Можно ли считать автомобиль материальной точкой при определении пути
Содержание статьи
Условия, при которых автомобиль становится материальной точкой
Если представить, какое расстояние пройдет автомобиль за несколько часов с момента начала движения, то становится понятно – собственные размеры автомобиля по сравнению с пройденным отрезком пути позволяют считать его материальной точкой по отношению к данному расстоянию.
В то же время, если автомобиль совершает маневр обгона, то он уже не может считаться материальной точкой. Здесь расстояние на котором происходит обгон, можно соизмерить с размерами машины. Достаточно проехать две или три длины обгоняемого автомобиля, чтобы обогнать его. Такие величины можно сравнить, и значимыми являются и расстояние обгона, и размера машины.
Таким образом, автомобиль может считаться материальной точкой при определении пути, если соблюдены определенные условия.
Основные определения материальной точки
Говоря языком физики, тело, размеры которого для данной задачи не имеют значения, можно называть материальной точкой. Данное тело может иметь некоторую массу, но практически нулевой или очень малый размер.
Материальную точку нельзя назвать естественной величиной, это абстрактный объект, которым можно оперировать при расчетах в качестве сравнительной величины (очень большое и очень маленькое). В природе любое тело имеет определенные размеры, которыми пренебречь нельзя.
Данное понятие создано для упрощения расчетов, например, при вращении вокруг своего осевого значения. Также можно не принимать во внимание число оборотов колеса, при вычислении скорости самого тела. Абстрактное понятие является собирательным для всех частей тела признанного материальной точкой, и рассматривать их по отдельности просто нецелесообразно.
Пример, когда тело считается материальным
Автомобиль преодолевает расстояние из одного города в другой. Для того чтобы вычислить среднюю скорость движения машины, его рассматривают в качестве материальной точки.
Однако, если есть цель, детально разобрать движение частей машины, например каждого колеса в отдельности, автомобиль уже не будет являться материальной точкой.
Когда совершается обгон, все расстояния и величины соразмерны, соответственно материальной точки нет. Все зависит от конкретного приложения величин для решения определенной задачи. На появление материальной точки влияет относительное сопоставление задействованых в процессе величин.
Можно ли считать автомобиль материальной точкой: подробный ответ
В физике или математике, когда решают различного рода задачи, то используют те или иные приближения. Одним из таких приближений является понятие о материальной точке. Рассмотрим в статье вопрос, можно ли автомобиль считать материальной точкой.
Понятие о точке материальной
Прежде чем отвечать на вопрос, можно ли считать материальной точкой автомобиль, познакомимся с самим понятием.
Вам будет интересно: Андре-Мари Ампер: биография, вклад в науку
С материальными точками начал работать Исаак Ньютон, когда формулировал свои законы поступательного движения в классической механике.
Размерами тела (но не его массой) можно пренебречь, когда необходимо найти ускорение тела, если к нему приложена внешняя сила, или же когда следует рассчитать пройденный им путь. Иными словами, многие вопросы кинематики и динамики линейного движения решаются с помощью понятия материальной точки.
Когда автомобиль можно рассматривать как материальную точку
Можно ли считать автомобиль материальной точкой, если нужно решить задачу на определение его скорости движения, или ускорения, сообщаемое крутящим моментом его двигателя? Да, во всех этих случаях важна только масса транспортного средства, а не его габариты.
Основным критерием, когда можно говорить о материальной точке, а когда нельзя, являются проходимые расстояния. Так, если автомобиль проезжает десятки километров, то, конечно же, его геометрия мало кого интересует.
В каких задачах автомобиль материальной точкой не является
Можно ли считать автомобиль материальной точкой в физике, если рассматривают его столкновение. Нет, нельзя. Более того, в этом случае важны не просто размеры авто, но и механические свойства материала, из которого он изготовлен. Последние определяют энергию поглощения при ударе.
Если рассматривают автомобиль как систему действующих на него внешних сил, тогда о материальной точке также не может быть и речи. Эта ситуация возникает, например, при рассмотрении не только силы тяги, но и сил трения качения колес транспортного средства или сил скольжения, когда автомобиль заходит в поворот на большой скорости.
Таким образом, можно сделать следующий вывод: при рассмотрении кинематики поступательного движения, а также динамики в случае действия одной внешней силы, когда пройденный путь намного больше размеров автомобиля, его можно считать точкой с конечной массой; если задача предполагает наличие нескольких сил, действующих на разные части авто, тогда его габариты учитывать необходимо.
Можно ли считать автомобиль материальной точкой при определении пути. Ответы на частые вопросы
Когда автомобиль считается материальной точкой в решении задач физики и математики
Лучшие ответы на вопрос:
Тело можно считать материальной точкой в том случае, когда его размеры намного меньше расстояния, которое это тело проходит. Когда формой, размерами тело можно пренебречь, они не играют существенной роли.
Автомобиль проходит за t = 2 часа со скоростью V = 80 км/ч путь S = V *t = 80 км/ч * 2 ч = 160 км. В этом решении нигде не используются размеры самого автомобиля, поэтому они не учитываются и сами автомобили могут быть заменены на мат точку.
При обгоне автомобиль нельзя считать материальной точкой. Поскольку, расстояние на котором происходит обгон соизмерим с размерами автомобиля. Автомобиль для обгона должен проехать немного больше длинны автомобиля, который обгоняет. Но, если в условиях задачи не указываются и не используются в расчетах расстояния: обгона и самого автомобиля, то тогда он может считаться материальной точкой.
На данной картинке, показаны задачи про автомобили, но размер их в данном случае не имеет никакого значения, поэтому их можно заменить на материальную точку.
Ответ 2. Тело можно считать материальной точкой, если его размерами при описании движения можно пренебречь. Для определения пути нужно знать начальные координаты, скорость, ускорение и время движения; размеры автомобиля не имеют значения. Поэтому в этом случае его можно считать материальной точкой.
Ответ 3. Автомобиль в описанной задаче можно считать материальной точкой. Ведь при движении автомобиля и при расчете задачи мы можем пренебречь его размеры, как это обычно делается в задачах по физике. Так что его можно назвать мат.точкой.
Ответ 4. Да, автомобиль можно и нужно считать материальной точкой для определения пути. В противном случае, провести расчеты будет крайне сложно, если не сказать невозможно.
Вопрос: только автомобиль может быть материальной точкой?
Ответ: нет, любое тело или предмет или живые организмы, размеры которых не нужны или не используются в расчетах тоже могут считаться материальными точками.
То есть, во всех задачах где нужно найти скорость и расстояние пройденного пути, все объекты автомобили, тракторы, велосипеды, корабли, другие транспортные средства, самолеты, поезда и даже все животные и рыбы будут считаться материальной точкой.
В этой задаче размеры животных также не важны для решения. Поэтому эти животные также могут считаться материальными точками.
Что такое материальная точка
Материальной точкой в физике считается объект, размерами которого можно пренебречь в задаче. Здесь именно такой случай – размерами автомобиля можно пренебречь.
Материальная точка (частица) — обладающее массой тело, размерами, формой, вращением и внутренней структурой которого можно пренебречь в условиях исследуемой задачи. Является простейшей физической моделью в механике. Положение материальной точки в пространстве определяется как положение геометрической точки и задаётся радиус-вектором
С какой целью используется понятие “материальная точка”
Понятие материальной точки используется для упрощения условий и решений задач. Если пренебречь размерами реального тела, то нет необходимости рассматривать движение тела при его движении вокруг своей оси (мяч в полёте) или движение каких- то частей тела (колеса автомобиля), если нас интересует с какой скоростью движется тело.
ВОПРОСЫ
1. Обладает ли материальная точка массой? Имеет ли она размеры?
Под материальной точкой в физике понимается тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. Материальная точка обладает определенной массой, но имеет нулевые (очень малые) размеры.
2. Материальная точка- это реальный объект или абстрактное понятие?
Материальная точка— абстрактное понятие, т.к. в природе все тела обладают определёнными размерами.
3. С какой целью используется понятие «материальная точка»?
Понятие материальной точки используется для упрощения условий и решений задач. Если пренебречь размерами реального тела, то нет необходимости рассматривать движение тела при его движении вокруг своей оси (мяч в полёте) или движение каких- то частей тела (колеса автомобиля), если нас интересует с какой скоростью движется тело.
4. В каких случаях движущееся тело обычно рассматривают как материальную точку?
В данном случае движущееся тело можно рассматривать как материальную точку, если его размеры намного меньше расстояния на которое оно перемещается.
5. Приведите пример, показывающий, что одно и то же тело в одной ситуации можно считать материальной точкой, а в другой- нет.
Если рассматривать, например, движение автомобиля, при его перемещении из города А в город Б, то в данном случае, при определении средней скорости движения автомобиля его можно рассматривать как материальную точку, однако если нас интересует движение автомобиля более подробно, то окажется, что при движении автомобиля, например передние и задние колёса из-за неровностей дороги двигаются по разному (не синхронно).
6. При каком движении тела его можно рассматривать как материальную точку даже в том случае, если проходимые им расстояния сравнимы с его размерами?
Если тело движется поступательно.
7. Что называется материальной точкой?
Материальная точка— это абстрактное понятие обозначающее тело, размеры которого не играют роли в условиях рассматриваемой задачи.
8. В каком случае положение движущегося тела можно задать с помощью одной координатной оси?
Если тело движется прямолинейно.
9. Что такое система отсчёта?
Система отсчёта- это тело отсчёта, связанная с ним система координат и прибор для измерения времени, по отношению к которым рассматривается движение материальных точек или тел.
УПРАЖНЕНИЯ
1. Можно ли считать автомобиль материальной точкой при определении пути, который он прошёл за 2 часа, двигаясь со средней скоростью, равной 80 км/ч? при обгоне им другого автомобиля?
2. Самолёт совершает перелёт из Москвы во Владивосток. Может ли рассматривать самолёт как материальную точку диспетчер, наблюдающий за его движением? пассажир этого самолёта?
3. Когда говорят о скорости машины, поезда и других транспортных средств, тело отсчёта обычно не указывают. Что подразумевают в этом случае под телом отсчёта?
Под телом отсчёта, в данном случае, обычно подразумевают поверхность Земли.
4. Мальчик стоял на земле и наблюдал, как его младшая сестра каталась на карусели. После катания девочка сказала брату, что и он сам, и дома, и деревья быстро проносились мимо неё. Мальчик же стал утверждать, что он вместе с домами и деревьями, был неподвижен, а двигалась сестра. Относительно каких тел отсчёта рассматривали движение девочка и мальчик? Объясните кто прав в споре.
Оба правы. Мальчик выбрал систему отсчёта относительно себя (он был неподвижен), а девочка относительно себя (она была на качелях).
5. Относительно какого тела отсчёта рассматривают движение, когда говорят:
а) скорость ветра равна 5 м/с?
б) бревно плывет по течению реки, поэтому его скорость равна нулю;
в) скорость плывущего по реке дерева равна скорости течения воды в реке;
г) любая точка колеса движущегося велосипеда описывает окружность;
д) Солнце утром восходит на востоке, в течение дня движется по небу, а вечером заходит на западе?
а) относительно поверхности Земли; б) относительно текущей воды; в) относительно поверхности Земли; г) относительно центра (оси) колеса; д) относительно поверхности Земли.
Материальная точка. Система отсчета
Урок 1. Физика 9 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Материальная точка. Система отсчета»
Неотъемлемой частью нашей жизни является движение. Движутся люди, автомобили, самолёты, космические корабли и планеты. Движутся молекулы, атомы, ионы и электроны. В окружающем нас мире все непрерывно изменяется. Как говорил древнегреческий философ Гераклит: «Все течёт, все изменяется. И невозможно дважды войти в одну и ту же реку».
Наиболее простой формой всех изменений является механическое движение. Механическое движение — это изменение положения одних тел относительно других в пространстве с течением времени.
А наука о закономерностях механического движения и причинах, вызвавших это движение, называется механикой.
Механику обычно разделяют на два раздела: кинематику, которая отвечает на вопрос, как движутся тела; и динамику, которая выясняет причины и проясняет, почему тела движутся именно так, а не иначе.
Изучение механики начинается с кинематики, так как понятия кинематики лежат в основе всей физики.
Кинематика — это раздел механики, который изучает движение тел без учёта причин, вызвавших это движение.
Основная задача кинематики заключается в нахождении положения тела в любой момент времени, если известны его положение, скорость и ускорение в начальный момент времени.
В седьмом классе вы изучали самый простой вид движения —прямолинейное. В действительности движение тел может быть очень сложным: понаблюдайте за самолётом, который выполняет фигуры высшего пилотажа…
Каким образом кинематика может описать такие сложные движения?
Дело в том, что кинематика позволяет представить любое сложное движение, как состоящее из трёх основных.
Все вы знаете, что любое тело в каждый момент времени обладает некоторой геометрической формой, определённым образом ориентировано в пространстве и занимает в нем некоторое место. Проведём простой опыт с обыкновенным ластиком. Его можно изогнуть, то есть изменить его форму. Его можно повернуть, то есть по-другому сориентировать относительно стола. И, наконец, ластик можно перенести в другое место без изменения формы и ориентации в пространстве.
Значит, и форма, и ориентация в пространстве, и местоположение тела с течением времени могут изменяться. И каждому из этих изменений соответствует один из трёх основных видов механического движения — деформация…, вращательное движение… и поступательное движение…
С деформацией тела вы знакомы. Напомним, что это процесс изменения формы и (или) объёма тела. В результате этого процесса изменяется расстояние между точками тела.
Вращательное движение тела — это движение, при котором происходит изменение ориентации тела в пространстве (проще говоря, поворот тела).
Ну а перемещение тела без деформирования и поворота называется поступательным движением. При таком движении любая прямая, мысленно проведённая через любые две точки тела, остаётся параллельной самой себе.
Во многих задачах деформированием тела можно пренебречь. В таких случаях пользуются моделью абсолютно твёрдого тела — это тело, у которого расстояние между любыми его точками не меняется.
Если же в задаче, помимо деформации, можно пренебречь и вращением тела, то остаётся рассмотреть лишь его поступательное движение. А для таких задач достаточно изучить движение только одной точки тела, то есть использовать модель материальной точки.
Материальной точкой называется тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь.
Слова «в данных условиях» означают, что одно и то же тело при одних его движениях можно считать материальной точкой, при других — нет. Например, при изучении движения планет нашей Солнечной системы вокруг Солнца, их можно считать материальными точками, так как их размеры очень малы, по сравнению с расстояниями, которые они проходят.
Однако при рассмотрении задач, связанных с суточным вращением планеты, считать её материальной точкой нельзя, так как результат будет зависеть от размеров планеты, скорости движения её различных точек и так далее. Например, в Москве солнце встаёт на 7 часов раньше, чем в Нью-Йорке.
Поэтому, чтобы тело можно было принять за материальную точку, должно выполняться одно из трёх условий:
· тело движется поступательно;
· размеры тела много меньше расстояния, которое оно проходит;
· размеры тела много меньше расстояния до тела отсчёта.
Напомним, что тело отсчёта — это тело (или группа тел), принимаемое в данном случае за неподвижное, относительно которого рассматривается движение других тел.
Вам известно, что одно и то же тело может двигаться относительно одних тел и одновременно оставаться неподвижным для других. Так пилот самолёта неподвижен относительно самолёта, но движется вместе с ним относительно земли. Таким образом, когда говорят о движении какого-либо тела, необходимо указывать тело, относительно которого это движение рассматривается.
Положение тела в пространстве определяется с помощью координат. Например, рассмотрим движения локомотива по железной дороге. Его положение в любой момент времени можно задать одной координатой, например, Х. Для этого с телом отсчёта (например, это может быть дерево) связывается система координат, состоящая из одной координатной оси.
При изучении движения тела по плоскости, например, мела по школьной доске, одной координаты уже недостаточно. Поэтому, для описания такого движения следует использовать две взаимно перпендикулярные координатные оси и в каждый момент времени знать две координаты движущегося тела.
Когда же рассматривается движение тела в пространстве, например, движение вертолёта, то система координат, связанная с телом отсчёта, будет состоять из трёх взаимно перпендикулярных координатных осей: OX, OY, OZ.
А так, как при движении тела его координаты с течением времени изменяются, то необходимо иметь прибор для измерения времени.
Тело отсчёта, снабжённое устройствами для определения положения других тел и для измерения времени, называется системой отсчёта.
Мы будем использовать систему отсчёта, которая состоит из тела отсчёта, жёстко связанной с ним системы координат и часов.
Конечно, во многих случаях мы не можем непосредственно измерить координаты движущегося тела в любой момент времени. Например, мы не можем расположить линейку и расставить людей с часами вдоль многокилометрового пути движущегося мотоцикла, плывущего по морю корабля, летящего самолёта или космической ракеты, движение которых мы наблюдаем. Тем не менее знание законов физики позволяет нам определить координаты тел, движущихся в различных системах отсчёта.
А теперь давайте решим с вами одну небольшую задачку. Можно ли принять Землю за материальную точку при расчёте: расстояния от Земли до Солнца; пути, пройденного Землёй по орбите вокруг Солнца за месяц; длины экватора и скорости движения Земли по орбите вокруг Солнца?
Решение этой задачи не сложное. Здесь главное вспомнить, в каких случаях тело можно принимать за материальную точку, а в каких нет. И так, тело можно принять за материальную точку, если тело движется поступательно; если размеры тела много меньше расстояния, которое оно проходит; и, если размеры тела много меньше расстояния до тела отсчёта.
Рассмотрим случай а) более подробно. Для это проверим выполнение выше названных условий. Согласно первому условию, тело должно двигаться поступательно. Для нашего случая он не выполняется, так как о движении Земли в условии задачи ничего не говорится.
Второе условие материальной точки также не выполняется, так как мы не знаем расстояние, пройденное Землёй.
По третьему условию размеры тела должны быть намного меньше расстояния до тела отсчёта. В нашем случае, тело отсчёта — это Солнце. Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 149,6 миллионов километров, а средний радиус нашей планеты всего 6371 километр, что, конечно же, намного меньше среднего расстояния до Солнца.
Значит, в примере а) Землю можно принять за материальную точку, так как выполняется третье условие.
Далее рассуждая аналогично получим, что в примере б) Землю можно принять за материальную точку, так как её размеры много меньше расстояния, которое она проходит по орбите за месяц.
В примере в) Землю нельзя считать материальной точкой, так как при расчёте длины экватора Земли нельзя пренебречь её размерами.
И наконец в примере г) Землю можно считать материальной точкой, так как размеры Земли во много раз меньше среднего расстояния до Солнца.