Какие существуют механические явления. Механические явления

Дата публикации 09.02.2013 20:25

На протяжении веков и тысячелетий человечество сталкивалось с множеством природных явлений, объяснить которые не всегда было в состоянии. Изменения погоды, движение небесных тел, рост растений, свет пламени, смена времен года - все эти процессы для наших предков представлялись таинственными загадками природы. Постепенно человечество пришло к объяснению материальной природы многих из них: одних – раньше, других - относительно недавно. Возникли целые разделы науки, исследующие те или иные явления природы.

Что наблюдали наши предки чаще всего? Смену дня и ночи, холода и тепла, движение облаков и солнца по небу, дождь и грозу, дуновение ветра, прорастание зерна сквозь почву, замерзание воды и таяние льда. Большую часть из наблюдаемых составляли механические явления, то есть связанные с движением и перемещением различных тел, как живых, так и неживых. К ним относится и рост травы, и движение луны по небосводу.

Механические явления , примеры которых встречаются повсюду, наряду с множеством других изучались человечеством на протяжении веков. Первоначальные знания человечества об окружающем мире со временем выросли в стройную систему. Появились целые отрасли науки, специализирующиеся на исследовании тех или иных процессов. Изучает механические явления физика, точнее, ее раздел, именуемый кинематикой - наукой о движении и перемещении тел. В основе современных представлений кинематики лежат постулаты классической механики Ньютона. Основаны они на механистическом представлении об устройстве окружающего нас мира, господствовавшем в науке вплоть до начала двадцатого века. Эти представления полностью верны и оправданы в части движений, происходящих с относительно низкими скоростями (речь не идет о скорости света) и с объектами, размер которых значительно меньше проходимого ими расстояния.

В целом механические явления - разновидность группы физических явлений. К физическим явлениям относятся те, в которых не происходит превращений одного вещества в другое. При этом агрегатное состояние вещества может меняться (вода переходит в лед), но это одно и то же вещество. Явления взаимодействий разных веществ с последующим образованием новых изучает уже другая наука - химия.

Механические явления - не единственные в физике. Кроме них, физика изучает электрические явления, происходящие при возникновении, движении, взаимодействии электрических зарядов (электроток, молния, телеграф), магнитные (притяжение магнитом металлических предметов, поворот стрелки компаса на север), оптические, происходящие при отражении и преломлении света (миражи, радуга, отражение предметов в зеркале и отбрасывание им тени), а также тепловые (таяние снега, туман, кипение воды) и атомные (атомный взрыв).

Безусловно, механические явления относятся к числу наиболее исследованных. Изучающая их наука – механика – основной своей задачей ставит определение местонахождения тела в окружающем пространстве в любой произвольно взятый момент времени. Движение тела в механике рассматривается не само по себе, а по отношению к другим телам, одно из них может приниматься за начальное при отсчете. Движение рассматривается в системе координат по трем взаимно перпендикулярным осям, имеющим общую точку отсчета.

Учитывается также относительность движения - тело может двигаться относительно одних тел и не двигаться относительно других. Существуют понятия перемещения и пути, проходимого телами. Таким образом, механика, изучающая движение тел, основной своей задачей считает нахождение положения тела в любой момент.

Большое значение в изучении механических явлений играют понятия скорости и времени, необходимые для определения пройденного пути. Наука о движении тел рассматривает также разные виды движения - поступательное, вращательное, смешанное.

Физика как наука, изучающая бесконечное разнообразие природных явлений (механических и не только), безусловно, является одной из интереснейших и увлекательнейших отраслей знаний.

Механическое Движение Тел - изменение их положения в пространстве с течением времени.
Основная задача механики: определение положения тела в пространстве в каждый момент времени.
Движение тела относительно: для определения движения тела необходимо выбрать другое тело, условно принятое за неподвижное.

Движение тела подразделяется на :
- поступательное (все точки тела двигаются одинаково);
- вращательное (точки тела описывают окружности);
- колебательное (возратно-поступательное либо возвратно-вращательное).

Основные характеристики движения материальной точки
траектория - линия, вдоль которой движется материальная точка;
пройденный путь - расстояние, пройденное точкой по е. траектории;
перемещение - вектор, направленный от положения материальной точки в начальный момент времени наблюдения к е. положению в конце промежутка времени наблюдения;
скорость - вектор, характеризующий направление и быстроту перемещения точки;
ускорение - вектор, характеризующий направление и быстроту изменения скорости точки относительно тела отсчета.

Почему муха свободно бегает по потолку, а кошка нет? Раньше думали, что мухам помогают тончайшие волосинки на лапках, которыми они цепляются за малейшие неровности на поверхности потолка.
Но когда появились мощные микроскопы, тысячекратное увеличение показало, что дело не в волосинках, а в рошечных подушечках-желёзках, выделяющих капельки клейкого вещества. Выделяется клея ровно столько, чтобы у мухи хватило сил оторвать лапку от поверхности, когда это понадобится. Ее маленькая масса помогает даже тонкому слою вещества удерживать ее.

Как мы дышим и пьем? За счет мышечного усилия мы увеличиваем объем грудной клетки, при этом давление воздуха внутри легких уменьшается. Далее атмосферное давление «вталкивает» в легкие порцию воздуха. При выдыхании происходит обратное явление.
Втягивание ртом жидкости вызывает расширение грудной клетки и разрежение воздуха как в легких, так и во рту. Повышенное по сравнению с внутренним наружное атмосферное давление «вгоняет» туда часть жидкости. Так организм человека использует атмосферное давление.

Инерция.

Существует несколько интересных явлений, демонстрирующих, что тело остается в покое до тех пор, пока на него не подействует несбалансированная сила. Рисунок показывает один из примеров проявления горизонтально направленной силы, имею-щей малый эффект или совсем его не оказывающей.

Поставьте стакан, частично наполненный водой, на стол, покрытый скатертью без швов. Затем выдерните скатерть, не трогая стакан и не разлив воду. (Если скатерти придан быстрый, резкий рывок, то горизонтально направленная сила между скатертью и основанием стакана окажется недостаточно велика и длительность ее действия не будет достаточной для продвижения стакана в горизонтальном направлении. Скатерть внезапно убрана, и стакан падает вер-тикально на стол под действием силы тяжести.

Свободное Падение.

Свободное падение - это движение тел только лишь под действием притяжения Земли (под действием силы тяжести).
В условиях Земли падение тел считается условно свободным, т.к. при падении тела в воздушной среде всегда возникает еще и сила сопротивления воздуха.
Идеальное свободное падение возможно лишь в вакууме, где нет силы сопротивления воздуха, и независимо от массы, плотности и формы все тела падают одинаково быстро, т. е. в любой момент времени тела имеют одинаковые мгновенные скорости и ускорения.
В таких условиях мы способны наблюдать наинтереснейшие явления. Например, легчайшее перышко или снежинка падали бы с такой же скоростью, как и пианино.

Плавание Тел

На твердое тело, погруженное в жидкость, действуют архимедова сила FA и сила тяжести mg. В зависимости от соотношения сил mg и FA тело может тонуть, плавать и всплывать. Если mg > FA, тело тонет; если mg = FA, то тело плавает внутри жидкости или на ее поверхности; если mg < FA, то тело всплывает до тех пор, пока архимедова сила и сила тяжести не сравняются по модулю.
Тело плавает на поверхности, если рж = рт; тело тонет, если рт > рж; тело всплывает, если рт < ржБольшинство веществ при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Вот, например, ртуть в градуснике: при нагревании она расширяется и показывает большую температуру, а при охлаждении - меньшую. Вода тоже при нагревании расширяется и сжимается при охлаждении. Однако в диапазоне температур от 0ºС до 4°С она расширяется. Так зимой могут лопнуть водопроводные трубы, если в них замёрзла вода.
Это особенность воды является одной из главных для существования жизни на Земле. Так при понижении температуры на реках и озёрах образовывается лёд, который всплывает и тем самым ограждает толщу воды от холода, который приведёт к замерзанию всего водоёма до дна. А если бы было наоборот? Лёд замерз, стал тяжелее воды и опустился на дно, вода на поверхности снова превратилась в лёд и снова опустилась... за считанные дни водоём замёрз бы от поверхности до дна, а вместе с водой замёрзли бы все животные и растения... То, что лёд легче воды "придумано" природой для того, чтоб жизнь в воде не перестала существовать, а вместе с ней и жизнь на всей Земле.

Человек и пониженное атмосферное давление.

Тело человека приспособлено к атмосферному давлению, но плохо переносит его существенное снижение. При подъёме в горына высоту примерно 4000 м (а у некоторых и ниже) многие люди чувствуют себя плохо. Признаки «горной болезни»: становится трудно дышать, не хватает воздуха, из ушей и носа идёт кровь, может быть потеря сознания. Организм же горцев приспособлен к пониженному давлению.
Благодаря атмосферному давлению суставные поверхности плотно прилегают друг к другу (в суставной сумке, охватывающей суставы, давление пониженное). Поэтому высоко в горах действие суставов расстраивается из-за пониженного атмосферного давления. Руки и ноги плохо слушаются, часто происходят вывихи.
Альпинисты и лётчики при высотных подъёмах берут с собой кислородные приборы, а перед подъёмом специально тренируются, например, в барокамере, как и космонавты. Для защиты лётчиков и космонавтов используют: герметичность корабля (см. выше случай с «Союзом 11»), поддержка давления и температурного режима (например, на корабле «Восход - 2» р=1 атм, t =18оС), при выходе из корабля в космос- специальные скафандры.
Некоторые птицы легко переносят понижение давления и залетают на большие высоты. Кондор в Андах поднимается до 9000 м, а на высоте 7000 м гнездится; горные галки на Эвересте поднимаются до 8200 м, гриф и ястреб - до 6000-7000 м. Большинство птиц не поднимается выше 4000 м.
Многие живые организмы (комнатные мухи, пиявки, глисты, черви сосальщики, спруты, осьминоги) имеют присоски, при помощи которых могут прилипнуть, присосаться к любому предмету: пиявки перемещаются по дну водоёма, осьминоги схватывают добычу. При этом присоски увеличиваются в объёме. Внутри них образуется разреженное пространство, и наружное давление воздуха прижимает их к предмету.
Атмосферное давление позволяет животным в отличие от человека свободно вытаскивать ноги из болотистой почвы. Под ногой, когда человек её приподнимает, образуется разреженное пространство и атмосферное давление препятствует вытаскиванию ноги. Чтобы её вытащить человеку, надо преодолеть не только сопротивление почвы, но и силу атмосферного давления. У лошади твёрдые копыта как поршни. У свиней и жвачных копыта состоят из нескольких частей и при вытаскивании ноги они сжимаются вследствие неравенства давлений сверху и снизу и пропускают воздух в образовавшееся углубление. Поэтому не возникает разности давлений воздуха над и под копытом, и нога поднимается легко.

Физика изучает мир, в котором мы живём, явления, в нём происходящие, открывает законы, которым подчиняются эти явления, и как они взаимосвязаны. Среди большого многообразия явлений в природе физические явления занимают особое место. К ним относятся:

1. 
   Механические явления (например, движение машин, самолётов, небесных тел, течение жидкости).
2. 
   Электрические явления (например, электрический ток, нагревание проводников с током, Электризация тел).
3. 
   Магнитные явления (например, действие магнитов на железо, влияние магнитного поля земли на стрелку компаса).
4. 
   Оптические явления (например, отражение света от зеркал, излучение световых лучей от различных источников света).
5. 
   Тепловые явления (таяние льда, кипение воды, тепловое расширение тел).
6. 
   Атомные явления (например, работа атомных реакторов, распад ядер, процессы, происходящие внутри звёзд).
7. 
   Акустические явления (например, эхо).

Задание

1. 
   Приведите примеры физических явлений: механических, электрических, магнитных, оптических, тепловых.
2. 
   Какие из перечисленных ниже явлений являются физическими?
   • 
     Тонна
   • 
     Таяние снега
   • 
     Молекула
   • 
     Кипение
   • 
     Время
   • 
     Ходьба

Занятие №2.

Любая наука использует свои специальные слова - научные термины. Физик, говоря о движении тел, обычно не считается с тем, что именно движется, т. к. для изучения механического движения это несущественно во многих задачах. Поэтому в этих случаях говорят о физическом теле.

Физическое тело – это все предметы, которые нас окружают (например, машина, стол, кружка, кукла и т.д.)

Любой материальный предмет (физическое тело) состоит из вещества, и мы можем его увидеть и потрогать.

Вещество- это, то из чего состоят все окружающие нас предметы (например, физическое тело-кружка, состоит из фарфора, фарфор-это вещество; физическое тело-ложка, состоит из алюминия, алюминий-это вещество).

Задание.

Приведите примеры 10 физических тел и веществ, из, которых они состоят.

Занятие №3

При проведении опытов мы имеем дело с физическими параметрами, которые во времени могут либо меняться, либо нет. Характеристики тел или процессов, которые могут быть изменены, называются физическими величинами.

К физическим величинам относятся объём, масса, длина, время, скорость, температура, вес, площадь и т.д.

Любая физическая величина измеряется в своих единицах. Обычно все физические величины измеряются в международной системе единиц.

Например, единицей времени считается секунда (1с), единицей длины - метр (1м).

Для измерения физических величин применяют измерительные приборы. Самыми простыми измерительными приборами являются термометр, секундомер, линейка и т.д.

Задание.

1.Отгодайте загадки о физических приборах:

Две сестры качались,

Правды добивались.

А когда добились,

То остановились.

На стене висит тарелка,

По тарелке ходит стрелка.

Эта стрелка наперёд

Нам погоду узнаёт.

Весь век идёт Ерёмушка,

Ни сна ему, ни дрёмушки.

Шагам он точно счёт ведёт,

А с места всё же не сойдёт.

2.Ниже перечислены физические величины и единицы их измерения. Выберите верное соответствие.

• 
  Длина, секунда
• 
  Время, метр
• 
  Объём, кубический метр
• 
  Температура, миллиметр