Механика

48

Введение

Физика – это наука, которая описывает реальные процессы, происходящие в природе и оперирует реальными физическими величинами. Поэтому все величины, с которыми мы будем иметь дело, должны иметь реальный физический смысл, как с точки зрения их размера, так и с точки зрения их размерности.

Для измерения физических величин принят международный стандарт – «единая система измерения физических величин» (система СИ). Это таблица, в которой каждой физической величине предписывается ее единица измерения. В системе СИ имеется шесть основных величин, у которых имеется эталон. К ним относятся: единица длины – метр [м]; единица времени – секунда [с]; единица массы – килограмм [кг]; единица абсолютной температуры – кельвин [К]; единица силы тока – ампер [А]; единица силы света – кандела [кд]. Все остальные единицы в системе СИ являются производными, то есть выражаются через основные единицы. Еще в системе СИ имеются две дополнительные единицы: единица плоского угла – радиан [рад] и единица телесного угла – стерадиан [срад].

При выполнении алгебраических операций с физическими величинами необходимо всегда помнить, что операции умножения, деления и степенные операции можно производить с любыми величинами, а вот операции сложения и вычитания можно производить только с величинами, измеряющимися в одинаковых единицах. Кроме того, аргументами тригонометрических, логарифмических и показательных функций могут быть только безразмерные величины.

К единицам измерения физических величин могут добавляться приставки, указывающие на то, что данное число надо умножить на 10 в определенной степени. Наиболее распространенными являются: деци (дц) - 10^-1; санти (с) - 10^-2; мили (м) - 10^-3; микро (мк) = 10^-6; нано (н) - 10^-9; пико (п) - 10^-12; кило (к) - 10³; мега (М) - 10⁶; гига (Г) - 10⁹.

Иногда приходится определить на сколько или во сколько раз изменилась величина. Для того чтобы найти на сколько изменилась величина надо из конечного значения величины вычесть ее начальное значение. Для того чтобы определить во сколько раз изменилась величина надо конечное значение величины поделить на ее начальное значение.

Кинематика Механическое движение

Раздел физики, называемый механикой, полностью посвящен изучению механического движения. Первый раздел механики – кинематика – занимается систематизацией и формальным математическим описанием различных видов механического движения.

Механическим движением называется изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. Для описания механического движения в первую очередь требуется устройство, фиксирующее темп течения времени и измеряющее промежутки времени. То есть требуются часы. В ту же первую очередь требуется определять изменение положения тела, то есть нужно уметь фиксировать положение тела в каждый момент времени. Положение тел обычно определяется относительно каких-либо других тел. Поэтому для задания положения тела в пространстве требуется иметь несколько опорных тел или хотя бы одно тело, которые называются телами отсчета. Наличие часов и тела отсчета формально достаточно для описания механического движения. Совокупность часов и тела отсчета называется системой отсчета. Поэтому говорят, что для описания механического движения необходимо иметь систему отсчета.

Имеется два основных метода задания положения тела в пространстве. Первый из них - координатный метод. Положение тела в этом методе задается тремя его координатами. Для этого необходимо иметь систему координат. Системы координат существуют разные. Мы в школьном курсе физики, в основном, будем использовать прямоугольную декартову систему координат из трех взаимно перпендикулярных прямых осей X, Y и Z. Для введения такой системы координат требуется иметь хотя бы четыре тела отсчета. В одно из тел отсчета (точка О) можно поместить начало координат, а три другие тела отсчета требуются для задания направления координатных осей. Координаты x, y и z задают положение тела в пространстве. Второй метод задания положения тела называется векторным. Здесь положение тела определяется так называемым радиус-вектором r. Начало радиус-вектора совпадает с телом отсчета О, а конец – с телом А, положение которого определяется. В этом методе достаточно наличие одного тела отсчета.

Движение всех реальных тел можно разложить на две составляющие: поступательное движение и вращательное движение. Произвольное движение тела в любой момент времени можно представить как сумму этих двух типов движения. Поступательным называется движение, при котором движущееся тела не меняет своей ориентации в пространстве. При поступательном движении все точки тела движутся одинаково, а траектории всех точек тела представляют собой одинаковые кривые. При вращательном движении траектории движения всех точек тела представляют собой окружности. Причем центры всех этих окружностей находятся на одной прямой, которая называется осью вращения.

При движении тела часто его размерами и формой можно пренебречь. В этом случае реальное тело обозначают просто точкой и называют материальной точкой. Материальной точкой можно считать тело в случае, если его размеры значительно меньше расстояний до других тел и расстояния, проходимого самим телом. Материальной точкой можно считать тело, даже если его размеры и не малы, но если они не имеют никакого физического значения в данной задаче и тело движется поступательно. Движение реального тела может быть как поступательным, так и вращательным. Материальная точка может двигаться только поступательно.