4. Механическое движение. Классическая концепция Ньютона

Механика - раздел физики, в котором изучаются механические движения и взаимодействия материальных тел. В настоящее время различают четыре разновидности механики: классическую, релятивистскую, квантовую и релятивистскую квантовую механику.

Под механическим движением понимают изменение, с течением времени положения тел или их частей в пространстве. То есть, можно сказать, что движение происходит в пространстве и во времени.

В зависимости от вида реальных тел имеем механику материальной точки, твердого тела и сплошной среды. Материальная точка - тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других тел (в условиях данной задачи). Под твёрдым телом понимается абсолютно твёрдое тело, деформациями которого пренебрегают в условиях данной задачи. Любое твёрдое тело можно представить как систему материальных точек. К сплошной среде относятся, например: жидкости, газы.

Механика подразделяется на кинематику, которая изучает движение тел без выяснения причин, их вызывающих; динамику, которая изу­чает законы движения взаимодействующих тел; статику, изучающую условия равновесия тел и являющуюся частным случаем динамики.

4.1. Физические величины и их единицы измерения

Физическая величина – измеряемая характеристика одного из свойств физического объекта, его состояния, процесса (например: длина, массаm, время t и т.п.). Единица измерения физической величины – конкретная физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице, и применяемая для количественного выражения физических величин. Как и физические величины, их единицы измерения имеют наиме­нования и обозначения (так, наименованием единицы измерения длины является метр, обозначение – м).

В 1960г. Введена международная (интернациональная) система единиц измерения физических величин (СИ)

Bсe физические величины и их единицы измерения разделяют на основные, дополнительные и производные. Основная физическая величина – величина, условно принятая в качестве независящих от других величин. Производная физическая величина – величина, определяемая через основные физические величины посредством математических формул (к примеру, скорость , ускорение).

В СИ приняты семь основных и две дополнительные единицы измерения.

Основные единицы измерения

1. Длина – метр (м),

2. Масса – килограмм (кг),

3. Время – секунда (с),

4. Сила электрического тока – ампер (А),

5. Термодинамическая температура – кельвин (К). T=273,15+t°C.

6. Количество вещества – моль (моль);

7. Сила света – кандела («свеча», по-латински) (кд).

Дополнительные единицы измерения

1. Плоский угол – радиан (рад);

2. Телесный угол – стерадиан (ср);

Производные единицы, например, Н, Дж, Вт, В, Ом, Ф, Тл и др.

Более широкими понятиями (категориями) нежели физическая величина являются явление и свойство тела. Их сущность раскрывается в следующих примерах. Инерция – явление сохранения состояния покоя или равномерного прямолинейного движения.

Инертность – свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. В общем смысле – сохранять какое-то состояние.

Масса – скалярная физическая величина, характеризующая инертность тела. В более широком смысле масса – одна из основных характеристик материи, определяющая её инерционные (инертная масса ) и гравитационные (гравитационная масса) свойства.

Силы инерции в ускоренной системе отсчета эквивалентны гравитационным силам. Этот факт называют, принципом эквивалентности Эйнштейна. При соответствующем выборе единиц измерения m_u и m_гр принимают m_u = m_гр.

Кинематика поступательного движения оперирует следующими физическими величинами: время t, путь , перемещение, скоростьи ускорение.

Линия, описываемая в пространстве движущимся телом, называется траекторией. Расстояние между двумя точками, измеренное вдоль траектории, есть длина пути, или просто путь. Вектор , соединяющий две точки траектории (например, начальную и конечную), называют перемещением.

Кинематика основывается на двух формулах, которые описывают равномерное, равнопеременное и неравномерное движение тел (материальных точек): , ,

где – скорость – векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения тела (); – ускорение – векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения вектора скорости.

Интегрируя последние формулы можно получить уравнения для любых видов движения в явном виде. Например, для равнопеременного движения (=const):

.

Система отсчета в механике – это совокупность системы координат и часов, связанных с некоторым телом, по отношению к которому определяется положение других тел в различные моменты времени.

Системы отсчета подразделяются на инерциальные, т.е. покоящиеся или движущиеся равномерно и прямолинейно, и неинерциальные, перемещающиеся с ускорением.