Механика и молекулярная физика. Поступательное и вращательное движение твердого тела (90

Введение

Механика - это наука о простейших формах движения и силах, вызывающих это движение.

Механическим движением называется изменение с течением времени взаимного положения тел или частей тела друг относительно друга.

Развитие механики как науки начинается с 3 в. до н. э., когда древнегреческий ученый Архимед сформулировал закон равновесия рычага и законы равновесия плавающих тел. Основные законы меха- ники установлены итальянским физиком и астрономом Галилео Гали- леем и окончательно сформулированы английским ученым Исааком Ньютоном.

Механика Галилея – Ньютона называется классической ме- ханикой. В ней изучаются законы движения макроскопических тел,

скорости которых малы по сравнению со скоростью света в вакууме

(3·108 м/с).

Механика делится на три раздела: кинематику, динамику и статику.

Кинематика - это раздел физики, который изучает движение тел вне зависимости от причин, вызывающих это движение.

Динамика изучает законы движения тел и причины, которые вызывают или изменяют это движение.

Статика изучает законы равновесия системы тел. Если из- вестны законы движения тел, то из них можно установить и законы равновесия. Поэтому законы статики отдельно от законов динамики физика не рассматривает.

Механика для описания движения тел в зависимости от усло- вий конкретных задач использует разные физические модели. Про- стейшей моделью является материальная точка. Под материальной точкой понимают любое тело, размерами и формой которого можно пренебречь в данной задаче. Одно и то же тело, в зависимости от по- становки задачи может быть рассмотрено как материальное тело или материальная точка.

3

Произвольное макроскопическое тело или систему тел можно мысленно разбить на малые взаимодействующие между собой части, каждая из которых рассматривается как материальная точка. Тогда изучение движения произвольной системы тел сводится к изучению системы материальных точек. В механике сначала изучают движе- ние одной материальной точки, а затем переходят к изучению движе- ния системы материальных точек.

Под воздействием тел друг на друга тела могут деформиро- ваться, то есть менять свою форму и размеры. Поэтому в механике вводится еще одна модель – абсолютно твердое тело. Абсолютно твердым телом называется тело, которое ни при каких условиях не может деформироваться и при всех условиях расстояние между двумя точками (или точнее между двумя частицами) этого тела остается по- стоянным.

Различают поступательное и вращательное движения тел.

Одно из старинных определений машины гласит: машина – это уст- ройство, преобразующее поступательное движение во вращательное или наоборот. Поступательное движение – это движение, при кото- ром любая прямая, жестко связанная с движущимся телом, остается параллельной своему первоначальному положению. При вращатель- ном движении все точки тела движутся по окружностям, центры ко- торых лежат на одной и той же прямой, называемой осью вращения.

Кинематика поступательного движения

Поступательное движение характеризуется векторами: пере- мещения, скорости и ускорения.

Линия, которую описывает материальная точка при движении,

Полное ускорение тела есть геометрическая сумма тангенци- альной и нормальной составляющей

В зависимости от тангенциальной и нормальной составляющих ускорения движение можно классифицировать следующим образом:

1)aτ = 0, an =0 – прямолинейное равномерное движение.

2)aτ = а = const, an .=0 – прямолинейное равнопеременное

движение (равноускоренное, если a >0, и равнозамедленное, если a <0). При таком виде движения

Если начальный момент времени t1 = 0, а начальная скорость v1 = v0, то обозначив t2 = t и v2 = v, получим a=(v-v0)/t, откуда

Проинтегрировав эту формулу в пределах от нуля до произволь- ного момента времени t, найдем, что длина пути, пройденного точкой, в случае равнопеременного движения

постоянным. Следовательно, это есть равномерное движение по ок- ружности;

5)aτ = 0, an .≠0 – равномерное криволинейное движение;

6)aτ = const, an . ≠0 – криволинейное равнопеременное движе-

ние;

7) aτ = f(t), an . ≠0 – криволинейное движение с переменным ускорением.

Кинематика вращательного движения

рота, а его направление совпадает с направлением поступательного

Рис.6 движения острия винта, головка ко- торого вращается в направлении движения точки по окружности, то есть подчиняется правилу правого винта («правило буравчика»).

Векторы, направления которых связываются с направлением враще-

10