Динаміка матеріальної точки

1. Класична механіка. Простір і час у механіці Ньютона. Простір і час — форми існу­вання матерії. Простір у Ньютона абсолютний за самою своєю суттю, безвідносно до будь-чого зовнішнього, залишається завжди сталим і нерухомим. Простір однорідний в усіх своїх частинах і ізотропний (властивості його не залежать від напряму). Тобто, фізичний простір збігається з простором у геометрії Евкліда. Поняття простору, його геометричних елементів (точка, лінія, поверхня, об'єм) виникли як абстракції властивостей матеріальних тіл. Евклідів простір лише наближено відбиває властивості фізичного простору. Проте для меха­нічних явищ, які розглядатимуться далі, з великою точністю простір можна вважати евклідовим. Припущення про однорідність і ізотроп­ність простору в класичній механіці, яка розглядає рух макротіл з відносно малими швидкостями, також справедливе.

Інколи стверджують: механічний рух — це переміщення тіла в просторі з часом. Таке визначення потребує істотного уточнення. Адже при механічному русі відбувається переміщення одних тіл відносно інших. Якби існувало тільки одне тіло, то говорити про його перемі­щення було б безглуздо. Завжди відбувається переміщення одних тіл відносно інших. Фактично завжди система пов'язана з якимось тілом або тілами. Без матеріальних тіл не можна уявити простору, а точніше — він тоді б не існував.

Час за Ньютоном — абсолютна плинність, що існує незалежно від тіл. При відносно повільних рухах, коли швидкість дуже мала порів­няно з швидкістю світла, залежність часу від відносного руху системи відліку дуже мала і нею можна нехтувати. Тому вважатимемо спра­ведливим вибір однієї незмінної одиниці часу для всіх явищ у механіці. Отже, простір і час у механіці Ньютона об'єктивно реальні, але орга­нічно не зв'язані з матерією.

З поняттям абсолютних простору й часу Ньютона пов'язані прин­ципові труднощі у фізиці, глибока внутрішня суперечність між теорією і дослідом: теорія побудована на поняттях, які експериментальне не можна виявити. З часів Ньютона ця суперечність рухала фізику. Праг­нення розв'язати її привело до важливих експериментів і теоретичних досліджень. Історія фізики не раз підтверджувала основне положення діалектики про внутрішні суперечності як джерело розвитку. Супереч­ності, введені Ньютоном, розв'язав Ейнштейн.

Основними фізичними величинами в механіці Ньютона є сила і маса.

Сила. Фізичні тіла взаємодіють між собою. Але взаємодія взагалі дуже широке поняття, що означає взаємозв'язок, взаємовплив тіл.

Різні науки вивчають окремі види взаємодії. Механіка вивчає механічну взаємодію тіл, що характеризується силою. Під силою в ме­ханіці розуміють фізичну причину зміни стану руху тіла або його фор­ми і розмірів, які виникають у результаті взаємодії даного тіла з іншими тілами. Сила — кількісна характеристика механічної взаємо­дії тіл. Дія сили на тіло виявляється двояко: динамічно, коли тіло під впливом прикладеної до нього сили набуває прискорення, і ста­тично, коли тіло деформується. Сила характеризується точкою при­кладання, напрямом та абсолютною величиною (модулем).

Сила оцінюється за результатом дії одного тіла на інше: за при­скоренням, що його набуває тіло, або за деформацією. Отже, силу мож­на вимірювати за прискоренням і за деформацією еталонного тіла. Для вимірювання сил використовують пружинні терези, динамометри. Основним елементом цих приладів є стандартна пружина, яка під дією прикладеної сили деформується. В межах малих деформацій сила про­порційна величині деформації (закон Гука).

Маса — це властивість матерії, що характеризує її інертність і гравітацію.