In quale caso la velocità è positiva o negativa? Accelerazione. Dinamica. Le leggi di Newton

Robert Boyd, professore di ottica all'Università di Rochester, è riuscito a conferire a un raggio di luce una velocità "negativa", in cui il picco dell'impulso non si allontanava dalla sorgente, ma verso di essa.

Va ricordato che cambiando il mezzo attraverso il quale la luce passa in modo speciale, usando vapori di rubidio, vari cristalli, incroci di raggi laser e simili, i fisici hanno imparato da tempo a controllare la velocità di un impulso luminoso, rallentandolo di decine di migliaia di volte, o addirittura completamente "congelati".

È importante capire che in tutti questi casi si parla di velocità di gruppo, che caratterizza la velocità di propagazione della gobba dell'impulso luminoso. A causa della dispersione (scattering) in un determinato mezzo, questa gobba può spostarsi di diversi ordini di grandezza più lentamente di ciascun fotone separatamente e anche, in determinate condizioni, e viceversa, più velocemente della velocità della luce nel vuoto.

Non si tratta di violare le leggi della natura, poiché i primissimi fotoni in un impulso raggiungono l'estremità opposta del loro "percorso di prova" non più velocemente di quegli stessi 300mila chilometri al secondo e l'informazione "più veloce della luce" non viene trasmessa . Nel caso di spegnimento della luce, si tratta dell'assorbimento di un impulso da parte di un mezzo appositamente preparato con il suo successivo irraggiamento, con la conservazione di tutti i parametri del fascio originario. Per così dire "fino all'ultimo fotone".

Dopo questa breve digressione, diventa chiaro cosa sia riuscito a fare Boyd. È stato in grado di fabbricare un mezzo in cui la velocità della gobba del polso era negativa, cioè diretta verso la sorgente di radiazione.

Per questo "miracolo", Boyd ha utilizzato fibre ottiche drogate con erbio. L'impulso che esce dal laser, lo divise in due parti. Un raggio è stato diretto alla stessa fibra sperimentale e il secondo è stato inviato alla fine dell'installazione senza interferenze. Il secondo raggio è servito da punto di riferimento, per il confronto.

Con il primo raggio è successa una cosa incredibile. Anche prima che il picco della sua quantità di moto entrasse nella fibra di erbio, un picco di radiazione appariva già all'estremità di questa fibra, anche prima del raggio di riferimento a corsa libera. Se parliamo di velocità di gruppo, si è scoperto che il primo raggio ha superato la velocità della luce e persino "in anticipo" - poiché ha lasciato l'estremità della fibra prima che colpisse il suo inizio.

Si è scoperto che la fibra stessa, infatti, genera una gobba nella sua sezione più lontana, quando le prime porzioni di fotoni dal bordo d'attacco dell'impulso laser che precede il picco lo raggiungono.

Ma la cosa più curiosa è stata un'altra scoperta: contemporaneamente all'invio della gobba d'impulso in avanti, l'estremità più lontana della fibra ha creato una seconda gobba gemella, che si è propagata nella direzione opposta, raggiungendo l'inizio della fibra sperimentale proprio nel momento in cui l'originale l'impulso originale è entrato solo in esso.

Il movimento meccanico è rappresentato graficamente. La dipendenza delle grandezze fisiche è espressa mediante funzioni. designare

Grafici di moto uniforme

Dipendenza dal tempo dell'accelerazione. Poiché l'accelerazione è uguale a zero durante il moto uniforme, la dipendenza a(t) è una retta che giace sull'asse del tempo.

Dipendenza della velocità dal tempo. La velocità non cambia con il tempo, il grafico v(t) è una retta parallela all'asse del tempo.

Il valore numerico dello spostamento (percorso) è l'area del rettangolo sotto il grafico della velocità.

Percorso contro tempo. Grafico s(t) - linea inclinata.

La regola per determinare la velocità secondo il programma s(t): La tangente della pendenza del grafico all'asse del tempo è uguale alla velocità del movimento.

Grafici del moto uniformemente accelerato

Dipendenza dell'accelerazione dal tempo. L'accelerazione non cambia con il tempo, ha un valore costante, il grafico a(t) è una retta parallela all'asse del tempo.

Velocità contro tempo. Con moto uniforme, il percorso cambia, secondo una relazione lineare. nelle coordinate. Il grafico è una linea inclinata.

La regola per determinare il percorso secondo lo schema v(t): Il percorso del corpo è l'area del triangolo (o trapezio) sotto il grafico della velocità.

La regola per determinare l'accelerazione secondo lo schema v(t): L'accelerazione del corpo è la tangente della pendenza del grafico all'asse del tempo. Se il corpo rallenta, l'accelerazione è negativa, l'angolo del grafico è ottuso, quindi troviamo la tangente dell'angolo adiacente.

Percorso contro tempo. Con un movimento uniformemente accelerato, il percorso cambia, secondo

L'accelerazione è tasso di variazione della velocità. Nel sistema SI, l'accelerazione è misurata in metri al secondo quadrato (m / s 2), cioè mostra quanto cambia la velocità di un corpo in un secondo.

Se, ad esempio, l'accelerazione di un corpo è 10 m/s 2, significa che per ogni secondo la velocità del corpo aumenta di 10 m/s. Quindi, se prima dell'inizio dell'accelerazione il corpo si muoveva a una velocità costante di 100 m / s, dopo il primo secondo di movimento con accelerazione la sua velocità sarà di 110 m / s, dopo la seconda - 120 m / s, ecc. In questo caso, la velocità del corpo è aumentata gradualmente.

Ma la velocità del corpo può diminuire gradualmente. Questo di solito accade durante la frenata. Se lo stesso corpo, muovendosi ad una velocità costante di 100 m/s, inizia a diminuire la sua velocità di 10 m/s ogni secondo, allora dopo due secondi la sua velocità sarà di 80 m/s. E dopo 10 secondi il corpo si fermerà del tutto.

Nel secondo caso (in frenata) possiamo dire che l'accelerazione è un valore negativo. Infatti, per trovare la velocità attuale dopo l'inizio della decelerazione, è necessario sottrarre l'accelerazione moltiplicata per il tempo dalla velocità iniziale. Ad esempio, qual è la velocità del corpo 6 secondi dopo la frenata? 100 m/s - 10 m/s 2 6 s = 40 m/s.

Poiché l'accelerazione può assumere valori sia positivi che negativi, ciò significa che l'accelerazione è una quantità vettoriale.

Dagli esempi considerati, potremmo dire che in accelerazione (aumentando la velocità) l'accelerazione è positiva e in frenata è negativa. Tuttavia, le cose non sono così semplici quando abbiamo a che fare con un sistema di coordinate. Anche qui la velocità risulta essere una grandezza vettoriale, capace di essere sia positiva che negativa. Pertanto, dove è diretta l'accelerazione dipende dalla direzione della velocità e non dal fatto che la velocità diminuisca o aumenti sotto l'influenza dell'accelerazione.

Se la velocità del corpo è diretta nella direzione positiva dell'asse delle coordinate (diciamo, X), il corpo aumenta la sua coordinata per ogni secondo di tempo. Quindi, se al momento in cui è iniziata la misurazione, il corpo si trovava in un punto con una coordinata di 25 m e ha iniziato a muoversi a una velocità costante di 5 m/s nella direzione positiva dell'asse X, dopo un secondo il corpo sarà a una coordinata di 30 m, dopo 2 s - 35 m In generale, per trovare la coordinata del corpo in un determinato momento, è necessario aggiungere la velocità moltiplicata per il tempo trascorso all'iniziale coordinata. Ad esempio, 25 m + 5 m/s 7 s = 60 m In questo caso, il corpo sarà nel punto con la coordinata 60 in 7 secondi.Qui la velocità è un valore positivo, poiché la coordinata aumenta.

La velocità è negativa quando il suo vettore è diretto nella direzione negativa dell'asse delle coordinate. Lascia che il corpo dell'esempio precedente inizi a muoversi non nella direzione positiva, ma nella direzione negativa dell'asse X con una velocità costante. Dopo 1 s, il corpo sarà in un punto con una coordinata di 20 m, dopo 2 s - 15 m, ecc. Ora, per trovare la coordinata, devi sottrarre la velocità moltiplicata per il tempo da quella iniziale. Ad esempio, dove sarà il corpo dopo 8 secondi? 25 m - 5 m / s 8 s \u003d -15 m Cioè, il corpo si troverà in un punto con coordinata x uguale a -15. Nella formula, mettiamo un segno meno (-5 m / s) davanti alla velocità, il che significa che la velocità è un valore negativo.

Chiamiamo il primo caso (quando il corpo si muove nella direzione positiva dell'asse X) A e il secondo caso B. Considera dove sarà diretta l'accelerazione durante la decelerazione e l'accelerazione in entrambi i casi.

Nel caso A, durante l'accelerazione, l'accelerazione sarà diretta nella stessa direzione della velocità. Poiché la velocità è positiva, anche l'accelerazione sarà positiva.

Nel caso A, durante la frenata, l'accelerazione è diretta verso velocità opposta direzione. Poiché la velocità è un valore positivo, l'accelerazione sarà negativa, ovvero il vettore di accelerazione sarà diretto nella direzione negativa dell'asse X.

Nel caso B, durante l'accelerazione, la direzione dell'accelerazione coinciderà con la direzione della velocità, il che significa che l'accelerazione sarà diretta nella direzione negativa dell'asse X (dopotutto, anche la velocità è diretta lì). Si noti che anche se l'accelerazione è negativa, aumenta comunque il modulo di velocità.

Nel caso B, in frenata, l'accelerazione è opposta alla velocità. Poiché la velocità ha una direzione negativa, l'accelerazione sarà positiva. Ma allo stesso tempo, il modulo di velocità diminuirà. Ad esempio, la velocità iniziale era -20 m/s, l'accelerazione è 2 m/s 2 . La velocità del corpo dopo 3 s sarà pari a -20 m/s + 2 m/s 2 3 s = -14 m/s.

Pertanto, la risposta alla domanda "dove è diretta l'accelerazione" dipende da ciò a cui viene considerata in relazione. In relazione alla velocità, l'accelerazione può essere diretta nella stessa direzione della velocità (durante l'accelerazione) o nella direzione opposta (durante la frenata).

Nel sistema di coordinate, l'accelerazione positiva e negativa di per sé non dice nulla se il corpo ha rallentato (diminuendo la sua velocità) o accelerato (aumento della velocità). Devi guardare dove è diretta la velocità.

Sfumatura 1:

Questa espressione

v = Dc/Dt

consente di determinare solo la velocità di reazione media per un periodo di tempo selezionato. Gli scienziati, di regola, sono interessati alla velocità nel selezionato momento tempo, cioè cosiddetto immediato velocità di reazione. È definita come la derivata della funzione c(t):

v = dc/dt

Se determiniamo la velocità di reazione di uno dei reagenti, allora il segno della derivata c(t)è negativo, perché le concentrazioni dei reagenti diminuiscono. Ma secondo il significato fisico, la velocità non può essere un valore negativo. Pertanto, quando si utilizzano concentrazioni di reagenti:

v = -dc/dt

Sfumatura 2:

Determiniamo la velocità della stessa reazione

H 2 + I 2 \u003d 2HI

non diminuendo la concentrazione del reagente, ma aumentando la concentrazione del prodotto:

v(HI) = dc(HI)/dt

Abbiamo finito con v(H 2) = v(I 2), ma non uguale a v(HI)! Infatti, con una diminuzione delle concentrazioni di idrogeno e iodio, ad esempio di 3 volte, la concentrazione di acido iodio aumenta di 9 volte (questo può essere visto dai coefficienti nell'equazione di reazione). Affinché le velocità diventino uguali (e si potrebbe parlare di una singola velocità di reazione), la variazione della concentrazione di HI per unità di tempo dovrebbe essere divisa per il coefficiente stechiometrico a HI.

Grandezze vettoriali in fisica

Spiega tutte le risposte con i disegni.

1. Quali quantità sono chiamate vettori? Scalare?

2. Fornire esempi di grandezze fisiche vettoriali e scalari.

3. Due vettori sono uguali se i loro moduli sono uguali ma le direzioni non sono le stesse?

4. Disegna il vettore della somma di due vettori paralleli tra loro e diretti nella stessa direzione. Qual è il modulo del vettore totale?

5. Disegna il vettore della somma di due vettori paralleli tra loro e diretti in direzioni diverse. Qual è il modulo del vettore totale?

6. Aggiungi due vettori diretti ad angolo, secondo la regola del triangolo.

7. Aggiungi due vettori diretti ad angolo, secondo la regola del parallelogramma.

8. Se il vettore viene sottratto, può essere moltiplicato per - 1. Cosa accadrà alla direzione del vettore?

9. Come determinare la proiezione di un vettore sull'asse delle coordinate? Quando la proiezione sull'asse è positiva? negativo?

10. Qual è la proiezione del vettore sull'asse se il vettore è parallelo all'asse? perpendicolare all'asse?

11. Cosa significa scomporre un vettore in componenti lungo gli assi X e Y?

12. Se la somma di più vettori è uguale a zero, qual è la somma delle proiezioni di questi vettori lungo gli assi X e Y?

Cinematica

1 opzione

1. Quale movimento è chiamato meccanico?

2. Qual è la traiettoria del movimento? Fornire esempi di traiettorie di moto rettilinee e curvilinee. La traiettoria dipende dalla scelta del sistema di riferimento? Giustifica la risposta.

3. Quali quantità sono dette scalari? Fornisci esempi di grandezze fisiche scalari.

4. Definire la distanza percorsa e il movimento del corpo. Mostra la differenza tra questi concetti fisici usando l'esempio del movimento di un punto lungo un cerchio.

5. In che modo lo spostamento e la velocità sono correlati tra loro durante un tale movimento? Disegna il tipo di grafici di velocità. Cosa significa velocità negativa? Come determinare lo spostamento dal grafico della velocità?L'area di quale figura sotto il grafico della velocità è numericamente uguale allo spostamento in un certo tempo?

6. Annota l'equazione dell'uniforme moto rettilineo. Disegna i grafici della distanza percorsa rispetto al tempo per un corpo che si muove lungo l'asse x scelto e per un corpo che si muove di fronte all'asse scelto.

7. Quale movimento si dice accelerato uniformemente? altrettanto lento?

8. Annotare un'espressione matematica per la proiezione della velocità dal tempo per il moto rettilineo uniformemente accelerato, se la direzione dell'accelerazione coincide con la direzione della velocità. La velocità aumenta o diminuisce? Disegna un grafico della velocità rispetto al tempo, a condizione che la velocità iniziale sia zero e non zero. Come si può determinare lo spostamento da un grafico di velocità? distanza percorsa?

9. Cosa succede nel momento in cui, sul grafico della velocità, la velocità cambia da positiva a negativa e viceversa?

10. Come determinare l'area in cui il modulo di accelerazione è massimo dal grafico della velocità del moto rettilineo? minimo?

11. In che modo si può ottenere l'equazione della velocità dall'equazione del moto? Dare esempi.

12. Come determinare il percorso durante un movimento uniformemente accelerato, per un determinato periodo di tempo, ad esempio per il quinto secondo o per l'ultimo?

13. Qual è l'accelerazione di caduta libera e dove è diretta?

14. Con quale accelerazione si muove un corpo in caduta libera? Corpo vomitato? Orizzontalmente? Ad angolo rispetto all'orizzonte? Dove è diretta l'accelerazione?

15. Perché, durante il movimento balistico, un corpo si muove uniformemente orizzontalmente e uniformemente accelerato verticalmente?

Cinematica

opzione 2

1. Per quale scopo viene utilizzato il concetto di punto materiale? Che cos'è un punto materiale? Fornisci esempi che dimostrino che lo stesso corpo in una situazione può essere considerato un punto materiale, ma non in un'altra.

2. Per descrivere il movimento di un corpo è necessario stabilire un quadro di riferimento. Cosa è incluso nel sistema di riferimento?

3. Quali quantità sono chiamate vettori? Fornisci esempi di grandezze fisiche vettoriali.

4. Su quale traiettoria dovrebbe muoversi il corpo in modo che il percorso sia uguale al modulo di spostamento?

5. Il corpo si muove in linea retta, l'inizio del movimento coincide con l'origine.

6. La distanza percorsa e il modulo di spostamento (coordinate del corpo) saranno gli stessi in un determinato momento se il corpo si gira e va nella direzione opposta per un po' di tempo? Spiega la tua risposta con un disegno.

7. Un punto si muove lungo una circonferenza con una velocità modulo costante. Qual è la direzione della velocità in qualsiasi momento? Questo significa che la velocità del punto è costante?

8. In che modo la pendenza del grafico del moto rettilineo uniforme dipende dal modulo di velocità?

9. Cosa quantità fisica caratterizza la "rapidezza" della variazione di velocità durante il moto uniformemente accelerato? Annotare la formula per determinare questo valore.

10. Scrivete un'espressione matematica per la proiezione della velocità in funzione del tempo

moto rettilineo uniformemente accelerato, se la direzione dell'accelerazione non coincide con la direzione della velocità. La velocità aumenta o diminuisce? disegno

grafico di velocità. Come determinare la distanza percorsa dal grafico della velocità?

spostamento (coordinata della fine del movimento)?

11. In che modo la pendenza del grafico della velocità per il moto rettilineo uniformemente accelerato dipende dal modulo di accelerazione?

12. Scrivete un'espressione matematica per la proiezione dello spostamento dal tempo (l'equazione del moto) per un moto uniformemente accelerato senza velocità iniziale e con velocità iniziale.

13. Come, secondo una data equazione del moto o un'equazione della velocità, determinare il tipo di moto - uniforme o uniformemente accelerato?

14. Qual è la velocità media? Quale formula viene utilizzata per determinare la velocità media per l'intero percorso, composto da più sezioni?

15. Come si muove un corpo in caduta libera: uniformemente o uniformemente accelerato? Come mai?

16. L'accelerazione cambierà se a un corpo in caduta libera viene assegnata una velocità iniziale?

17. Qual è la traiettoria di un corpo in caduta libera? un corpo lanciato ad angolo rispetto all'orizzonte? orizzontalmente?

Dinamica. Le leggi di Newton

18. Qual è il fenomeno dell'inerzia? Che tipo di moto si chiama moto inerziale?

19. Che cos'è l'inerzia? Quale grandezza fisica è una misura dell'inerzia di un corpo? Assegna un nome alle sue unità di misura.

20. Quale grandezza fisica caratterizza l'assenza o la presenza di un'influenza esterna sul corpo? Definire questo valore e denominare l'unità di misura.

21. Qual è la forza risultante? Come trovarlo? Quale quantità è la forza - scalare o vettoriale?

22. Quali sistemi di riferimento sono detti inerziali? Come dovrebbe muoversi l'autobus rispetto alla Terra in modo che la persona seduta al suo interno sia dentro sistema inerziale riferimento? In non inerziale?

23. Formulare la legge di inerzia (prima legge di Newton).

24. In che modo l'accelerazione di un corpo dipende dalla forza applicata ad esso? Spiega graficamente la tua risposta.

25. Se si agisce su corpi di massa diversa con la stessa forza, quali accelerazioni riceveranno i corpi a seconda della massa? Spiega la tua risposta con un grafico.

26. Formulare la seconda legge di Newton e annotarne l'espressione matematica. Esprimi l'unità di forza in termini di massa e accelerazione?

27. La direzione del moto di un corpo coincide sempre con la direzione della forza agente (forza risultante)? Fornisci esempi a sostegno della tua risposta.

28. Cosa si può dire della direzione del vettore di accelerazione, del vettore della forza risultante applicata al corpo e del vettore della velocità del corpo? Come sono diretti?

29. Formulare la terza legge di Newton. Scrivi la sua espressione matematica.

30. In che modo le accelerazioni acquisite dai corpi a seguito di una collisione di coppia dipendono dalle masse dei corpi? Quale corpo otterrà la massima accelerazione?

31. Secondo la terza legge di Newton, una pietra che cade e la Terra si attraggono con forze uguali. Perché l'accelerazione della pietra dovuta a questa attrazione è evidente, ma l'accelerazione della Terra non lo è?

32. Quando due forze si annullano a vicenda? Perché le forze uguali e opposte, con le quali interagiscono due corpi, non si compensano a vicenda?

33. Che cos'è un sistema geocentrico?

34. Che cos'è un sistema eliocentrico?

Forze in meccanica

1. Assegna un nome alle forze studiate in meccanica.

2. Quali forze sono chiamate gravitazionali?

3. In che modo le forze gravitazionali dipendono dalle masse dei corpi interagenti?

4. In che modo le forze gravitazionali dipendono dalla distanza tra i corpi?

5. Dichiara la legge gravità Newton. Scrivi l'espressione matematica della legge.

6. Dare una definizione di gravità, scrivere un'espressione matematica.

7. Scrivere un'espressione matematica per determinare l'accelerazione di caduta libera su qualsiasi pianeta?

8. Come cambiano le forze gravitazionali e l'accelerazione di caduta libera con la distanza dal pianeta? Scrivi l'espressione matematica.

9. Perché tutti i corpi sotto l'azione della gravità cadono sulla Terra allo stesso modo

accelerazione, anche se le masse dei corpi sono diverse?

10. La forza di gravità è la stessa per un sasso che giace sulla Terra, cade o si solleva?

11. Definisci la forza del peso del corpo. Scrivi l'espressione matematica per la forza.

12. In quali condizioni il peso di un corpo è uguale alla forza di gravità? Quali corpi sono soggetti al peso del corpo e alla forza di gravità?

13. Come dovrebbe muoversi un corpo in modo che il suo peso sia maggiore della gravità? Meno gravità?

14. Qual è lo stato di assenza di gravità? In quali condizioni un corpo è in uno stato di assenza di gravità? Dare esempi.

15. Il corpo esercita la stessa pressione, per attrazione verso la Terra, su un appoggio orizzontale e su un piano inclinato?

16. Qual è la causa della forza elastica e come è diretta questa forza?

17. Formulare la legge di Hooke e annotarne l'espressione matematica. Da cosa dipende il coefficiente di proporzionalità nella legge di Hooke?

18. Formulare la definizione della forza di reazione del supporto e della forza di trazione. Queste forze sono la forza elastica? Scrivi le loro lettere.

19. Definire la forza di attrito. Quando si verifica la forza di attrito?

20. Scrivi un'espressione matematica per determinare la forza di attrito. Da cosa dipende il coefficiente di attrito? Dove è diretta la forza?

21. Quale delle forze di attrito è maggiore in valore assoluto: forza di attrito radente, forza di attrito volvente o forza di attrito statico?

22. Cosa causa la forza di attrito? Dare esempi.

23. L'attrito esiste nell'attrito delle superfici solide, nei liquidi e nei gas. Dov'è la forza di attrito massima?