Движение вдоль прямой

1. Прямолинейное равномерное движение

1.1 Задачи механики

Механика, как и другие разделы физики, решает специфические для нее проблемы. Основной подход к механическим задачам состоит в предположении, что все тела состоят из частиц, и что частицы движутся в результате взаимодействия их между собой и с внешними телами.

Основная задача механики в простейшей постановке состоит в описании движения одной частицы вследствие взаимодействия ее с другими телами. Например, известно, как на заряженную частицу (протон или электрон), летящую к Земле от Солнца, действуют Земля, молекулы атмосферы; требуется предсказать, как будет двигаться частица в этих условиях. В этом состоит так называемая прямая задача механики. В другом варианте основной задачи (обратная задача) требуется изучить взаимодействие частицы с другими телами, используя наблюдения за ее движением. Например, из наблюдений было выяснено, что заряженная частица в магнитном поле движется по окружности с постоянной по модулю скоростью; требуется определить характер действия магнитного поля на частицу ‑ магнитную силу, под действием которой частица совершает наблюдаемое движение.

Все проблемы, которые мы будем изучать, так или иначе связаны с основной задачей механики.

Начнем изучение предмета с простейшего варианта движения частицы ‑ равномерного.

Договоримся, что тела, которые при своем движении не изменяют своей ориентации в пространстве или изменяют чрезвычайно мало, мы будем называть частицами. Например, автомобиль, движущийся на прямолинейном участке дороге.

1.2 Скорость равномерного прямолинейного движения

Рассмотрим простейший из рассматриваемых в настоящем курсе типов движения – равномерное прямолинейное движение. Прежде всего, сформулируем определение прямолинейного равномерного движения частицы.

Определение 1. Прямолинейным равномерным движением называется движение, совершаемое вдоль одной и той же прямой, при котором за любые равные промежутки времени частица проходит равные расстояния.

Определение 2. Скоростью прямолинейного равномерного движения называется отношение длины пройденного пути S к промежутку времени t, в течение которого оно было пройдено: v=S/t.

В природе невозможно найти примеры строго равномерного прямолинейного движения. Хоть немного, да происходят отклонения движения от прямой, хоть немного, да изменяется скорость. Прямолинейное равномерное движения представляет собой идеализацию, приближение в одних случаях пригодное, в других ‑ нет. Например, падающий вертикально вниз шарик постоянно изменяет свою скорость: к концу первой секунды падения из состояния покоя его скорость достигает 9,8 м/с; к концу второй ‑ 19,6 м/с. Однако через 0,001 с скорость шарика увеличивается всего на 0,0098 м/с, поэтому при измерении скорости с точностью, меньшей одной сотой метра за секунду, изменение скорости за 0,001 с не удастся заметить. При такой точности измерения скорости в течение одной тысячной секунды движение шарика можно считать равномерным. Чем меньший промежуток времени наблюдения движения, тем с большей надежностью можно считать его равномерным.