÷íîãî îïèñó ðóõó.
Íàïðèêëàä, íàì íåîáõ³äíî äîñë³äèòè ðóõ ò³ëà, êèíóòîãî âåðòèêàëüíî âãîðó. Ó òàêîìó âèïàäêó çà ò³ëî â³äë³êó çðó÷íî îáðàòè çåìëþ ³ ðîçãëÿäàòè ðóõ ò³ëà â³äíîñíî îäí³º¿ âåðòèêàëüíî íàïðàâëåíî¿ êîîðäèíàòíî¿ îñ³ (ðóõ óçäîâæ ïðÿìî¿). À ÿêùî, íàïðèêëàä, ò³ëî êèíóëè ï³ä êóòîì äî ãîðèçîíòó, òî éîãî ðóõ îïèñóâàòèìåòüñÿ äâîìà êîîðäèíàòàìè (ðóõ ó ïëîùèí³). Ðóõ ò³ëà ó ïðîñòîð³ çàçâè÷àé îïèñóºòüñÿ òðüîìà éîãî êîîðäèíàòàìè.
|
Ìàòåìàòè÷íî öå çàïèñóþòü òàê :
x
= x
( t
); y
= y
( t
); z
= z
( t
).
Äîñë³äèòè ðóõ ò³ëà (çì³íó éîãî ïîëîæåííÿ ó ïðîñòîð³ ç ïëèíîì ÷àñó) ìîæíà ³ çà éîãî òðàºêòîð³ºþ.
|
Òðàºêòîð³ÿ ðóõó äåÿêèõ ò³ë ìîæå áóòè çàçäàëåã³äü â³äîìîþ, òàê ñàìî, ÿê òðàºêòîð³ÿ ðóõó ïîòÿãà, ùî âèçíà÷åíà çàë³çíè÷íîþ êî볺þ, àáî òðàºêòîð³ÿ ðóõó ïëîòà òå÷³ºþ ð³÷êè. Äîñèòü ÷àñòî òðàºêòîð³þ ðóõó ò³ëà íåîáõ³äíî ðîçðàõóâàòè, âèõîäÿ÷è ç ³íøèõ õàðàêòåðèñòèê ðóõó. Íàïðèêëàä, ùîá çàïóñòèòè ñóïóòíèê, ÿêèé îáåðòàòèìåòüñÿ íàâêîëî Çåìë³, éîìó íåîáõ³äíî íàäàòè ïåâíî¿ ïî÷àòêîâî¿ øâèäêîñò³.
Òðàºêòîð³ÿ ðóõó ìîæå áóòè âèäèìîþ (ñë³ä ëèæíèêà, ñë³ä â³ä ïåíçëèêà íà ïàïåð³ ( ìàë. 14
)) ³ íåâèäèìîþ (ïîë³ò ïòàõà).
Çàëåæíî â³ä ôîðìè òðàºêòî𳿠ðîçð³çíÿþòü ïðÿìîë³í³éíèé
³ êðèâîë³í³éíèé
ðóõ. Çðîçóì³ëî, ùî òðàºêòîð³ºþ ïðÿìîë³í³éíîãî ðóõó ò³ëà º ïðÿìà ë³í³ÿ. Òðàºêòî𳿠êðèâîë³í³éíîãî ðóõó ìîæóòü áóòè äóæå ñêëàäíèìè ³ ð³çíîìàí³òíèìè. Àëå, ÿê çàçíà- Ìàë.
14. Òðàºêòî𳿠ðóõó ò³ë
÷àëîñÿ, áóäü-ÿêèé ñêëàäíèé ðóõ ìîæíà âèâ÷èòè çà äîïîìîãîþ ïðîñò³øîãî. Òàê, áóäü-ÿêèé êðèâîë³í³éíèé ðóõ ìîæíà ïîäàòè ÿê ïîñë³äîâí³ñòü ä³ëÿíîê, ùî ñêëàäàþòüñÿ ç äóã ê³ë ð³çíèõ ðàä³óñ³â ( ìàë. 15
) .
Îñê³ëüêè ò³ëî â³äë³êó ìîæíà âèáðàòè äîâ³ëüíî, òî òðàºêòîð³ÿ ðóõó îäíîãî ³ òîãî ñàìîãî ò³ëà â³äíîñíî ð³çíèõ ñèñòåì â³äë³êó áóäå ð³çíîþ. Íàïðèêëàä, óñ³ òî÷êè êîëåñà âåëîñèïåäà â³äíîñíî éîãî îñ³ îïèñóþòü êîëà. Ïðîòå â ñèñòåì³ â³äë³êó, ïîâ’ÿçàí³é ³ç
Ð Î Ç Ä ² Ë 1
Çà òðàºêòîð³ºþ ðóõó ëåã- êî âèçíà÷èòè øëÿõ, ïðîéäåíèé ò³ëîì. Äëÿ öüîãî íåîáõ³äíî âèì³ðÿòè äîâæèíó òðàºêòî𳿠ì³æ ïî÷àòêîâèì ³ íàñòóïíèì ïîëîæåííÿìè ò³ëà.
|
Äîâæèíà ïðîéäåíîãî øëÿõó ïîçíà÷àºòüñÿ ëàòèíñüêîþ ë³òåðîþ l
. Îäèíèöåþ øëÿõó º ìåòð, [ l
] = 1 ì.
Øëÿõ – âåëè÷èíà ñêàëÿðíà, òîáòî íå âèçíà÷ຠíàïðÿì ³ õàðàêòåðèçóºòüñÿ ò³ëüêè ÷èñëîâèì çíà÷åííÿì äîâæèíè ïðîéäåíîãî øëÿõó. ßêùî â³äîìî, äå ðîçòàøîâàíî ò³ëî íà ïî÷àòêó ðóõó, éîãî òðàºêòîð³ÿ ³ ïðîéäåíèé øëÿõ, òî ìîæíà âèçíà÷èòè, äå áóäå ò³ëî ó ê³íö³ ðóõó.
ßêùî òðàºêòîð³ÿ ðóõó íåâ³äîìà ³ ÿêùî
íå ìຠçíà÷åííÿ, ÿêîþ ñàìå òðàºêòîð³ºþ ðóõàºòüñÿ ò³ëî, à âàæëèâî âèçíà÷èòè çì³íó ïîëîæåííÿ ò³ëà ó ïðîñòîð³ ç ïëèíîì ÷àñó, òîä³ êîðèñòóþòüñÿ ïîíÿòòÿìè «ðàä³óñ-âåêòîð» ³ Ìàë.
17. Âèçíà÷åííÿ
«ïåðåì³ùåííÿ» ( ìàë. 17
) .
ïîëîæåííÿ ò³ëà ó ïðîñòîð³
Ðàä³óñîì-âåêòîðîì òî÷êè
íàçèâàºòüñÿ âåêòîð, ùî ñïîëó÷ຠïî÷àòîê â³äë³êó ç ö³ºþ òî÷êîþ.
Íàïðèêëàä, ó ïî÷àòêîâèé ìîìåíò ÷àñó ò³ëî ïåðåáóâຠó òî÷ö³ 1, ïîëîæåííÿ r ÿêî¿ âèçíà÷àºòüñÿ ðàä³óñîì-âåêòîðîì r
0
. Ïðîòÿãîì ³íòåðâàëó ÷àñó ∆ t
ò³ëî ïåðå- r ì³ñòèëîñü ó òî÷êó 2, ïîëîæåííÿ ÿêî¿ âèçíà÷àºòüñÿ ðàä³óñîì-âåêòîðîì r
. Çì³íó ïîëîæåííÿ ò³ëà ìîæíà âèçíà÷èòè çà ïðîéäåíèì øëÿõîì àáî çà ïåðåì³ùåííÿì.
Ïåðåì³ùåííÿ
– âåêòîð, ùî ñïîëó÷ຠïî÷àòêîâå ïîëîæåííÿ ò³ëà ç éîãî ïîëîæåííÿì ó âèáðàíèé ìîìåíò ÷àñó. r
ßê âèäíî ç ìàë. 17
âåêòîð ïåðåì³ùåííÿ s
, ïðîâåäåíèé ³ç ïî÷àòêîâî¿ òî÷êè 1 r r r r äî ê³íöåâî¿ òî÷êè, çá³ãàºòüñÿ ç ïðèðîñòîì ðàä³óñà-âåêòîðà: s
= ∆ r
= r
− r
0
. r
Ìîäóëü âåêòîðà ïåðåì³ùåííÿ ïîçíà÷àþòü s
, àáî ïðîñòî s
.
Îäèíèöåþ ïåðåì³ùåííÿ º ìåòð, [ s
] = 1 ì.
Øëÿõ ³ ïåðåì³ùåííÿ õàðàêòåðèçóþòü çì³íó ïîëîæåííÿ ò³ëà, àëå öå ð³çí³ âåëè÷èíè. Íàïðèêëàä, ùîá ä³ñòàòèñÿ ç îäíîãî íàñåëåíîãî ïóíêòó â ³íøèé, âîä³þ äîâîäèòüñÿ ¿õàòè çâèâèñòîþ äîðîãîþ ( ìàë. 18
) .
Ïðîéäåíèé øëÿõ – öå äî-