Розділ 2
меХаНІЧНИЙ РУХ
Ви знаєте, як знайти шлях, який пройшло тіло, а дізнаєтесь, як знайти переміщення цього тіла
Ви уявляєте, що таке точка, а дізнаєтеся про матеріальну точку
Ви можете описати рух тіла, спостерігаючи за ним, а зможете розказати, як рухалось тіло, розглядаючи графік його руху
Ви знаєте, що літак заправляють під час стояння, а дізнаєтесь, як це можна зробити в повітрі, під час польоту
Ви знаєте, що в багатьох годинниках використовують маятники, а дізнаєтесь, які властивості маятника забезпечили це використання
Розділ 2. МЕХАНІЧНИЙ РУХ
§7. МЕХАНІЧНИЙ РУХ. ВІДНОСНІСТЬ РУХУ. СИСТЕМА ВІДЛІКУ
Якщо ви переміщуєте повз парти ваш рюкзак з підручниками, то для вас не викликає сумніву, що і рюкзак, і підручники рухаються, а парта й ви самі перебуваєте у стані спокою. А якби ваш товариш казково зменшився і перебував у рюкзаку, чи побачив би він рух підручників? а чи залишилася б для нього нерухомою парта?
1 |
Знайомимося з механічним рухом |
|
Усе у світі перебуває в русі (рис. 7.1): мільярди років, що існує всесвіт, |
||
|
||
розлітаються одна від одної галактики; Земля обертається навколо Сонця, |
||
здійснюючи один оберт за рік; за декілька годин літак перелітає з Києва до |
||
Парижа; у краплині води безліч мікробів щосекунди перестрибують з міс- |
||
ця на місце; увесь час рухаються молекули та атоми речовин. |
||
|
Незважаючи на розмаїття прикладів руху, для них можна визначити |
|
спільні риси: по-перше, усі тіла, що рухаються, змінюють своє положення |
||
в просторі відносно інших тіл; по-друге, зміна положення тіл відбувається |
||
з плином часу. |
||
|
Найпростішим різновидом руху є механічний рух. |
|
Механічний рух — це зміна з часом положення тіла або частин тіла в просторі відносно інших тіл.
Зверніть увагу! У науці розрізняють три рівні будови всесвіту: мікросвіт, макросвіт і мегасвіт. До мікросвіту належать атоми, молекули, йони, а також частинки, з яких вони складаються; до макросвіту — планети, фізичні тіла, які оточують людину, а також сама людина; до мегасвіту — зорі, галактики та інші величезні космічні об’єкти. Механічний рух — це рух об’єктів макросвіту та мегасвіту. Тепловий рух молекул і атомів не є механічним.
2 |
Дізнаємося про відносність руху та спокою |
|
Погляньте навколо. Які тіла, що вас оточують, рухаються? Які є не- |
||
|
||
рухомими? Чому ви дійшли такого висновку? А чи будуть тіла, які ви |
||
вважаєте нерухомими, перебувати у стані спокою відносно Сонця? |
||
Рис. 7.1. Усе у світі рухається: і величезні галактики, і тіла, що нас оточують, і мікроскопічні істоти
52
§ 7. Механічний рух. Відносність руху. Система відліку
Напевно ви відповіли на всі запитання, а отже, самостійно дійшли висновку: з’ясувати,
рухається тіло чи перебуває у стані спокою, можна тільки якщо розглядати положення цього тіла відносно інших тіл (рис. 7.2).
Тіло, відносно якого фіксується положення тіла, що рухається, називають тілом відліку.
Вибір тіла відліку є довільним. За тіло відліку спостерігач може взяти будь-яке тіло з огляду на міркування зручності. Те, що тіло відліку обирається довільно, означає, що стан руху і стан спокою є відносними.
Уявімо пасажира, який, сидячи в кріслі вагона потяга, прямує до іншого міста. Відносно крісла та вагона пасажир не змінює свого положення з часом, тобто перебуває у стані спокою, а відносно дерев за вікном пасажир рухається
(рис. 7.3).
Читаючи ці рядки, ви, найімовірніше, сидите в класі за партою або вдома за столом. Сподіваємось, вам не буде важко назвати тіла, відносно яких ви рухаєтесь, і тіла, відносно яких перебуваєте у стані спокою.
Відносність руху дає можливість «зупинити» автомобіль, що мчить дорогою. Для цього потрібний ще один автомобіль, який буде рухатися поряд із першим, не відстаючи й не обганяючи його. У такому випадку автомобілі один відносно одного перебуватимуть у стані спокою. Згадайте, як каскадери пересідають на швидкості з одного автомобіля на інший: не треба ніякої зупинки! Той самий принцип використовують і для заправлення літака пальним просто в повітрі: треба тільки, щоб літаки не рухались один відносно одного
(рис. 7.4).
3 |
Визначаємо положення тіла в просторі |
|
Коли тіло рухається, то його положення |
||
|
||
в просторі змінюється. Для визначення по- |
||
ложення тіла в просторі використовують си |
||
стему координат, яку пов’язують із тілом |
||
відліку. |
||
Рис. 7.2. Якщо уявити, що у все світі є тільки одне тіло, наприклад планета Земля, то спроба визначити, чи рухається воно, втрачає сенс — це неможливо
Рис. 7.3. Пасажир рухається відносно дерев за вікном потяга, а відносно вагона залишається нерухомим
Рис. 7.4. Літаки один відносно одного зупинилися, водночас відносно Землі вони рухаються з великою швидкістю
53
Розділ 2. МЕХАНІЧНИЙ РУХ
–2 0 2 |
8 Х, км |
Рис. 7.5. Щоб визначити положення в певний момент часу пішохода й автомобіля на прямолінійній ділянці дороги, досить однієї координати: хп = –2 км; ха = 8 км
Y, м
100
0 100 |
300 Х, м |
Рис. 7.6. Щоб визначити положення в певний момент часу трактора в полі, потрібно знати дві координати: х = 300 м, у = 100 м
Система координат задається за допомогою однієї, двох або трьох координатних осей. Уздовж осей відкладають відстані в обраному масштабі, наприклад у кілометрах або метрах (рис. 7.5, 7.6).
Зміна положення тіла відбувається не миттєво, а протягом певного часу, тому для опису механічного руху є також необхідним прилад для відліку часу — годинник.
Тіло відліку, пов’язана з ним система координат і годинник для відліку часу утворюють систему відліку.
Зверніть увагу! Судити про механічний рух без зазначення системи відліку неможливо.
Підбиваємо підсумки
Механічний рух — зміна з часом положення тіла або частин тіла в просторі відносно інших тіл. Тіло, відносно якого фіксується положення тіла, що рухається, називають тілом відліку.
Тіло відліку, пов’язана з ним система координат і годинник для відліку часу утворюють систему відліку. Стани руху та спокою залежать від вибору системи відліку, тобто є відносними.
Контрольні запитання
1. Дайте визначення механічного руху. 2. Наведіть приклади механічного руху. 3. Чи можна вважати безперервний хаотичний рух молекул механічним рухом? 4. Що таке тіло відліку? 5. Як ви розумієте вираз «механічний рух є відносним»? 6. Наведіть приклади на підтвердження відносності руху. 7. Як задають систему координат? Наведіть приклади. 8. Що таке система відліку?
Вправа № 7
1.Визначте, відносно яких тіл розглядають рух (або спокій) таких тіл: а) шматок пінопласту лежить на поверхні води в річці; б) придорожні стовпи «пролітають» повз автомобіль; в) сонце вранці встає на сході, а ввечері сідає на заході.
2.Яків Ісидорович Перельман (1882–1942) у своїй книжці «Захоплююча фізика» описує випадок із пілотом літака під час Першої світової війни (1914–1918). Слід зазначити, що літаки тоді літали досить повільно, а кабіна пілота була відкритою.
54