Вопрос 1.
Механика: история развития, основные понятия, модели механики
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.
Механика вообще подразделяется на три части: статику, кинематику и динамику.
Кинематика (от греческого слова kinema – движение) – раздел механики, в котором изучаются геометрические свойства движения тел без учета их массы и действующих на них сил.
Динамика (от греческого dynamis – сила) изучает движения тел в связи с теми причинами, которые обусловливают это движение.
Статика (от греческого statike – равновесие) изучает условия равновесия тел. Поскольку равновесие есть частный случай движения, законы статики являются естественным следствием законов динамики и в данном курсе не изучаются.
Без знаний механики невозможно представить себе развитие современного машиностроения. Развитие механики, как науки, начиналось с III в. до н.э., когда древнегреческий ученый Архимед (287–312 до н.э.) сформулировал закон рычага и законы равновесия плавающих тел. Основные законы механики установлены итальянским физиком и астрономом Г. Галилеем (1564–1642) и окончательно сформулированы английским физиком И. Ньютоном (1643–1727).
Механика Галилея и Ньютона называется классической, т.к. она рассматривает движение макроскопических тел со скоростями значительно меньшими, чем скорость света в вакууме,
Для описания движения тел в зависимости от условий задачи используют различные физические модели. Чаще других используют понятия абсолютно твердого тела и материальной точки.
Движение тел происходит под действием сил. Под действием внешних сил тела могут деформироваться, т.е. изменять свои размеры и форму.
Тело, деформацией которого можно пренебречь в условиях данной задачи, называют абсолютно твердым телом (хотя абсолютно твердых тел в природе не существует).
Тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь, называется материальной точкой.
Можно ли данное тело рассматривать как материальную точку или нет, зависит не от размеров тела, а от условия задачи (например, наше огромное Солнце тоже материальная точка в Солнечной системе).
Вопрос 2
Скорость. Скорость при относительном движении.
Абсолютное движение — это движение точки/тела в базовой СО.
Относительное движение — это движение точки/тела относительно подвижной системы отсчёта.
Переносное движение — это движение подвижной системы отсчета относительно базовой системы отсчета.
Относительное движение
Д
вижение
точки (или тела) по отношению к подвижной
системе отсчёта перемещающейся
определённым образом относительно
некоторой другой, основной системы
отсчёта, условно наз. неподвижной.
Скорость точки в О. д. называется
относительной скоростью
,
а ускорение — относительным ускорением
.
Движение всех точек подвижной системы
относительно неподвижной называется
в этом случае переносным движением, а
скорость и ускорение той точки подвижной
системы, через которую в данный момент
времени проходит движущаяся точка, —
переносной скоростью
и переносным ускорением
.
Наконец, движение точки (тела) по отношению
к неподвижной системе отсчёта называется
сложным или абсолютным, а скорость и
ускорение этого движения — абсолютной
скоростью
и абсолютным ускорением
.
Например, если c пароходом связать
подвижную систему отсчёта, а с берегом
— неподвижную, то для шара, катящегося
по палубе парохода, движение по отношению
к палубе будет О. д., а по отношению к
берегу — абсолютным. Соответственно
скорость и ускорение шара в первом
движении будут
и
,
а во втором —
и
.
Движение же всего парохода по отношению
к берегу будет для шара переносным
движением, а скорость и ускорение той
точки палубы, которой в данный момент
касается шар, будут
и
(шар рассматривается как точка).
Зависимость между этими величинами
даётся в классической механике
равенствами:
,
(1)
где
— Кориолиса ускорение. Формулами (1)
широко пользуются в кинематике при
изучении движения точек и тел.
Кориолиса
ускорение - поворотное ускорение, часть
полного ускорения точки, появляющаяся
при т. н. сложном движении, когда переносное
движение, т. е. движение подвижной системы
отсчёта, не является поступательным.
К. у. появляется вследствие изменения
относительной скорости точки
при переносном движении (движении
подвижной системы отсчёта) и переносной
скорости при относительном движении
точки.
В
динамике О. д. называется движение по
отношению к неинерциальной системе
отсчёта, для которой законы механики
Ньютона несправедливы. Чтобы уравнения
О. д. материальной точки сохранили тот
же вид, что и в инерциальной системе
отсчёта, надо к действующей на точку
силе взаимодействия с другими телами
F
присоединить т. н. переносную силу
инерции
и Кориолиса силу инерции
,
где m
— масса точки. Тогда
(2)
При О. д. системы материальных точек аналогичные уравнения составляются для всех точек системы. Этими уравнениями пользуются для изучения О. д. под действием сил различных механических устройств (в частности, Гироскопов), устанавливаемых на подвижных основаниях (кораблях, самолётах, ракетах), а также для изучения движения тел по отношению к Земле в случаях, когда требуется учесть её суточное вращение.
Более сложный к восприятию, векторный вариант