Кинематика МТ.

1. Что называется материальной точкой? Почему в механике вводят такую модель?

Материа́льная то́чка (частица) — простейшая физическая модель в механике — идеальное тело, размерами и вращением которого можно пренебречь. Можно также считать размеры тела бесконечно малыми по сравнению с другими размерами или расстояниями в пределах допущений исследуемой задачи. Положение материальной точки в пространстве определяется как положение геометрической точки. Практически под материальной точкой понимают обладающее массой тело, размерами, формой и вращением которого можно пренебречь при решении данной задачи^[1][2]. Данная модель вводится для упрощения расчетов, там, где подобное возможно.

2. Что такое система отсчета?

Система отсчёта — это совокупность тела отсчёта, связанной с ним системы координат и системы отсчёта времени, по отношению к которым рассматривается движение (или равновесие) каких-либо материальных точек или тел^[2][3].

3. Что такое вектор перемещения? Всегда ли вектор перемещения равен отрезку пути, пройденному точкой?

Вектор перемещения (или просто перемещение) – это направленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение тела с его последующим положением (рис. 1.1). Перемещение – величина векторная. Вектор перемещения направлен от начальной точки движения к конечной.

Модуль вектора перемещения (то есть длина отрезка, который соединяет начальную и конечную точки движения) может быть равен пройденному пути или быть меньше пройденного пути.

Модуль перемещения совпадает с пройденным путём в том и только в том случае, если при движении направление скорости не изменяется. При этом траекторией будет отрезок прямой. 

4. Какое движение называется поступательным? Вращательным?

ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ - движение твёрдого тела, при к-ром прямая, соединяющая две любые точки тела, перемещается параллельно своему нач. направлению. При П. д. все точки тела описывают одинаковые (при наложении совпадающие) траектории и имеют в каждый момент времени одинаковые по модулю и направлению скорости и ускорения. Поэтому изучение П. д. твёрдого тела сводится к задаче кинематики точки 

Враща́тельное движе́ние — вид механического движения. При вращательном движенииматериальной точки она описывает окружность. При вращательном движении абсолютно твёрдого тела все его точки описывают окружности, расположенные в параллельных плоскостях. Центры всех окружностей лежат при этом на одной прямой, перпендикулярной к плоскостям окружностей и называемой осью вращения. Ось вращения может располагаться внутри тела и за его пределами. Ось вращения в данной системе отсчёта может быть как подвижной, так и неподвижной.

5. Дать определения векторов средней скорости и среднего ускорения, мгновенной скорости и мгновенного ускорения.

Вектором средней скорости <v> назы­вается отношение приращения Dr радиуса-вектора точки к промежутку времени Dt:

Направление вектора средней скоро­сти совпадает с направлением Dr. При неограниченном уменьшении Dt средняя скорость стремится к предельному значе­нию, которое называется мгновенной ско­ростью v

Средним ускорением неравномерного движения в интервале от t до t+Dt на­зывается векторная величина, равная от­ношению изменения скорости Dv к интер­валу времени Dt:

Мгновенным ускорением а материальной точки в момент време­ни t будет предел среднего ускорения:

Мгновенная скорость v, таким образом, есть векторная величина, равная первой производной радиуса-вектора движущей­ся точки по времени. Так как секущая в пределе совпадает с касательной, то вектор скорости v направлен по касатель­ной к траектории в сторону движения (рис. 3). По мере уменьшения Dt путь Ds все больше будет приближаться к |Dr|, поэтому модуль мгновенной скорости

Таким образом, модуль мгновенной скоро­сти равен первой производной пути по времени:

6. Что характеризует тангенциальная составляющая ускорения? Нормальная составляющая ускорения? Каковы их модули?

Тангенциа́льное ускоре́ние  — компонента ускорения, направленная по касательной к траектории движения. Характеризует изменение модуля скорости в отличие от нормальной компоненты, характеризующей изменение направления скорости. Тангенциальное ускорение равно произведению единичного вектора, направленного по скорости движения, на производную модуля скорости по времени. Таким образом, направлено в ту же сторону, что и вектор скорости при ускоренном движении (положительная производная) и в противоположную при замедленном (отрицательная производная).

Величину тангенциального ускорения как проекцию вектора ускорения на касательную к траектории можно выразить так:

Центростремительное ускорение — компонента ускорения точки, характеризующая быстроту изменения направления вектора скорости для траектории с кривизной. Направлено к центру кривизны траектории, чем и обусловлен термин. По величине равно квадрату скорости, поделённому на радиус кривизны. Термин «центростремительное ускорение» эквивалентен термину «нормальное ускорение». Ту составляющую суммы сил, которая обуславливает это ускорение, называют центростремительной силой.

Его модуль равен

или

где   — нормальное (центростремительное) ускорение,   — (мгновенная) линейная скорость движения по траектории,   — (мгновенная) угловая скорость этого движения относительно центра кривизны траектории,   — радиус кривизны траектории в данной точке. (Cвязь между первой формулой и второй очевидна, учитывая ).