Механическое движение и его описание: системы отсчета, радиус-вектор, векторы перемещения, траектория и пройденный путь, прямая и обратная задача кинематики.Механика — часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение. Механическое движение — это изменение с течением времени взаимного расположения тел или их частей.
Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причины, которые это движение обусловливают.
Механика для описания движения тел в
зависимости от условий конкретных задач
использует разные физические модели.
Простейшей моделью является матери-
материальная точка — тело, обладающее массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь.
Произвольное макроскопическое тело
или систему тел можно мысленно разбить
на малые взаимодействующие между со-
собой части, каждая из которых рассматри-
рассматривается как материальная точка. Тогда изучение движения произвольной системы тел сводится к изучению системы материальных точек. В механике сначала изучают движение одной материальной точки, а затем переходят к изучению движения системы материальных точек.
Под воздействием тел друг на друга
тела могут деформироваться, т. е. изме-
изменять свою форму и размеры. Поэтому
в механике вводится еще одна модель —
абсолютно твердое тело. Абсолютно твер-
твердым телом называется тело, которое ни
при каких условиях не может -деформироваться и при всех условиях расстояние между двумя точками (или точнее между двумя частицами) этого тела остается постоянным.
Любое двикение твердого тела можно
представить как комбинацию поступатель-
поступательного и вращательного движений.
Поступательное движение — это движение, при котором любая прямая, жестко связанная
с движущимся телом, остается параллельной своему первоначальному положению.
Вращательное движение — это движение,
при котором все точки тела движутся по
окружностям, центры которых лежат на
одной и той же прямой, называемой осью
вращения.
Движение тел происходит в пространстве и во времени. Поэтому для описания
движения материальной точки надо знать,
в каких местах пространства эта точка
находилась и в какие моменты времени
она проходила то или иное положение.
Положение материальной точки
определяется по отношению к какому-либо
другому, произвольно выбранному телу,
называемому телом отсчета. С ним
связывается система отсчета — совокупность
системы координат и часов, связанных
с телом отсчета. В декартовой системе
координат, используемой наиболее часто,
положение точки А в данный момент вре-
времени по отношению к этой системе ха-
характеризуется тремя координатами х,
у и z или радиусом-вектором r, проведенным из начала системы координат в дан-
данную точку (рис. 1).
При движении материальной точки ее
координаты с течением времени
изменяются. В общем случае ее движение
определяется скалярными уравнениями
x=x(t), y=y(t), z=z(t) (1)
эквивалентными векторному уравнению
(2)
Уравнения 1 и 2 называются кинематическими
уравнениями движения материальной точки.
Число независимых координат,
полностью определяющих положение точки
в пространстве, называется числом степе-
степеней свободы. Если материальная точка
свободно движется в пространстве, она обладает тремя степенями свободы (координаты х, у и z);
если она движется по некоторой
поверхности, то — двумя степенями свободы,
если — вдоль некоторой линии, то — одной
степенью свободы.
Исключая t в уравнениях 1 и 2, получим уравнение траектории движения материальной точки. Траектория движения материальной точки — линия, описываемая этой точкой в пространстве. В зависимости от формы траектории движение может быть прямолинейным или криволинейным.
Рассмотрим движение материальной
точки вдоль произвольной траектории
(рис. 2). Отсчет времени начнем с момента, когда точка находилась в положении А. Длина участка траектории АВ, пройденного материальной точкой с момента
начала отсчета времени, называется дли-
длиной пути 
и является скалярной фун-
функцией времени: 
Вектор 
проведенный из начального
положения движущейся точки в положение ее
в данный момент времени (приращение
радиуса-вектора точки за рассматриваемый промежуток времени), называется
перемещением.
При прямолинейном движении вектор
перемещения совпадает с соответствую-
соответствующим участком траектории и модуль перемещения 
равен пройденному пути
2) Методы регистрации частиц. Ускорители частиц. Ускорителями заряженных частиц называются устройства, в которых под действием электрических и магнитных полей
создаются и управляются пучки высоко-
энергетичных заряженных частиц (элек-
(электронов, протонов, мезонов и т.д.).
Любой ускоритель характеризуется
типом ускоряемых частиц, энергией, со-
сообщаемой частицам, разбросом частиц
по энергиям и интенсивностью пучка.
Ускорители делятся на непрерывные (из
них выходит равномерный по времени пу-
пучок) и импульсные (из них частицы вы-
вылетают порциями — импульсами).
Последние характеризуются длительностью импульса. По форме траектории и механизму ускорения частиц ускорители делятся на линейные, циклические и индукционные. В линейных ускорителях траектории движения частиц близки к прямым линиям, в циклических и индукционных — траекториями частиц являются окружности или спирали.
Рассмотрим некоторые типы ускорителей заряженных частиц.
1. Линейный ускоритель. Ускорение
частиц осуществляется электростатиче-
электростатическим полем, создаваемым, например, вы-
высоковольтным генератором Ван-де-Граафа Заряженная частица проходит
поле однократно: заряд Q, проходя
разность потенциалов 
приобретает
энергию 
Таким способом
частицы ускоряются до 10 МэВ Их
дальнейшее ускорение с помощью источ-
источников постоянного напряжения
невозможно из-за утечки зарядов, пробоев и т.д.
2. Линейный резонансный ускоритель.
Ускорение заряженных частиц
осуществляется переменным электрическим
полем сверхвысокой частоты, синхронно
изменяющимся с движением частиц. Таким способом протоны ускоряются до энергий порядка десятков мегаэлектрон-вольт, электроны — до десятков гигаэлектрон-вольт.
3. Циклотрон — циклический
резонансный ускоритель тяжелых частиц (протонов, ионов). Его принципиальная схема приведена на рис.2. Между полюсами сильного электромагнита помещается вакуумная камера, в которой находятся 2 электрода (1 и 2) в виде полых металлических полуцилиндров(дуантов). К ним приложено переменное электрическое поле. Магнитное поле, создаваемое электромагнитом, однородно и перпендикулярно плоскости полуцилиндров.
Если заряженную частицу ввести
в центр зазора между дуантами, то она,
ускоряемая электрическим и отклоняемая
магнитным полями, войдя в дуант 1,
опишет полуокружность, радиус
которой пропорционален скорости частицы К моменту ее выхода из
дуанта 1 полярность напряжения
изменяется (при соответствующем подборе
изменения напряжения между дуантами),
поэтому частица вновь ускоряется и,
переходя в дуант 2, описывает там уже
полуокружность большего радиуса и т. д.
Для непрерывного ускорения частицы
в циклотроне необходимо выполнить усло-
условие синхронизма (условие «резонанса») — периоды вращения частицы в
магнитном поле и колебаний электрического поля должны быть равны. При выполнении этого условия частица будет двигаться по раскручивающейся спирали, получая при каждом прохождении через зазор
дополнительную энергию. На последнем
витке, когда энергия частиц и радиус ор-
орбиты доведены до максимально допусти-
допустимых значений, пучок частиц посредством
отклоняющего электрического поля
выводится из циклотрона.
циклотрон совершенно неприменим для ус-
ускорения электронов
Ускорение релятивистских частиц
в циклических ускорителях можно, од-
однако, осуществить, если применять
предложенный в 1944 г. советским
физиком В. И. Векслером
и в 1945 г. американским физиком Э. Мак-
Милланом принцип автофазировки. Его идея заключается в том, что
для компенсации увеличения периода
вращения частиц, ведущего к нарушению
синхронизма, изменяют либо частоту
ускоряющего электрического, либо индукцию магнитного полей, либо то и другое.
Принцип автофазировки используется в
фазотроне, синхротроне и синхрофазотроне.
4. Фазотрон (синхроциклотрон) —
циклический резонансный ускоритель тя-
тяжелых заряженных частиц (например,
протонов, ионов, а-частиц), в котором уп-
управляющее магнитное поле постоянно,
а частота ускоряющего электрического по-
поля медленно изменяется с периодом.
Движение частиц в фазотроне, как и в циклотроне, происходит по раскручивающейся
спирали. Частицы в фазотроне ускоряются
до энергий, примерно равных 1 ГэВ (огра-
(ограничения здесь определяются размерами
фазотрона, так как с ростом скорости
частиц растет радиус их орбиты).
5. Синхротрон — циклический резо-
резонансный ускоритель ультрарелятивистских
электронов, в котором управляющее маг-
магнитное поле изменяется во времени,
а частота ускоряющего электрического по-
поля постоянна. Электроны в синхротроне
ускоряются до энергий 5—10 ГэВ.
6. Синхрофазотрон — циклический ре-
резонансный ускоритель тяжелых
заряженных частиц (протонов, ионов), в котором объединяются свойства фазотрона и синхротрона, т. е. управляющее магнитное
поле и частота ускоряющего
электрического поля одновременно изменяются во времени так, чтобы радиус равновесной орбиты частиц оставался постоянным. Протоны ускоряются в синхрофазотроне до
энергий 500 ГэВ.
7. Бетатрон — циклический
индукционный ускоритель электронов, в котором ускорение осуществляется вихревым электрическим полем,
индуцируемым переменным магнитным полем, удерживающим электроны на круговой орбите.
В бетатроне в отличие от рассмотренных
выше ускорителей не существует пробле-
проблемы синхронизации. Электроны в бетатроне
ускоряются до энергий 100 МэВ. При
W> 100 МэВ режим ускорения в
бетатроне нарушается электромагнитным
излучением электронов. Особенно
распространены бетатроны на энергии 20—50 МэВ
Конкретно-историчекий характер образования и дидактических концепций
Основные документы по модернизации образования в нашей стране является ответом на вызовы 21 века. Современные тенденции мирового развития определяют проблемы, которые невозможно решить без существенных изменений в образовании. К ним относятся: 1. ускорение темпов развития общества и, следовательно, необходимость подготовки людей к жизни в условиях быстро меняющегося общества. 2. Переход постиндустриального (информационного), в связи с чем особую важность приобретает фактор коммуникативности и толерантности. 3. высокая мобильность капиталов и рабочей силы, рост конкурентности.3. потребность в высоко квалифицированных кадрах, что требует построения системы профессионального образования 4. демократизация общества, что вызывает необходимость повышения уровня готовности граждан к сознательному политическому выбору. 5. возникновение и рост глобальных проблем, что требует формирования современного мышления.
Таким образом, система образования может и должна использовать свой потенциал для консолидации общества, сохранения единого социально- культурного производства, преодоления социальных конфликтов. Она призвана обеспечить равные возможности доступа молодых людей к полноценному образованию независимо от материального положения, места проживания, национальной принадлежности и состояния здоровья.
