Общие методические рекомендации по решению задач из раздела физики " Динамика".

Общие методические рекомендации по решению задач в разделе физики « Динамика». В изучении курса физики решение задач имеет исключительно важное значение, и им отводится значительная часть курса. Решение и анализ задач позволяют понять и запомнить основные законы и формулы физики, создают представление об их характерных особенностях и границах применения. Задачи развивают навык в использовании общих законов материального мира для решения конкретных вопросов, имеющих практическое и познавательное значение. Умение решать задачи является лучшим критерием оценки глубины изучения программного материала и его усвоения. В основу каждой физической задачи положено то или иное частное проявление одного или нескольких фундаментальных законов природы и их следствий. Поэтому, прежде чем приступать к решению задач какого-либо раздела курса, следует тщательно проработать теорию вопроса и внимательно разобрать иллюстрирующие ее примеры. Без твердого знания теории нельзя рассчитывать на успешное решение и анализ даже сравнительно простых задач, не говоря уже о более сложных. В процессе решения физической задачи можно выделить три этапа: физический, математический и анализ решения. Физический этап начинается с ознакомления с условием задачи и уяснения физических закономерностей, лежащих в ее основе. Ознакомившись с условием задачи, никогда не следует заострять внимание на искомой величине и тем более пытаться сразу ее найти. Необходимо помнить, что ближайшая цель решения состоит в том, чтобы свести задачу от физической к математической, записав ее условие при помощи формул. Далее следует коротко записать условия задачи в буквенных обозначениях и выразить их в Международной системе единиц СИ. Чтобы хорошо понять условие задачи, необходимо сделать схематический чертеж, поясняющий ее сущность, и на чертеже, хо- 6 тя бы условно, указать все величины, характеризующие данное явление. Если при этом окажется, что для полного описания процесса надо использовать величины, не фигурирующие в условии задачи, их нужно ввести в решение самим, так как в большинстве случаев без них невозможно найти связь между искомыми и заданными величинами. Следует твердо помнить, что почти во всех случаях чертеж резко упрощает и поиск, и само решение. (Впрочем, этот пункт нередко опускается, если данный физический процесс и условие задачи оказываются достаточно ясными и понятными). После этого приступают к анализу физических процессов, происходящих в ситуации, описанной в условии, к выявлению тех законов, которым подчиняются эти процессы. Заканчивается физический этап составлением уравнений, связывающих физические величины, которые характеризуют рассматриваемое явление с количественной стороны. Применение известных законов и формул физики для математической записи условий задачи представляет основную трудность решения почти всех задач по физике. Сделав такую запись, мы получаем одно или несколько уравнений, в которых неизвестным служит искомая величина, и физический этап переходит в математический. Математический этап начинается решением системы уравнений и заканчивается получением числового ответа. Безусловно, математический этап является менее важным, чем этап физический, но необходимо подчеркнуть, что он не является второстепенным. К сожалению, иногда недооценивают роль этого этапа. Но если при решении системы уравнений или переводе единиц или при арифметическом расчете совершена ошибка, решение задачи в целом окажется неверным. С точки зрения практики задача решена правильно только в том случае, если получен ее верный общий и числовой ответ. Неправильно считать математический этап второстепенным еще и потому, что после него должен следовать анализ решения. Последний этап вообще нельзя провести, если не получен общий и числовой ответ задачи. Таким образом, для окончательного решения задачи по физике физический и математический этапы являются в равной степени необходимыми. После получения решения в общем виде и числового ответа проводят этап анализа решения. На этом этапе выясняют, как и от каких физических величин зависит найденная величина, при каких условиях эта зависимость осуществляется и т.д. При анализе числового ответа исследуют: ♦ размерность полученной величины; ♦ соответствие полученного числового ответа физически возможным значениям искомой величины; например, если для скорости какого-либо тела получено значение большее, чем скорость света в вакууме (с = 3 ⋅ 108 м/с), то этот ответ явно неверен; ♦ при получении многозначного ответа соответствие полученных ответов условиям задачи.

Существуют общие правила решения физических задач, но в каждом разделе следует пользоваться определенными алгоритмами. Рассмотрим это на примере раздела – динамика. Динамика – раздел механики, в котором изучается движение тел с причинно-следственной точки зрения, т.е. под действием других тел. Из опыта известно, что все тела взаимодействую между собой. Меру взаимодействия тел, в результате которого тела деформируются или приобретают ускорение, называют силой. Основная задача динамики материальной точки состоит в том, чтобы найти законы движения точки, зная приложенные к ней силы, или, наоборот, по известным законам движения определить силы, действующие на эту точку. Для овладения методом решения этих задач необходимо усвоить следующее: понятие силы как вектора, имеющее абсолютное значение (модуль), направление и точку приложения; формулировки и физическую сущность трех законов Ньютона; типы сил, рассматриваемых в механике (трения, упругости, тяготения). Рекомендуется придерживаться следующей последовательности действий: 1. Выбрать систему отсчета . 2. Найти все силы, действующие на тело, и изобразить их на чертеже. Определить (или предположить) направление ускорения и изобразить его на чертеже. Следует помнить, что, говоря о движении какого-либо тела, например поезда, самолета, автомобиля и т.д., мы подразумеваем под этим движение материальной точки. Расставляя силы, приложенные к телу, необходимо все время руководствоваться третьим законом Ньютона, помня, что силы могут действовать на это тело только со стороны других тел: со стороны Земли это будет сила тяжести, равная mgG ; cо стороны нити – сила натяжения T; G со стороны поверхности – силы нормальной реакции N G и трения Fтр G . 3. Записать для данного тела (тел) уравнение второго закона Ньютона в векторной форме и перейти к скалярной записи, заменив все векторы их проекциями на оси координат. 4. Исходя из физической природы сил, выразить силы через величины, от которых они зависят. Скажем, силу трения нужно представить через коэффициент трения и силу нормального давления, если известно, что тело скользит по поверхности. 5. Если в задаче требуется определить положение или скорость точки, то к полученным уравнениям динамики добавить кинематические уравнения. 6. Решить полученную систему уравнений относительно искомых величин.