Физические основы механики
.pdf
Физические основы механики.
Механика — область физики, изучающая движение материальных тел и взаимодействие между ними.
Материальная точка – модель реального тела, размерами и формами которого можно пренебречь.
Система отсчѐта — сопоставленная с континуумом реальных или воображаемых тел отсчѐта система координат и прибор для измерения времени (часы).
Абс. тв. тело – тело, деформациями которого можно пренебречь.
Механика сплошной среды изучает движение газов, жидкостей и деформированных
тел.
Пространство и время определяется в общем виде как фундаментальные структуры координации материальных объектов и их состояния.
Степень свободы – это независимые возможные изменения состояния физической системы обусловленные вариацией ее параметров.
Число степеней свободы – число независимых между собой возможных перемещений механической системы.
Обобщенные координаты – любые величины, с помощью которых может быть задано положение системы в пространстве.
Кинематика – изучает движение тела, без учета причин его вызывающих
Кинематическое описание движения:
Траектория – совокупность точек в пространстве, где побывала тело во время движения.
Вектор перемещения – отрезок, соединяющий начальную точку с конечной. Путь – расстояние, отсчитанное вдоль траектории.
Скорость – векторная физическая величина характеризующая быстроту перемещения и направление движения материальной точки в пространстве относительно выбранной системы отсчета.
1) |
В прямоугольной декартовой системе координат: |
|
В то же время |
, поэтому |
|
Координаты вектора скорости — это скорости изменения соответствующей координаты материальной точки:
Ускорение – векторная величина, показывающая, на сколько изменится вектор скорости точки при еѐ движении за единицу времени
Тангенциальное ускорение — направлено по касательной к траектории. Является составляющей вектора ускорения. Характеризует изменение скорости по модулю.
Центростремительное или Нормальное ускорение — возникает (не равно нулю) всегда при движении точки по окружности (конечного радиуса). Является составляющей вектора ускорения, перпендикулярной вектору мгновенной скорости. Характеризует изменение скорости по направлению. Вектор нормального ускорения всегда направлен к центру окружности, а модуль равен:
При равноускоренном движении справедливы формулы:
Углова́я ско́рость — векторная физическая величина, характеризующая скорость вращения тела. Вектор угловой скорости по величине равен углу поворота тела в единицу времени:
Угловое ускорение:
α=β – угловое ускорение.
Угловое ускорение — показывает, на сколько изменилась угловая скорость за единицу времени, и, по аналогии с линейным ускорением, равно:
Связь между линейной и угловой скоростями:
Динамика – рассматривает движение тел, как результат их взаимодействия.
Состояние системы – это реализация при данных условиях отдельных потенциальных возможностей системы. Оно характеризуется набором величин, которые могут быть измерены наблюдателем.
Первый закон Ньютона: всякое тело сохраняет состояние покоя или прямолинейного равномерного движения до тех пор пока воздействие другого тела не
выведет его из этого состояния./ Существуют такие системы отсчѐта, называемые инерциальными, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий сохраняет величину и направление своей скорости неограниченно долго.
Инерция — это явление сохранения телом скорости движения (и по величине, и по направлению), когда на тело не действуют никакие силы.
Инертность — это свойство тел сопротивляться изменению их текущего состояния. Величина инертности характеризуется массой тела.
В качестве качественной характеристика тел служит величина, называемая
массой.
ЧТОБЫ ОПРЕДЕЛИТЬ МАССУ ТЕЛА НЕОБХОДИМО СРАВНИТЬ ЕЁ С ДРУГОЙ МАССОЙ ПРИНЯТОЙ НА ЭТАЛОН. Процедуру сравнения проводят в замкнутой системе, то есть система тел, взаимодействующих между собой, и, не взаимодействующих с другими телами.
Сила – физическая величина, характеризующая степень взаимодействия тел. Второй закон Ньютона: изменение количества движения пропорционально
приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.
.
Импульс (Количество движения) — векторная физическая величина, являющаяся мерой механического движения тела.
Формулировка второго закона Ньютона с использованием понятия импульса: в инерциальной системе отсчета производная импульса материальной точки по времени равна действующей на него силе
основное уравнение динамики поступательного движения.
Третий закон Ньютона: действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе, взаимодействия двух тел друг на друга равны и направлены в противоположные стороны
Закон сохранения импульса утверждает, что векторная сумма импульсов всех тел (или частиц) замкнутой системы есть величина постоянная.
Энергия является общей количественной мерой движения и взаимодействия всех видов материи. Энергия не возникает и не исчезает, а только переходит из одного вида в другой.
Энергия является мерой способности физической системы совершить работу, поэтому количественно энергия и работа выражаются в одних единицах.
Механическая работа численно равна изменению механической энергии.
.
Силовым полем называется область пространства, в каждой точке которого на тело действует некая сила.
Потенциальное поле - поле, в котором действует потенциальная сила. Потенциальная сила – сила, работа которой не зависит от пути и формы
траектории, а зависит только от начального и конечного расположения тел.
Мощность - 
Система находится в равновесии, если сумма всех сил равна нулю. Неустойчивое равновесие – если при малом смещении от положения равновесия
появляется сила, уводящая тело от положения равновесия (потенц энергия максимальна). Устойчивое равновесие – если при малом смещении появляется сила,
возвращающая в положение равновесия (потенц энергия минимальна).