Реферати українською » Педагогика » Порівняльний аналіз методик перетворень Галілея в курсі загальної фізики і в курсі елементарної фізики


Реферат Порівняльний аналіз методик перетворень Галілея в курсі загальної фізики і в курсі елементарної фізики

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Курсова робота

на задану тему:

"Порівняльний аналіз методик перетворень Галілея знає загальної фізики та знає елементарної фізики"

 

 


Зміст

 

Запровадження

1. Ідея відносності вкинематике

2. Перетворення Галілея

3. Програми

4. Порівняльний аналіз методик

Укладання

Список літератури


Запровадження

 

Уявлення про відносності – одне з найважчих розуміння ідей природознавства. Уточнимо зміст термінів та зробимо перші крок до освоєння ідеї відносності стосовно механічному руху.

Відносний результат – отже залежить та умовами спостереження. Чи не від особистих якостей спостерігача, саме та умовами, у яких проводить контролю над явищем. Дані, отримані спостерігачем, будуть істинними, коли він правильно виконував усі фінансові операції. Але такої ж характеру дані про те ж самому явище, отримані іншим спостерігачем, які у інший системі відліку (ЗІ), будуть теж істинними, але відмінними від результатів першого спостерігача. У цьому сенсі ми бачимо говоримо: такі-то результати є відносними, т. е. вірні стосовно певної ЗІ, з описи якої спостерігач і має починати звіт про своє дослідженні.

Механічне рух – відносне явище, по крайнього заходу, його боку. Ми легко побачимо це, розглянувши кілька простих прикладів: «Книжка на столику укупі поїзда нерухома…», «Сонце сходить і заходить…», «Автомобіль мчить з шаленою швидкістю…». Не здаються чи вам ці твердження дивними? Однак у себе не мають свідчення про ЗІ (на відносне простір), з якої ведеться спостереження, успіхів хіба що мається на увазі. Який саме відносне простір мається на увазі?Дополните затвердження те щоб вони здобули сенс. Зазначте також ЗІ, де ці затвердження стануть зворотними: «Книжка… рухається…», «Сонце нерухомо…», «Автомобіль «шалено» спочиває…». Отже:

1. Механічне рух можна спостерігати лише стосовно інших тіл. Виявити зміну розташування тіла, коли з ніж порівнювати неможливо.

2. У різних системах відліку фізичні величини (швидкість, прискорення, пересування та т. буд.), що характеризують рух однієї й тієї ж тіла, можуть бути різними.

3. Характер руху, траєкторія руху, і т. п. можуть бути різні у різних системах відліку на одне й того тіла можуть бути різні.

Перетворення Галілея – найбільш простий та природний перехід із однієї системи відліку до іншої.


1. Ідея відносності вкинематике

 

Формування ставлення до механічному русі вимагає запровадження поняття про систему відліку. Щоб описати рух тіла, т. е. його переміщення у просторі щодо якихось інших тіл, з тими тілами жорстко пов'язують систему координат і годинники для відліку часу.

У класичної механіці Ньютона постулюється існування обраної системи відліку, яка зараз переживає абсолютному спокої. Будь-яке тіло, які з відношення до в цій системі спочиває, лежить за абсолютним спокої, а рух тіл стосовно неї є абсолютним рухом.

Гіпотеза про абсолютному просторі наприкінці минулого століття значно зміцнилася у зв'язку з успіхами концепції ефіру. Рух стосовно ефіру розглядалося як абсолютне. І тільки дослідамиМайкельсона іМорли, негативний наслідки яких вперше показав неможливість визначити рух щодо ефіру, була розвіяно ілюзія про існування абсолютної системи відліку. Проте в Ньютона абсолютна система відліку не була з будь-яким нерухомим тілом.

У «Математичних засадах натуральної філософії» Ньютон писав, що абсолютне простір може бути предметом спостереження,наблюдаемими можуть лише відносні становища тіл, оскільки, можливо, немає тіла, воістину спочиваючого, щодо якого всі стану та всі рухи інших тіл можна було б відрахувати.

Класичний принцип відносності було сформульовано поки що не початковому етапі знають розвитку механіки. У ньому стверджується, що рівномірний і прямолінійне рух системи відліку може бути виявлено внаслідок спостереження ній механічних явищ. З фізичної погляду це, що поступальний рівномірний і прямолінійне рух системи не надає ніякого впливу механічні процеси у системі. Усі механічні процеси, що відбуваються всередині такої системи, не залежить від того, спочиває ця система як єдине ціле чи рухається рівномірно і прямолінійно.

>Прямолинейное рівномірний рух, наприклад, теплохода, коли вона цілком плавно, без поштовхів і прискорень, не впливає на що відбуваються у ньому процеси: тіла у ньому рухатимуться як і, як й у нерухомій системі; пружний удар більярдних куль на спочиваючому і рівномірно і прямолінійнодвижущемся теплоходах закінчується розлітанням цих куль однією і хоча б кут; занедбана вгору тіло повернеться таку ж точку стосовно теплоходу, з якою вона було кинуто, а чи не відстає його руху (не відхилиться убік); тіло, занедбана вздовж каюти, досягне протилежної стінки під час, яке залежить від напрямку руху теплохода, тощо. буд.

Закон нерозрізненості спокою і рівномірного прямолінійного руху називається принципу відносності Галілея.Подтверждаемий новими фактами, ввійшла в фізику так міцно, що стала необхідної складовою наукового світогляду.

З принципу відносності руху випливає, передусім, що координати точки, траєкторію й швидкість відносні, вони залежить від вибору системи відліку.

Разом з тим із класичного принципу відносності слід і те, деякі величини є абсолютними (інваріантними у різних систем відліку). Наприклад, відстань між тілами залежить від того, стосовно який системі відліку ми розглядаємо рух цих тіл. Те саме стосується і до проміжкам часу між подіями. Прискорення, коли ми обмежуємося розглядом лише інерціальних чи пізно це званихгалилеевих систем відліку, рухомих рівномірно і прямолінійно друг щодо друга, теж величина абсолютна. Адже якщо тіло з деяким прискоренням у якийсь однієї системі відліку, його прискорення залишиться так і на другий системі, що просувалася рівномірно і прямолінійно щодо першої: оскільки система рухається без прискорення, то зміна швидкості, що відбулося тіло У першій системі, залишиться настільки ж і ворожість до другої системі.Теннисний м'яч, який одержав деяке прискорення щодо теплохода під впливом удару ракетки, матиме таку ж прискорення щодо берегів, оскільки поступальний рівномірний рух теплохода важить зміну швидкості м'яча. У той самий час швидкість тенісного м'яча як відносна величина у тих системах відліку різна у кожний час.

Ми, що принцип відносності за змістом глибокодиалектичен: поруч із твердження відносності низки величин і понять він містить і запровадження абсолютність (інваріантності) інших величин. З іншого боку, у принципі відносності міститься і щось більше – твердження абсолютність законів динаміки: переважають у всіх інерціальних системах відліку незалежно від своїх відносної швидкості все механічні явища протікають з одних і тим самим законам.

У цьому вся якраз і полягає рівноправність цих систем відліку. У той самий час явища виглядатимуть у різних системах відліку по-різному, позаяк у них неоднакові початкові умови: траєкторія крапель води, падаючих вдвижущемся рівномірно і прямолінійно поїзді, буде стосовно поїзду майже стрімкій прямий, а, по відношення до полотну дороги параболою. [7]

Під час вивчення кінематики, а лише про описі руху, ми можемо встановити ніякого принципової відмінності між різними системами відліку: усі вони рівноправні. Тільки динаміці щодо законів руху можна знайти принципову відмінність між деякими системами відліку і переваги одного класу систем проти іншим. Але вже щодо кінематики ідея відносності механічного руху має бути розвинена з усією доступною у цьому підрозділі повнотою.

Під час вивчення кінематики у учнів мають бути сформовані знання про відносності механічного руху: 1) відносність механічного руху, і спокою, відносність траєкторії; 2) поняття системи відліку (тіло відліку, система координат, що з тілом відліку, початок відліку координати і часу, масштаб відстаней, годинник – еталон часу); 3) відносність переміщення, координати, швидкості, перетворення (складання) переміщень і швидкостей; 4)инвариантность прискорень для систем відліку, які рухаються друг щодо друга рівномірно і прямолінійно.

У результаті розкриття цих положень необхідно широко використовувати демонстрації (на відносність руху, і спокою, траєкторії тощо. буд.), кіноматеріали (>кинокольцовку «Відносність механічного руху», відеофільм «Системи відліку») і розглянути завдання типу: 1) визначити координати матеріальної точки у різних системах відліку; 2) визначити основні кінематичні характеристики у різних системах відліку.

Покажемо з прикладу, як слід оформляти вирішення завдання у разі.

Завдання. Повз пункту У одночасно проїжджають мотоцикліст і велосипедист зі швидкостями щодо Землі, відповідно рівними 20 і п'яти м/с.Рассчитайте швидкості пункту У, велосипедиста і мотоцикліста в системах відліку, що з Землею (ЗІ «Земля»), з мотоциклістом (ЗІ «мотоцикліст»), велосипедистом (ЗІ «велосипедист»), використовуючи класичний закон складання швидкостей. Результати рішення занесіть в таблицю (табл. 1).


Об'єкт

Проекція швидкості на вісь ОХ', м/с

в ЗІ «Земля»

в ЗІ «мотоцикліст»

в ЗІ «велосипедист»

Пункт У

0 -20 -5
>Велосипедист 5 -15 0
>Мотоциклист 20 0 15

Покажемо, як було отримані цих результатів, провівши вирішення завдання.

Рішення. Аби вирішити завдання використовуємо класичний закон перетворення (складання) швидкостей: швидкість тіла в нерухомій системі відліку дорівнює сумі швидкості тіла в рухомий системі відліку і швидкості самої рухомий системи відліку: . Рух відбувається вздовж осі ОХ і закон перетворення (складання) швидкостей записується через проекції швидкостей на вісь ОХ: .

1. У системі відліку, що з Землею, швидкості задано в умови завдання й їх проекції на вісь ОХ відповідно рівні: ; м/с; м/с.

2. У системі відліку, що з мотоциклістом:

; м/с = – 20 м/с;

; м/с – 20 м/с = – 15 м/с;

; м/с – 20 м/с = 0.

3. У системі відліку, що з велосипедистом:

; - 5 м/с = – 5 м/с;

; м/с – 5 м/с = 15 м/с.

Дані в таблицю отриманих результатів дає наочне уявлення про відносності швидкості, про роль системи відліку у визначенні останньої.

Доцільно показати, що це системи відліку вкинематике рівноправні, однак слід вибирати такої системи відліку, що призводить до раціональному рішенню завдання. І тому доцільно розв'язати одне й саму завдання різних системах відліку.

Завдання. Тіло кинуто вертикально вгору зі швидкістю . Коли тіло сягає верхньої точки траєкторії, із такого самого місця та з тією ж швидкістю вертикально вгору кинуто друге тіло. Через скільки часу від часу кидання другого тіла станеться зустріч цих тіл?

Завдання вирішують у системі відліку, що з Землею, й у системі відліку, що з однією з тіл.

Рішення 1. За початок відліку координати приймають місце кидання тіл Землі. Вісь >OY направляють вертикально вгору. За початок відліку часу приймають момент кидання першого тіла (рис. 1).

>Рис. 1

Записують рівняння руху на першому тіла:

; ; ; ; .

>Уравнение координати на першому тіла:

,

де – координата першого тіла у будь-якій, довільний час.

Записують рівняння руху на другому тіла:

; ;

; ; ; .

>Уравнение координати на другому тіла:

,

де – координата другого тіла у будь-якій, довільний час, – час руху першого тіла досі кидання другого тіла.

У час зустрічі тіл у польоті їх координати рівні, т. е. (умова зустрічі).

Прирівнявши координати і вирішивши отримане рівняння щодо , отримують: – час, минуле від часу кидання першого тіла до зустрічі його з другим.

Оскільки від часу кидання першого тіла досі кидання другого тіла настав час , то на запитання завдання такий: , т. е. час, минуле досі зустрічі тіл від часу кидання другого тіла одно .

Рішення 2. За початок відліку часу вибирають момент кидання другого тіла (рис. 2), решту умов самі, що у першому рішенні.

>Рис. 2

Записують рівняння руху на першому тіла:

; ; ; ; ; .

>Уравнение координати на першому тіла:

,

де – координата першого тіла у будь-якій, довільний час.

Записують рівняння руху на другому тіла:

; ; ; ; .

>Уравнение координати на другому тіла:

,

де – координата у будь-якій, довільний час.

Вирішують систему рівнянь за умови, що (умова зустрічі) й у це рішення проти першим відразу отримують на запитання завдання: .

Рішення 3. Вибирають систему відліку те щоб тілом відліку було отримано друге тіло, яке ще Землі.Совместим початок відліку координати з іншим тілом, вісь спрямуємо вгору. За початок відліку часу приймають момент кидання другого тіла. Перше тіло рухається щодо другого тіла у цій системі відліку рівномірно і прямолінійно. Початковий відстань першого тіла з початку координат . Рухаючись рівномірно і прямолінійно у цій системі відліку зі швидкістю , перше тіло пройде цей період під час

.

І тут завдання вирішують за одну дію, тоді як і першому рішенні – вчетверо дії, у другому – у трьох. Отже, останнє рішення найбільш раціонально. Це перший висновок, якого можна дійти виходячи з проведених рішень завдання.

Другий, найважливіший, висновок: характер руху тіла залежить від вибору системи відліку: у перших двох рішеннях ми мали працювати зравноускоренним прямолінійним рухом тіл, у третій рішенні перше тіло рухалася щодо другого рівномірно і прямолінійно.

Корисні також завдання для випадку, коли вектори швидкості спрямовані з точки друг до друга.

Завершуючи вивчення кінематики, доцільно запропонувати учням узагальнити матеріал про відносності як таблиці (табл. 2).

Цю таблицю школярі доповнюють щодо динаміки і законів збереження. [2]

У механіці Ньютона (>ИСО)

щодо

>инвариантно

Рух Час
Спочинок Довжина (відстань між взаємодіючими тілами)
Траєкторія Відносна швидкість
>Координата Прискорення
Переміщення
Швидкість

2. Перетворення Галілея

 

Перетворення Галілея – це рівняння, котрі пов'язують координати та палестинці час деякого події у двох інерціальних системах

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація