Элементарная физика: вопросы и самоделки

[horda2501]

Здравствуйте! Я новичок в Физике. Однако хочу получить хотя бы самые базовые знания в данной области Прогрессировать быстро, к сожалению, не могу по ряду причин в которые не стану вдаваться, но интерес есть и самый основательный. Тема создаётся для вопросов по фундаментальным понятиям, задачам и в будущем (возможно) по опытам/самоделкам, так как я очень люблю это дело.

Итак, первый вопрос. Я дошла до параграфа "Сила". Учебник самый простой, за 7 класс, без углублённого изложения тем, попрошу это учесть при ответах. До этого были темы по движению и ускорению, а также массе, плотности и инерции. Сила объясняется таким образом на данном этапе, мол, количественное выражение воздействия на тело такой-то массы необходимое для придания ему такого-то ускорения. До этого был такой не совсем интуитивно понятный момент как "ускорение с вектором противоположенным вектору скорости". Я так поняла это, грубо говоря, скорость торможения тела. Сейчас после параграфа "Сила" даётся следующий вопрос для проверки понимания и картинка к нему. Картинка эта даже есть на обложке, а вот объяснения ответа в учебнике нет, хотя очевидно, что понимания будет очень важно. Мне необходима проверка адекватности суждений со стороны знающих людей

Фото картинки: https://postimg.cc/QFqB3gLL

Сам вопрос таков: "На каждом из рисунков изображено тело и указаны направления силы, скорости и ускорения. Внимательно проанализируйте каждую из ситуаций и ответьте, какие из рисунков верны, а какие - нет".

Мои суждения:

а) Этот рисунок верный, так как возможна ситуация при которой несмотря на приложенную силу, хоть и в направлении движения тела, ускорения не будет. По причине большой массы тела и недостаточного воздействия силы, например, человек пытается толкать вагон поезда. Никакого ускорения эта сила не создаст для данного тела.

б) Не верный. Если сила сонаправлена векторно с движением, то она не может сообщить телу торможение. Для этого она должна быть векторно противоположена движению.

в) Верно. Бильярдный шар ударяет другой (уже движущийся) шар с такой-то силой. Тем самым эта сила сообщает ему ускорение в том же направлении что и изначальное.

г) Верно. Если приложения силы нет, то и направление движения и его ускоренность не изменяются.

д) Вроде бы "верно", но сомнительно (нужен пример). Бильярдный шар двигался с такой-то скоростью, его ударили кием с такой-то силой и он начал замедляться (ускоряться с противоположенным движению вектором).

Так же в конце параграфа были ещё вот эти вопросы, по смыслу такие же, но и на них нет ответа, кроме тех, которые можно сделать прочитав параграф.

1) "Могут ли сила и ускорение быть направлены в противоположенные стороны? Ответ поясните". Вроде могут, как в примере выше. Сообщаемая телу сила замедляет его движение.
2) "Может ли тело, на которое действует одна сила, двигаться без ускорения; находиться в покое?" Не поняла слова "одна", поэтому выделила его. С находиться в покое, кажется, ясно. Действие силы толкания человека не сдвинут вагон поезда, он будет находиться в покое, несмотря на прилагаемую силу. С двигаться без ускорения сложнее. Мол, автомобиль такой-то массы двигается с такой-то скоростью, а человек его толкает с такой-то силой. Приложение силы есть, а ускорения нет, так как действия силы количественно недостаточно для того, чтобы придать телу ускорение. (Что значит эта формулировка "одна сила" в вопросе? )

Благодарю всех кто захочет ответить на эти и другие вопросы в теме!

[EUgeneUS]

Тут нужно следующее:

1. Вспомнить второй закон Ньютона: $\vec{F} = m\vec{a}$
Если его не было в таком виде, то по крайней мере что-то подобное должно уже проговариваться словами.

Что мы тут видим? Видим, что сила $\vec{F}$ и ускорение $\vec{a}$ - это векторы. А значит у них есть направление (если векторы ненулевые).
А масса $m$, напротив, число. Умножение вектора на число не может изменить направление вектора.

2. Задаться вопросом - а что же именно изображено на рисунках. Что это за сила $\vec{F}$ нарисована там? Варианты:

i) это единственная сила, которая действует на тело.
ii) на тело действует несколько разных сил, а $\vec{F}$ - это их равнодействующая.
iii) на тело действует несколько разных сил, одна из них - $\vec{F}$, а другие не нарисованы.

Варианты i) и ii) - эквивалентны (в некотором смысле). Вариант iii) подразумевает неполноту условий, и верным может оказаться любой рисунок, поэтому мы его отбрасываем.

А в случаях i) и ii) можем применить второй закон Ньютона: $\vec{F} = m\vec{a}$
Из которого следует, что сила и ускорение должны быть направлены в одну сторону, а скорость как угодно.

Очевидным образом получаем, что верные ответы (правильные картинки) это: в) и д).

-- 25.04.2024, 20:16 --

У Вас верных ответов нет. Даже если Вы указали верно, может быть верной картинка или нет, то объяснения дали неверные.

Подумайте над этим. И попробуйте:
а) дать верные объяснения для каждой картинки.
б) понять, где и почему Вы ошиблись в каждом случае при первой попытке.

[Inquirer]

Отмечу как репетитор - Вы взяли далеко не самый простой учебник, если в нём уже в седьмом классе вводится понятие ускорения. Если Вы хотите начать прямо с самых азов - лучше брать Пёрышкина за 7 класс. Если всё же хотите более подробного, но понятного изложения - возьмите нестареющую классику - Ландсберг, "Элементарный учебник физики".
В дополнение к сказанному EUgeneUS:
1) В Вашем примере с поездом действуют две силы. 1 - сила, с которой человек толкает поезд. 2 - сила трения покоя. Замените поезд на ящик, станет очевиднее.
2) Вы зря представляете себе действие силы через удар кием. Удар - это сложное и очень кратковременное воздействие. В этих задачах лучше замените мысленно шарики на тележки и тяните их за ниточки непрерывно. Возможно, так станет понятнее.

Настоятельно рекомендую перейти к более простому учебнику Пёрышкина (и не думать пока об ускорении), либо вдумчиво и не спеша читать Ландсберга. Успехов!

[horda2501]

EUgeneUS, ваше объяснение очень сложное в контексте того, что дано ученику в этом учебнике. Там есть эта формула F=ma, но она дана без векторных стрелок (хотя уже даётся понятие об F как о векторной величине). Эта формула не обозначена ещё как закон Ньютона. Я мало что поняла из этого объяснения, к сожалению, и мне кажется я понимаю почему (см. далее). Похоже, нужно будет вернуться к этому заданию позже, когда будет больше известно о понятии сила в контексте именно такого раздела как Механика.
Inquirer, вы знаете, я просмотрела несколько учебников прежде чем выбрать курс, который мне подходит больше всего. Мне больше всего понравились советские учебники 50х годов Соколова. В них всё разбито на 3 книги (8-9-10 классы). И в каждом учебнике последовательно излагаются $полностью$ материалы по тому или иному разделу. Более того, это делается весьма серьёзно. Например, Механике посвящён курс 8 класса и там сразу вводятся все необходимые сведения о скорости, а во втором разделе законы Ньютона. Но эти книги требуют более основательного подхода, на который у меня пока нет сил, так как я почти все их на математику направляю. Пёрышкин мне не понравился тем, что там темы сменяют одна другую и излагаются несколько непоследовательно. Видимо, это сделано для того, чтобы учащиеся не уставали от одного итого же раздела. Но мне больше основательный подход подходит Нечто среднее я нашла в учебниках Пурышевой/Можеевской. Там темы идут именно так как нужно и ключевые мысли удобно выделены пронумерованными абзацами. Но в них, действительно, есть непонятные места если задумываться глубже. Пока буду по ним заниматься, в целом мне нравятся, свой минимум новичка я получаю для размышлений, а "непонятные" места стимулируют думать самостоятельно и читать далее с большим интересом.

[horda2501]

Глянула ещё раз в текст параграфа. Да, там есть утверждение "ускорение всегда направлено в ту же сторону, что и сила", нужно было быть внимательнее.
А вот как понимать вопрос номер 4, он есть на фото? "В каком направлении движется тело, изображённое на рисунке 54? Можно ли ответить на этот вопрос?" Как это понимать? Вроде бы стрелка направления есть на рисунке. Или авторы пытаются донести мысль о том, что такие изображения условны, а на деле, например, футбольный мяч или пушечное ядро хоть и летят в некоем направлении, но реальная траектория движения не соответствует изображению "прямая стрелка"?

[Dedekind]

horda2501
Тело движется туда, куда направлен вектор его скорости (а не ускорения и силы). Можно ли из рисунка определить направление скорости тела?

[horda2501]

Поняла теперь для чего там на рисунке буква m Так как вектора скорости нет, то нельзя определить направление движения тела.

[Dedekind]

horda2501 в сообщении #1637355 писал(а):

Так как вектора скорости нет, то нельзя определить направление движения тела.

Это так. А для чего же там буква m, просветите?:)

[horda2501]

Мол, на изображении показано, что тело обладает массой и к нему приложена сила. А векторного значка скорости нет, хоть некая стрелка и прикреплена к телу. То есть, авторы поясняют детали того, какими понятиями и символами пользуются в механике и далее в физике в целом. Для новичка это критично, некоторые моменты действительно непонятны поначалу и это может запутывать, но очевидно, что всё становится яснее по мере того, как эти базовые понятия обрастают новыми подробностями. Пока смиряюсь и чту дальше

(Надеюсь я правильно поняла для чего там символ m? )

[Dedekind]

horda2501
А, верно, это масса тела.

[EUgeneUS]

horda2501 в сообщении #1637345 писал(а):

EUgeneUS, ваше объяснение очень сложное в контексте того, что дано ученику в этом учебнике. Там есть эта формула F=ma, но она дана без векторных стрелок (хотя уже даётся понятие об F как о векторной величине). Эта формула не обозначена ещё как закон Ньютона. Я мало что поняла из этого объяснения, к сожалению, и мне кажется я понимаю почему (см. далее). Похоже, нужно будет вернуться к этому заданию позже, когда будет больше известно о понятии сила в контексте именно такого раздела как Механика.

1. Хоть сколько-то содержательное изучение физики невозможно без привлечения понятия "вектор".
Поэтому векторами Вы должны уметь пользоваться и довольно таки хорошо. Насколько понимаю, школьный курс геометрии Вы изучали\повторяли. Там необходимая (для школьного курса физики) информация про векторы есть.

2. Формула $\vec{F} = m \vec{a}$ - второй закон Ньютона и означает следующее: величина и направление силы равны величине и направлению ускорения умноженного на массу.

Мы можем применить к этой формуле операцию "взятие модуля вектора". Тогда получится формула: $F = m a$. Которая означает следующее: величина силы равна величине ускорения умноженного на массу. Или что тоже самое: модуль вектора силы равен модулю вектора ускорения умноженного на массу.

Эту разницу (векторных и скалярных величин) нужно понимать очень хорошо.

[horda2501]

Определение этой формулы словами из данного учебника: 1 ньютон - это сила необходимая для ускорения тела массой 1 кг на 1 $\frac{m}{c^2}$. Также там сказано, что сила векторная величина и её вектор определяет вектор ускорения. Пока это всё что дано ученику. Тема векторов в геометрии это середина 8 класса, а это самое начало 7 класса по физике. Учебник максимально простой, вплоть до упрощений у последней черты, так сказать Я его читаю просто чтобы втянуться, так как это мой первый учебник по физике.

[Inquirer]

Это определение не формулы, а единицы измерения физической величины (если Вы дошли до понятия "сила", то должны уже хорошо понимать, что это такое).
При изучении физики не надо ориентироваться на школьный курс математики - общеизвестно, что в обычных школах физикам приходится вводить некоторые понятия значительно раньше, чем они возникают на уроке математики. Без понятия "вектор" в физике делать нечего. Даже в 7 классе.
Я Вам всё-таки очень советую попробовать открыть Ландсберга и посмотреть параграф, посвящённый векторам. Сразу станет понятнее.
Ну и да, не стоит ждать, что физика станет сильно понятнее после прочтения современного учебника за седьмой класс - у него задача, скорее, сопровождать учителя в изложении материала. Если хотите именно хорошо понять предмет, читайте лучше полноценные учебники по всему курсу школьной физики. К слову, в том же Пёрышкине (который к ним не относится) материал изложен весьма последовательно и во взаимной связи, а не отрывками, как Вам показалось. Просто в седьмом классе рассказывать можно далеко не всё, потому и ощущение фрагментарности возникает.

[EUgeneUS]

horda2501
Полностью поддерживаю:

Inquirer в сообщении #1637399 писал(а):

При изучении физики не надо ориентироваться на школьный курс математики - общеизвестно, что в обычных школах физикам приходится вводить некоторые понятия значительно раньше, чем они возникают на уроке математики. Без понятия "вектор" в физике делать нечего. Даже в 7 классе.

Вы же не зажаты в рамки школьной программы. Поэтому будет правильным разобраться сначала с необходимыми математическими навыками. А уже потом изучать физику, где эти навыки требуются.
Векторы нужны сразу.
И уже можно будет начать изучать механику.

Чуть позже, но тоже очень быстро потребуется:
1. Навык дифференцирования. В том числе векторнозначной функции.
2. Навык интегрирования.

И ещё чуть позже - навык решения простейших дифференциальных уравнений (навыка решения дифференциальных уравнений с разделяющимися переменными будет достаточно).

При изучении электродинамики потребуются начала векторного анализа (градиент, дивергенция, ротор, поверхностные интегралы и интегралы по кривой).

[horda2501]

Да, я уже понимаю, что для серьёзного изучения физики необходим развитый математический методологический аппарат. Однако, именно по этой причине я и начала с самого простого вводного курса механики В качестве, так сказать, предварительного разогрева. Просто для того, чтобы начать учиться мыслить как физик в принципе. То есть, в понятиях "тело", "взаимодействие тел" и так далее. Мне пока достаточно даже одного только этого. Что такое вектор мне вполне понятно на таком уровне какой предполагается в этом курсе 7 класса. Просто вы, например, начали объяснять использую такие понятия как "равнодействующая сила", "сила трения" и так далее. Эти параграфы идут позже. У меня есть задачник к учебнику Пёрышкина, там все те же темы, но они в ином порядке расположены. Я думаю, что лучше всего будет потихоньку пройти эти 30 параграфов и начинать их закреплять задачами, формируя и углубляя некую базовую картину. Пока это то, что мне нужно, так как изучение математики у меня в приоритете.