3.2. Механическое движение

Механика - раздел физики, изучающий простейшие формы движения материи, которые состоят в перемещении тел или частиц относительно друг друга.

Движение представляет собой способ существования материи. В самом общем смысле в слове «движение» содержатся все происходящие во Вселенной изменения и процессы: физические, химические, биологические, общественные. Но в механике изучается только самая простейшая форма движения: перемещение материальных тел, т. е. изменение их взаимного положения с течением времени.

В механике часто вместо физического тела используется понятие о материальной точке. Под материальной точкой подразумевается тело, размерами и формами которого можно пренебречь в условиях данной задачи. Для исследования явления полезно расчленить тело на ряд точек и тогда тело можно рассматривать как систему материальных точек. Поэтому будем рассматривать механическое движение как перемещение отдельных материальных точек или системы материальных точек в пространстве с течением времени. В прямоугольной системе координат движение точечного тела описывается тремя функциями х = x(t), у = y(t) и z = z(t), показывающими, как изменяются координаты этого тела (х, у, z) с течением времени.

Материальная точка при своем движении описывает некоторую линию. Эта линия называется траекторией. Расстояние, отсчитанное вдоль траектории, представляет собой пройденный точкой путь и, как любой непрерывный процесс, представляется в виде функции от времени: s = s(t).

Для количественной характеристики физических явлений вводятся физические величины и единицы их измерения. Система единиц измерения — это совокупность основных и производных единиц измерения физических величин. На основании международных соглашений в настоящее время принята интернациональная система «СИ». В данной системе единиц взято семь основных величин и единиц их измерения. Длина в метрах, масса в килограммах, время в секундах, сила тока в амперах, сила света в кандалах, температура в Кельвинах и количество вещества в молях. Дополнительные единицы: плоский угол в радианах и телесный угол в стерадианах.

Движение тела может быть: 1) поступательным, если любая пря­мая, проведенная на теле, остается при движении этого тела параллельной самой себе; 2) вращательным, если все точки тела описывают концентрические окружности, центры которых лежат на одной и той же прямой, называемой осью вращения; 3) колебательным, если точки тела совершают периодические движения относительно некоторого центра.

Отношение пути, пройденного материальной точкой, к промежутку времени, за который этой путь пройден, называется средней скоростью движения ^. Средней скоростью часто пользуются на практике.

Так, например, расписание движения автомашин, поездов, теплоходов, самолетов, составляется на основе коммерческой (средней) скорости их движения. На практике применяется и истинная скорость или мгновенная скорость материальной точки в данный момент времени. Мгновенная скорость движения в любой точке траектории есть вектор, направленный по касательной к траектории в данной точке, а по модулю равный первой производной от пути ко времени ^. Скорость в системе СИ измеряется в м/с.

Если рассматривать общий случай движения, то скорость движения может меняться и по направлению, и по величине. Физическая величина, характеризующая изменение скорости, называется ускорением и определяется как первая производная от скорости по времени Измеряется ускорение в системе СИ в м/с².

Путь, пройденный материальной точкой, определяется уравнением:

S=(v₀±at)dt = v₀t ± (3.1)

В случае равномерного прямолинейного движения ==const и а = 0, формула (3.1) примет вид:

S = vt (3.2)

Движение материальной точки по окружности, наряду с линейной скоростью v, характеризуется угловой скоростью . Угловой скоростью называется физическая величина, равная первой производной от угла поворота по времени . Единицей измерения в системе СИ является радиан в секунду. Время одного оборота точки по окружности называется периодом вращения (Т), а число оборотов в единицу времени называется частотой вращения ().При неравномерном движении материальной точки по окружности вводится понятие углового ускорения, под которым понимается первая производная от угловой скорости по времени . При равнопеременном движении материальной точки по окружности, выполняются соотношения:;, где - начальная угловая скорость движения материальной точки.