
- •Омский государственный технический университет
- •Раздел 1. Классическая и релятивистская
- •Лекция 1. Кинематика поступательного и
- •1.1. ВВЕДЕНИЕ
- •Классическую механику создал И. Ньютон.
- •Абсолютное пространство
- •Абсолютное время
- •Вначале ХХ века классическая механика подверглась кардинальному пересмотру.
- •Теория относительности установила новые положения о пространстве и времени.
- •Механика
- •Классическая механика изучает макроскопические тела, движущиеся с малыми скоростями.
- •Механика состоит из трех разделов – кинематики,
- •Основные понятия механики
- •1.2. Кинематика поступательного движения материальной точки
- •Поступательным движением твердого тела называется такое движение, при котором любая
- •Радиус-вектор
- •Спроецируем радиус-вектор r на оси координат:
- •Траекторией называется линия:
- •Впроцессе движения материальной точки её радиус- вектор изменяется по величине и направлению.
- •Закон движения, записанный в скалярной форме,
- •Пусть материальная точка в момент времени t1
- •Вектор перемещения
- •Вектор перемещения можно представить как - приращение (изменение) радиус-
- •Для конечных промежутков времени в общем случае перемещение не равно пройденному пути:
- •Для бесконечно малых промежутков времени элементарное перемещение равно пройденному пути:
- •Путь получим при суммировании модулей
- •Скорость:
- •Вектор средней скорости за промежуток времени t:
- •Величина модуля средней скорости равна
- •При движении средняя скорость изменяет свою величину и направление.
- •Мгновенная скорость равна пределу, к которому стремится вектор средней скорости при неограниченном убывании
- •Вектор мгновенной скорости v направлен по
- •Проекции скорости на координатные оси равны
- •Вектор мгновенной скорости v и его модуль V
- •Впроцессе движения материальной точки модуль и направление скорости в общем случае изменяются.
- •Ускорение:
- •Вектор среднего ускорения за промежуток времени t
- •Мгновенное ускорение равно пределу, к которому стремится среднее ускорение при неограниченном убывании промежутка
- •Вектор мгновенного ускорения по отношению к вектору
- •Если угол - острый, то движение материальной точки будет являться ускоренным.
- •Проекции вектора ускорения на координатные оси
- •Вектор мгновенного ускорения a
- •1.3. Тангенциальное и нормальное ускорения
- •Вектор мгновенного ускорения a можно разложить на два направления:
- •Тангенциальное ускорение:
- •Нормальное ускорение
- •Вектор полного ускорения материальной точки.
- •Частные случаи движений
- •1.4. Кинематика вращательного движения твердого тела
- •Вращательным движением твердого тела вокруг неподвижной оси называется такое движение, при
- •Вращение твёрдого тела
- •Угловое перемещение твердого тела – вектор,
- •Угловая скорость:
- •Мгновенная угловая скорость равна пределу, к которому стремится средняя угловая скорость при неограниченном
- •Векторы углового перемещения и угловой скорости
- •Угловое ускорение:
- •Мгновенное угловое ускорение равно пределу, к которому стремится среднее угловое ускорение при неограниченном
- •Направление угловой скорости и углового ускорения
- •Вектор ε направлен вдоль оси вращения в ту же
- •1.5.Взаимосвязь угловых и линейных величин
- •Пусть за время dt произвольная точка твердого тела А
- •Направление всех векторов при равноускоренном вращении
- •Вектор элементарного перемещения:
- •Если смотреть с конца вектора v , то поворот от
- •Продифференцируем выражения для v по времени:
- •Получим
- •Тангенциальное ускорение характеризует изменение модуля линейной скорости.
- •Нормальное ускорение характеризует изменение направления линейной скорости.
- •1.6.Обратная задача кинематики
- •При решении обратной задачи по известной зависимости ускорения от времени a a t
- •Из определения ускорения имеем
- •Окончательно для вычисления скорости в любой момент времени получим выражение:
- •Подставим сюда полученное равенство (1) и проинтегрируем полученное уравнение:
- •Частные случаи 1. Равномерное прямолинейное движение
- •2. Равнопеременное прямолинейное движение
- •Полученное выражение, спроецированное на ось x имеет вид:
- •Обратная задача кинематики
- •При равномерном вращении:
- •Для характеристики равномерного вращательного движения используются следующие величины.

Вектор средней скорости за промежуток времени t: |
||||
- определяется как |
|
r |
|
|
|
|
v |
t |
|
- направлен вдоль вектора перемещения |
r . |
|||
|
|
V 1 |
<V > |
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
r |
2 |
|
|
|
|
|
x |
0 |
|
|
y |

Величина модуля средней скорости равна
v
S
t
|
|
V 1 |
S |
<V > |
|
|
|
||
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
r |
2 |
|
|
|
|
|
x |
0 |
|
|
y |

При движении средняя скорость изменяет свою величину и направление.

Мгновенная скорость равна пределу, к которому стремится вектор средней скорости при неограниченном убывании промежутка времени до нуля ( t 0).
|
|
|
|
|
|
|
lim |
r |
|
dr |
|||
v |
Δt |
dt |
||||
|
Δt 0 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
dr |
|
|
|
|||
v |
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
Мгновенная скорость равна первой производной от радиус-вектора по времени.

Вектор мгновенной скорости v направлен по
вектору элементарного перемещения dr , т. е. по
касательной к траектории.
Модуль мгновенной скорости равен первой производной от пути по времени:
v dS |
1 |
V 1 |
2 |
<V > |
|
|
|
||
dt |
|
r |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
x |
0 |
|
|
y |

Проекции скорости на координатные оси равны
первым производным от координат x, y, z по времени:
vx dхdt
dy v y dt
v z dzdt

Вектор мгновенной скорости v и его модуль V |
через проекции скорости vx, vy, vz записываются как: |
|
v vx i v y j vz k |
v v 2x v 2y v z2 |

Впроцессе движения материальной точки модуль и направление скорости в общем случае изменяются.
V1 |
1 |
2 |
V2 |

Ускорение:
-равно изменению скорости за единицу времени;
-характеризует быстроту изменения скорости с течением времени;
-измеряется в м/с2;
-различают среднее и мгновенное;
-является векторной величиной.

Вектор среднего ускорения за промежуток времени t
определяется как |
|
|
|
|
|
v |
|
||
|
|
|||
|
a |
|
t |
, |
|
|
|
|
где |
v v2 |
v1 |
– изменение скорости за время t. |
Вектор среднего ускорения |
a |
направлен по |
вектору v .

|
1 |
V1 |
2 |
|
|
|
V |
||
|
V2 |
<a> |
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
x |
0 |
|
|
y |