Что такое материальная точка в физике 7 класс кратко

Обновлено: 07.07.2024

Для описания движения тела нужно знать, как движутся различные его точки. Однако в случае поступательного движения все точки тела движутся одинаково. Поэтому для описания поступательного движения тела достаточно описать движение одной его точки.

Также во многих задачах механики нет необходимости указывать положения отдельных частей тела. Если размеры тела малы по сравнению с расстояниями до других тел, то данное тело можно описывать как точку.

Одно и то же тело в одних условиях можно считать материальной точкой, а в других – нет. Так, например, рассматривая движение корабля из одного морского порта в другой, корабль можно считать материальной точкой. Однако, при исследовании движения шарика, который катится по палубе корабля, корабль считать материальной точкой нельзя. Движение зайца, убегающего по лесу от волка, можно описывать, приняв зайца за материальную точку. Но нельзя считать зайца материальной точкой, описывая его попытки спрятаться в нору. При изучении движения планет вокруг Солнца их можно описывать материальными точками, а при суточном вращении планет вокруг своей оси такая модель неприменима.

Важно понимать, что в природе материальных точек не существует. Материальная точка – это абстракция, модель для описания движения.

Задание	Можно ли принять за материальную точку: а) автомобиль, въезжающий в гараж; б) автомобиль на трассе Москва-Ярославль?
Ответ	а) автомобиль, въезжающий в гараж нельзя принять за материальную точку, так как в данных условиях существенны размеры автомобиля;

б) автомобиль на трассе Москва-Ярославль можно принять за материальную точку, так как размеры автомобиля намного меньше расстояния между городами.

Задание

Указать, в каких из приведенных ниже случаях изучаемое тело можно принять за материальную точку: а) рассчитывают давление трактора на грунт; б) вычисляют высоту, на которую поднялась ракета; в) рассчитывают работу при поднятии в горизонтальном положении плиты перекрытия известной массы на заданную высоту; г) определяют объем стального шарика при помощи измерительного цилиндра (мензурки).

Ответ

а) при расчете давления трактора на грунт трактор нельзя принять за материальную точку, так как в данном случае важно знать площадь поверхности гусениц;

б) при расчете высоты подъема ракеты, ракету можно считать материальной точкой, так как ракета движется поступательно и расстояние, пройденное ракетой. намного больше ее размеров;

в) в данном случае плиту перекрытия можно считать материальной точкой. так как она совершает поступательное движение и для решения задачи достаточно знать перемещение ее центра масс;

г) при определении объема шарика. шарик считать материальной точкой нельзя, потому что в данной задаче существенны размеры шарика.

Задание

Можно ли принять Землю за материальную точку при расчете: а) расстояния от Земли до Солнца; б) пути, пройденного Землей по орбите вокруг Солнца; в) длины экватора Земли; г) скорости движения точки экватора при суточном вращении Земли вокруг оси; д) скорости движения Земли по орбите вокруг Солнца?

Ответ

а) в данных условиях Землю можно принять за материальную точку, так как ее размеры намного меньше расстояния от нее до Солнца;

б) в данных условиях Землю можно считать материальной точкой, так как путь, который она проходит по орбите намного превышает ее размеры;

в) при измерении длины экватора Землю считать материальной точкой нельзя, потому что в данном случае имеют значения размеры Земли;

г) в данном случае Землю нельзя считать материальной точкой, так при измерении скорости движения точки экватора при суточном вращении планеты, важны размеры планеты и ее форма;

д) в данном случае Землю можно принять за материальную точку, так как размеры орбиты намного превосходят размеры Земли.

Материа́льная то́чка (частица) — простейшая физическая модель в механике — идеальное тело, размеры которого равны нулю, можно также считать размеры тела бесконечно малыми по сравнению с другими размерами или расстояниями в пределах допущений исследуемой задачи. Положение материальной точки в пространстве определяется как положение геометрической точки.

Практически под материальной точкой понимают обладающее массой тело, размерами и формой которого можно пренебречь при решении данной задачи. [1]

При прямолинейном движении тела достаточно одной координатной оси для определения его положения.

Содержание

Особенности

Масса, положение и скорость материальной точки в каждый конкретный момент времени полностью определяют её поведение и физические свойства [2] .

Следствия

Механическая энергия может быть запасена материальной точкой лишь в виде кинетической энергии её движения в пространстве, и (или) потенциальной энергии взаимодействия с полем. Это автоматически означает неспособность материальной точки к деформациям (материальной точкой может быть названо лишь абсолютно твёрдое тело) и вращению вокруг собственной оси и изменениям направления этой оси в пространстве . Вместе с этим модель движения тела, описываемого материальной точкой, которое заключается в изменении её расстояния от некоторого мгновенного центра поворота и двух углов Эйлера, которые задают направление линии, соединяющей эту точку с центром, чрезвычайно широко используется во многих разделах механики.

Ограничения

Примечания

↑ Курс физики. Трофимова Т. И. М.: Высш. шк., 2001, изд. 7-ое.
↑ Материальная точка также может иметь заряд (подробнее см. Электродинамика)

Классическая механика
Идеализации в физике

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Материальная точка" в других словарях:

МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА — точка, имеющая массу. В механике понятием материальная точка пользуются в случаях, когда размеры и форма тела при изучении его движения не играют роли, а важна только масса. Практически любое тело можно рассматривать как материальную точку, если… … Большой Энциклопедический словарь

МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА — понятие, вводимое в механике для обозначения объекта, к рый рассматривается как точка, имеющая массу. Положение М. т. в пр ве определяется как положение геом. точки, что существенно упрощает решение задач механики. Практически тело можно считать… … Физическая энциклопедия

материальная точка — Точка, обладающая массой. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 102. Теоретическая механика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1984 г.] Тематики теоретическая механика EN particle DE materialle Punkt FR point matériel … Справочник технического переводчика

МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА — МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА, понятие, вводимое в механике для обозначения тела, размерами и формой которого можно пренебречь. Положение материальной точки в пространстве определяется как положение геометрической точки. Тело можно считать материальной… … Современная энциклопедия

МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА — В механике: бесконечно малое тело. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910 … Словарь иностранных слов русского языка

Материальная точка — МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА, понятие, вводимое в механике для обозначения тела, размерами и формой которого можно пренебречь. Положение материальной точки в пространстве определяется как положение геометрической точки. Тело можно считать материальной… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

материальная точка — понятие, вводимое в механике для объекта бесконечно малых размеров, имеющего массу. Положение материальной точки в пространстве определяется как положение геометрической точки, что упрощает решение задач механики. Практически любое тело можно… … Энциклопедический словарь

Материальная точка — геометрическая точка, обладающая массой; материальная точка абстрактный образ материального тела, обладающего массой и не имеющего размеров … Начала современного естествознания

материальная точка — materialusis taškas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. mass point; material point vok. Massenpunkt, m; materieller Punkt, m rus. материальная точка, f; точечная масса, f pranc. point masse, m; point matériel, m … Fizikos terminų žodynas

материальная точка — Точка, имеющая массу … Политехнический терминологический толковый словарь

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, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Механическое движение. понятие материальной точки"

Механическое движение

Другой смолчал и стал пред ним ходить.

Сильнее он не мог бы возразить.

Приступаем к разделу, посвященному ознакомлению с взаимодействием тел. В рамках данной темы будет рассмотрено механическое движение.

Конечно, не нужно быть мудрецом, чтобы найти примеры движения. Можно привести большое количество примеров движения. Например, бегущие по небу облака: можно видеть, как они двигаются. Летящий самолёт: можно видеть, как какое-то время он летит, а потом он скрывается из виду, то есть, перемещается. Примером механического движения может послужить автомобиль, идущий путник. Необходимо разобраться, как определить, двигается тело, или нет? Конечно, можно заметить, что, например, мотоциклист проезжает мимо дерева, значит, он двигается. То есть, положение мотоциклиста изменяется, относительно дерева. То же самое можно сказать и о холмике, на котором подпрыгнул мотоциклист – он, несомненно, двигался относительно него. Но вот двигался ли мотоциклист относительно своего мотоцикла? Здесь правильно дать отрицательный ответ. На протяжении всего движения, мотоциклист оставался сидеть на своём мотоцикле, то есть, его положение, относительно мотоцикла не изменялось.

Из этого примера, надо сделать вывод: говоря о движении, всегда нужно уточнять, относительно чего вы рассматриваете движение. Итак, механическое движение – это изменение положения тела относительно других тел с течением времени. Только указав, относительно чего рассматривается движение, можно получить однозначный ответ на вопрос о том, двигается тело, или нет. Рассмотрим еще один пример: допустим, мимо пешехода проезжает машина. Конечно, можно сказать, что она двигается. Но вот, водитель, находящийся в этой машине, двигается вместе с ней. Значит, относительно него, машина покоится. Можно привести еще один пример: человек заметил НЛО, улетающий от самолета на восток.

Скорость НЛО больше скорости самолета. С точки зрения человека на земле, и НЛО, и самолет удаляются от него на восток. А вот пилоту в кабине самолета представляется совсем иная картина: от него удаляется НЛО в одну сторону, а человек на земле – в другую сторону. А с точки зрения пилота НЛО вообще будет казаться, что и самолет, и человек удаляются от него, причем не на восток, а на запад. Таких примеров можно найти тысячи.

Возникает вопрос: как можно утверждать, что человек движется, если он будет стоять неподвижно? Однако и здесь, можно сказать, что человек движется. Для этого необходимо понимать, что человек находится на планете Земля, а Земля вращается вокруг Солнца (причем двигаясь с огромной скоростью – почти 30 километров в секунду). Поэтому человек относительно Солнца постоянно двигается.

Впервые об относительности движения заговорил Галилео Галилей.

Итак, механическое движение всегда относительно. Когда тело двигается в пространстве, оно двигается по некоторой линии. Эта линия называется траекторией. Например, когда самолет пролетает в небе, он оставляет за собой след – эту линию мы можем называть траекторией. Траектория может быть прямой или кривой, она вообще может быть сколь угодно сложной. Например, рассмотренный ранее прыжок мотоциклиста на трамплине – это пример кривой траектории. Выполняя пике, самолет тоже будет двигаться по кривой траектории. А если рассмотреть тормозной путь автомобиля, то он, как правило, будет представлять собой прямую траекторию.

Если же рассмотреть беспорядочное движение молекулы, то это будет ломаная линия, состоящая из множества отрезков.

Длину траектории можно измерить. Эта величина называется путём. Итак, путь – это физическая величина, равная длине траектории, по которой двигалось тело в течение данного промежутка времени. Известно что, у каждой физической величины (да и не только физической) есть обозначение. В физике, путь обозначается латинской буквой s. В международной системе СИ, путь измеряется в метрах (м).

Рассмотрим конкретный пример: мальчик съехал с горки на санках.

Его траектория будет представлять собой ломаную линию, состоящую из двух отрезков, которые обозначены как AB и BC. Пусть AB равно 7 м, а BC – 5 м. Длина траектории будет равна сумме этих отрезков, то есть 12 м. Таким образом, путь составил 12 м. Но, иногда удобнее использовать и другие единицы измерения. Скажем, автомобиль преодолел 30 километров и вернулся обратно. Конечно, в данной ситуации нет надобности переводить километры в метры. Таким образом, его путь составил 60 километров. Однако для решения задач часто необходимо переводить все величины в единицы системы СИ.

Для удобства при рассмотрении механического движения часто используется такое понятие как материальная точка. Материальная точка – это тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи. Рассмотрим на примере, что это значит. Если рассмотреть движение мяча по лавочке, то размерами мяча никак нельзя пренебречь, поскольку лавочка не так уж велика по сравнению с мячом.

Если, например, рассмотрим движение лодки по реке, то размерами лодки, конечно, можно пренебречь. То есть, учитывая то, что длина реки составляет несколько километров, а может и несколько десятков километров, лодку, размеры которой измеряются в метрах (ну или в десятках метров), можно считать за точку. Или, машину, движущуюся по автомагистрали, тоже можно считать за материальную точку, поскольку размеры машины в десятки тысяч раз меньше пройденного пути.

Упражнение 1. Автомобиль проехал 12 км на восток, потом 3 км на север, а потом 6 км на запад. Нарисуйте траекторию движения автомобиля и найдите, сколько метров проехал автомобиль.

Упражнение 2. Считая, что траектория движения Земли вокруг Солнца является окружностью, найдите, путь, который Земля проходит за год. Расстояние от Земли до Солнца равно 150 млн км.

Основные выводы:

– Механическое движение – это изменение положения тела, относительно других тел с течением времени.

– Траектория – это линия, по которой двигается тело. Траектория может быть прямой или кривой.

– Путь – это физическая величина, равная длине траектории, по которой двигалось тело, в течение данного промежутка времени.

– В системе СИ путь измеряется в метрах.

– Материальная точка – это тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи.

Эта абстрактная модель представляет собой идеальное тело, имеющее определённую массу, размеры которого не имеют значения и не принимаются во внимание.

Такое упрощение необходимо для более простого решения различных задач, связанных с механическим движением.

Физические основы механики

Физика — это наука о природе, изучающая наиболее простые и общие свойства, присущие материальному миру. Благодаря этому, она является универсальной базой для естествознания и техники, а также состоит из большого количества отдельных дисциплин — классической и квантовой механики, теории относительности, а также электродинамики, оптики и прочих.

Изучение физики начинается с механики — раздела, который рассматривает движение как изменение положения тела в пространстве с течением времени. Поэтому законы механики наиболее ясно выражают пространственно-временные отношения между объектами и событиями.

Основополагающие законы физики были в своё время установленны именно на основе наблюдения соответствующих явлений и экспериментов, из-за этого, за небольшим исключением, сфера их применения довольно ограничена. В частности, классическая механика распространяется лишь на медленное движение частиц и тел в макроскопических областях пространства. Перемещение на околосветовых скоростях подчиняется законам теории относительности, а свойствами микроскопических частиц занимается квантовая механика.

Классическая механика решает две основные задачи:

Установление законов движения — соотношений, позволяющих выяснить характер и показатели перемещения любого тела или системы в зависимости от его взаимодействия с другими объектами.
Нахождение таких общих соотношений между механическими характеристиками систем, не зависящими от их состава, строения и конкретного взаимодействия элементов.

Решение первой задачи в своё время привело Исаака Ньютона к открытию общих принципов движения материальной точки — динамики. Вторая послужила установлению законов о сохранении импульса и энергии.

Модели и относительность

Физика относится к точным наукам — свои результаты она выражает не только на словах, но и с помощью математических соотношений и формул. Однако свойства физических тел и явлений настолько многогранны, что даже самая совершенная теория не в состоянии отобразить их во всей своей полноте. Поэтому вместо реальных объектов, наука предпочитает оперировать физическими моделями — идеализированными телами, которые отображают лишь существенные для рассмотрения явлений свойства и факторы.

В механике существует две основные модели:

Материальной точкой может называться тело, размерами которого при решении конкретной задачи разрешается пренебречь.
Абсолютно твёрдым телом следует считать объект, взаимное расположение всех составляющих которого остаётся стабильным. Другими словами, это система, состоящая из жёстко связанных точек и не подверженная деформации.

Положение объекта в пространстве и его перемещение можно определить лишь относительно другого материального тела отсчёта и связанной с ним системой координат. Помимо этого, для описания движения необходимо пользоваться общепринятым и согласованным принципом фиксации моментов, а также иметь возможность проведения измерений временных промежутков во всех точках пространства.

Совокупность тела отсчёта, системы координат и неподвижного относительно неё хронометра называют системой отсчёта.

Таким образом, местоположение и перемещение любого объекта во вселенной может быть определено лишь относительно конкретной точки, от которой ведётся отсчёт. В то же время выбор системы отсчёта является произвольным и определяется лишь удобством для описания движения в заданных условиях. Отсюда следует, что положение объекта и его перемещение в пространстве является относительным по определению.

Понятие материальной точки

В отличие от геометрической точки, не имеющей никаких материальных свойств и обладающей лишь одной пространственной координатой, материальная может иметь массу, электрический заряд и прочие характеристики, необходимые для решения конкретной задачи.

Определение материальной точки в физике необходимо ввести для упрощения расчётов. Очевидно, что для описания движения такой абстрактной модели требуется минимальное количество вычислительных ресурсов.

Как правило, точке приписывается масса реального объекта, а остальные характеристики опускаются. Это можно делать лишь в том случае, когда перемещение, совершаемое наблюдаемым телом, несоизмеримо больше его размера. К примеру, для описания движения Земли по солнечной орбите совсем необязательно учитывать её вращение вокруг собственной оси.

Если возникла необходимость рассчитать среднюю скорость авиалайнера, следующего по определённому пути, форма его корпуса не имеет никакого значения. В таком случае самолёт являет собой пример материальной точки, которая должна пройти определённое расстояние за промежуток времени. Однако при нахождении показателя сопротивления воздуха летательный аппарат необходимо рассматривать как сложную систему.

При поступательном движении все элементы тела движутся в одном направлении, его можно принимать за точку

Несмотря на универсальность и удобство точечной модели, её применение имеет существенные ограничения. Это хорошо видно на примере разреженного газа при высокой температуре. Каждая молекула имеет очень маленький размер, несоизмеримый с путём, который она проходит в пространстве. Однако в этом случае молекулу далеко не всегда можно принять за точку. Дело в том, что колебание и вращение частиц перегретого газа создают своеобразный энергетический резервуар, и пренебрегать этими характеристиками в большинстве случаев нельзя.

Описание движения в кинематике

Кинематика — это начальный раздел механики, в котором устанавливаются понятия и величины, определяющие движение, общие соотношения между его характеристиками и способы описания. В разделе не рассматриваются условия и причины, определяющие характер движения тел. Поскольку любой предмет можно считать как систему идеальных моделей, прежде всего рассматривается кинематика одной точки.

Существует три способа описания движения и положения точки в выбранной системе отсчёта:

Векторный основан на понятии радиус-вектора и является наиболее удобным для теории, поскольку позволяет лаконично и полно отобразить содержание кинематических величин и связь между ними.
Координатный. С телом отсчёта жёстко связывается любая система координат, чаще всего декартова, а положение точек обозначается при помощи трёх числовых значений: x, y, z. Эти числа соответствуют расстоянию от начала координат до проекции точки на соответствующую координатную ось.
Природный способ отлично подходит для описания движения по заданной траектории. Положение точки задаётся криволинейной координатой, которая представляет собой расстояние от начала отсчёта до этой точки, отложенное вдоль траектории. Закон движения при этом определяется зависимостью координаты от времени.

В классической механике для удобства используются инерциальные системы отсчёта. Их особенность заключается в том, что движение всех тел происходит равномерно и прямолинейно или же полностью отсутствует. Пространство и время в такой системе обладают изотропным и равномерным строением.

Динамика и законы Ньютона

Динамика — это раздел механики, в котором законы движения тел устанавливаются через причины, обусловливающие его характер. Основу раздела составляют 3 закона Ньютона, являющиеся обобщением результатов наблюдений и специально поставленных экспериментов. Их не получится вывести из каких-либо более простых принципов.

Законы динамики имеют важное практическое значение. На них основаны расчёты, по которым сооружаются всевозможных машины и механизмы, инженерные конструкции, космические аппараты и прочая техника.

Однако стоит заметить, что утверждения Ньютона не являются универсальными даже в рамках классической механики и выполняются лишь в инерциальных системах отсчёта.

Три закона Ньютона:

Тело, находящееся в инерциальной системе отсчёта при условии отсутствия взаимодействия с другими объектами, будет находиться в покое или совершать прямолинейное и равномерное движение.
Сила, действующая на тело, полностью определяет скорость, с которой изменяется импульс этого тела.
Два тела действуют друг на друга с силами равными по модулю и направленными в противоположные стороны прямой, соединяющей эти тела.

Законы Ньютона нельзя изолировать друг от друга, так как они — система органичных и взаимосвязанных утверждений. Они применяются для решения любой задачи динамики, но второй закон принято считать основным, поскольку он непосредственно оперирует основными характеристиками движения.

Для определения законов движения точки необходимо иметь достоверную и полную информацию о силах, действующих на неё.

В макроскопическом мире можно наблюдать большое количество всевозможных сил, которые являются проявлениями двух самых фундаментальных взаимодействий во вселенной — электромагнитного и гравитационного. Притяжение обусловлено гравитацией, а все остальные известные науке силы имеют электромагнитную природу.

Кратко ознакомившись с особенностями классической механики, можно понять, с какой целью используется понятие материальной точки. Нужно понимать, что физика не работают с реальными объектами, а лишь с абстрактными моделями. Это помогает облегчить теоретические построения и расчёты.

Одним из базовых понятий в механике является понятие материальной точки. Большинство законов кинематики и динамики описывают движение и взаимодействие материальных точек. Рассмотрим это понятие более подробно.

Важные характеристики объектов

Все физические законы предназначены для описания явлений в нашем обычном мире, в трехмерном пространстве. И все законы относятся к физическим объектам, которые имеют некоторые размеры, форму, массу и ряд других свойств.

Рис. 1. Физические объекты.

Однако, каждый закон описывает лишь какую-то одну сторону явления. А для ее описания большинство характеристик объекта оказываются лишними. Явление будет происходить совершенно одинаково вне зависимости от них. Например, для описания работы весов не имеет значение, какая у взвешиваемых предметов форма. Форма объектов также не имеет значения для описания равномерного прямолинейного движения.

Таким образом, в физике довольно часто возникает ситуация, когда законы и описания относятся только к важным характеристикам описываемых объектов и явлений, все остальные характеристики не влияют на поведение объектов и просто не рассматриваются.

Понятие материальной точки

При описании движения предметов необходимо задавать их положение в пространстве. При этом очень часто (но не всегда) оказывается, что информация о форме объекта оказывается излишней. Достаточно описывать движение лишь одной точки объекта, остальные точки движутся точно так же. Поэтому большинство законов о движении тел описывают движение только одной точки предмета.

Примерами материальных точек в природе могут являться планеты при описании их движения вокруг Солнца, отдельные пешеходы или автомобили в движении, отдельные молекулы газа и многое другое.

Рис. 2. Материальная точка в природе.

Рис. 3. Столкновение шаров под углом.

Характеристики материальной точки

Материальная точка, точно так же, как и геометрическая точка – это минимальная часть объекта в пространстве, для которой можно указать положение, относительно начала координат.

Материальной точкой можно считать любой предмет, размерами и формой которого можно пренебречь, исходя из условий задачи. Например, когда путь объекта значительно больше его размера. Путь объекта может быть и небольшим, но если объект не меняет формы и ориентации в пространстве, а все его точки перемещаются одинаково – то его тоже можно считать материальной точкой.

Фактически, физическая материальная точка представляет собой модель предмета, аналог геометрической точки, с одной важной поправкой: материальная точка имеет массу. Когда описывается лишь движение объектов – то масса в этом случае тоже оказывается излишней. Но, если описывается взаимодействие, массой пренебречь уже нельзя.

Таким образом, материальной точкой называют объекты, размеры и форма которых по условиям задачи не важны. Характеристики материальной точки включают координаты в пространстве и постоянную массу.

Что мы узнали?

Материальная точка – это объект, для которого определены координаты в пространстве, и который имеет постоянную массу. Всеми остальными характеристиками материальной точки в условиях рассматриваемого явления можно пренебречь.

Читайте также: