Лекция 2. Элементы кинематики

Механика и ее разделы. Физические модели: материальная точка (частица), абсолютно твердое тело (система материальных точек), сплошная среда. Понятие состояния в механике. Пространственно-временные отношения. Развитие представлений о свойствах пространства и времени в механике. Системы отсчета и описание движений. Элементы кинематики материальной точки: перемещение, скорость и ускорение. Элементы кинематики материальной точки и тела, совершающих вращательное движение: угол поворота, угловые скорость и ускорение. Их связь с линейной скоростью и линейным ускорением. Гармонические колебательные движения и их характеристики: смещение, амплитуда, период, частота, фаза, скорость и ускорение. Методы сложения гармонических колебаний. Векторные диаграммы. Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.

2.1. Механика и ее разделы. Физические модели: материальная точка (частица), абсолютно твердое тело (система материальных точек), сплошная среда

Механика – раздел физики, в котором изучается простейшая форма движения - механическое движение, причины вызывающие это движение и происходящие при этом взаимодействия между телами.

Механическое движение - изменение с течением времени взаимного положения тел или их частей (частиц) в пространстве. В природе - движение небесных тел, колебания земной коры, воздушные и морские течения и т.д. В технике - движение различных летательных аппаратов и транспортных средств, машин и механизмов, деформации элементов различных конструкций и сооружений, движение жидкостей и газов.

В соответствии с характером решаемых задач механику подразделяют на следующие разделы: 1) кинематику; 2) динамику; 3) статику.

Кинематика изучает геометрические свойства движения и взаимодействия тел в не связи с порождающими их причинами.

Динамика изучает движение и взаимодействия тел совместно с причинами, обусловливающими тот или иной характер движения и взаимодействия.

Статика изучает равновесие тел, систем под действием сил.

При изучении различных движений и взаимодействий в классической механике вводят в рассмотрение физические модели или научные абстракции, основными из которых являются:

1. Материальная точка - объект малых размеров (размерами, которого в условиях данной задачи можно пренебречь), обладающий массой. Это понятие применимо, когда тело движется поступательно или когда в изучаемом движении можно пренебречь вращением тела вокруг его центра масс;

2. Абсолютно твердое тело - тело, расстояние между двумя любыми точками которого всегда остается неизменным. Применимо, когда можно пренебречь деформацией тела;

3. Сплошная изменяемая среда. Понятие применимо при изучении движения изменяемой среды (деформируемого твердого тела, жидкости, газа), когда можно пренебречь молекулярной структурой среды.

При изучении сплошных сред вводят такие абстракции, которые отражают при данных условиях наиболее существенные свойства реальных тел: идеально упругое тело, пластичное тело, идеальная жидкость, вязкая жидкость, идеальный газ и др.

В соответствии с вводимыми научными абстракциями (моделями) различают: а) механику материальной точки; б) механику системы материальных точек; в) механику абсолютно твердого тела; г) механику сплошной среды (теорию упругости, теорию пластичности, гидродинамику, аэродинамику, газовую динамику).