Глава II. Физические основы механики.
§ 5. Механическое движение.
8. Механика - часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение.
Механическое движение – простейшая форма движения материи. Простота механического движения заключается в том, что мы наблюдаем его повседневно. Поэтому из всех естественных наук именно механика прежде других получила широкое развитие.
Механическим движением называют изменение положений тел или их частей друг относительно друга с течением времени.
Введём ряд понятий, которыми будем пользоваться при рассмотрении механического движения. Для анализа механического движения используются основные понятия кинематики: относительность движения, тело отсчёта, система отсчёта, материальная точка, траектория.
Обязательно нужно указать, по отношению к каким другим телам происходит движение.
Совокупность тел, выделенная для рассмотрения, называется механической системой.
Физика изучает не реальные объекты и явления, а их идеализации – модели, максимально приближенные к реальным объектам и явлениям.
Идеализации некоторых физических объектов.
Физика, в том числе и механика, для описания движения тел в зависимости от условий конкретных задач использует разные физические модели. Механические свойства тел определяются их химической природой, внутренним строением и состоянием, рассмотрение которых является предметом не механики, а других разделов физики. Поэтому для описания реальных движущихся тел используют ряд упрощённых моделей.
1. Материальная точка – тело, обладающее массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь (пример: Солнце и Землю можно считать материальными точками при рассмотрении движения Земли по орбите вокруг Солнца). Понятие материальной точки - абстрактное, но его введение облегчает решение физических задач. Движение материальной точки - простейшая задача механики, которая позволит рассмотреть более сложные типы движений. Произвольное макроскопическое тело или систему тел можно разбить на малые взаимодействующие части, сводящиеся к материальным точкам. Тогда изучение движения произвольной системы тел сводится к изучению системы материальных точек.
2. Абсолютно твёрдое тело – это тело, расстояние между точками которого есть величина постоянная, то есть тело не деформируется. Абсолютно твёрдое тело используют в задачах, в которых можно пренебречь деформацией.
3. Абсолютно упругое тело – это тело, деформация которого подчиняется закону Гука и которое после снятия нагрузки полностью восстанавливает свои первоначальные размеры и форму.
4. Абсолютно неупругое тело – это тело, деформация которого не подчиняется закону Гука, и состояние которого после снятия нагрузки не изменяется.
Выбор той или иной модели нужно производить так, чтобы учесть все существенные особенности поведения реального тела в данной задаче и отбросить все второстепенные, неоправданно усложняющие решение этой задачи.
Описать движение – значит представить его в виде набора физических величин, а для этого нужны средства измерения. Так как механическое движение происходит в пространстве и времени, то нам нужны средства измеряющие время и пройденное перемещение, что следует из определения механического движения.
Совокупность неподвижных друг относительно друга тел, по отношению к которым рассматривается движение, и отсчитывающих время часов, образует систему отсчёта.
Система отсчёта включает в себя:
1
.
Тело отсчёта.
2. Жёстко связанная с телом отсчёта система координат.
3. Часы.
Примечание: движение одного и того же тела относительно различных систем отсчёта имеет, возможно, разный характер.
Теперь, введя основные понятия, можно сформулировать основную задачу кинематики: зная состояние системы в некоторый начальный момент времени, а также законы, описывающие движение, определить состояние системы, т. е. знать положение тела и его скорость, во все последующие моменты времени.
Любое механическое движение можно представить как комбинацию поступательного и вращательного движений.
М
еханическое
движение.
|
Вращательное |
||
|
Движение, при котором прямая, жёстко связанная с телом, остаётся параллельной самой себе. |
..
|
Движение, при котором все точки тела описывают окружности, центры которых лежат на одной прямой называемой осью вращения тела. |
Поступательное
В общем случае движение тела можно представить в виде сочетания этих двух видов движения:
Движение тела = поступательное движение + вращательное движение
Механическое движение можно изучать по разному. Можно его только описать, а можно исследовать его и выяснить причины, почему данное движение имеет именно такой вид. В соответствии с этим механику делят на три раздела:
М
еханика
Кинематика (изучает движение тела без учёта причин вызывающих или изменяющих это движение) |
Динамика (изучает движение тела с учётом причин вызывающих или изменяющих это движение)
|
Статика (изучает законы равновесия системы тел) |
Начнём изучение движения с кинематики, то есть изучим способы описания механического движения без учёта причин, которые вызывают его или изменяют.