Тема №2. Кинематика Лекция 4.
1. Основные понятия и определения
Кинематика - часть теоретической механики, в которой изучаются механические движения материальных тел без учета их масс и действующих на них сил движения. Кинематика основана на геометрических представлениях.
Механическое движение происходит в пространстве и во времени. Пространство рассматривается как трехмерное; все свойства его подчиняются системе аксиом и теорем эвклидовой геометрии. Время полагают ни с чем не связанным и протекающим равномерно. Однако современное развитие физики привело к иным представлениям о пространстве и времени. Это доказал великий ученый XX века Альберт Эйнштейн, создав теорию относительности, суть которой заключается в том, что пространство и время зависят от скорости движения. Эта зависимость практически не обнаруживается при сравнительно малых скоростях движения и установленные в механике представления о пространстве и времени сохраняют силу. Но при скоростях, близких к скорости света, которая считается в вакууме постоянной (300000 км/с), эти представления являются неточными.
При измерении времени различают промежуток или отрезок времени и начальный момент времени. Промежуток времени - это время, протекающее между двумя фиксированными событиями. Начальным моментом называется время, с которого начинается отсчет.
Поскольку различные точки твердого тела совершают разные движения, то возникает необходимость изучить движение отдельных точек тела. Движение заданной точки или тела обнаруживается путем сравнения с системой отсчета. Системой отсчета называется выбранный способ измерения времени, которое вместе с какой-нибудь системой координат связывают с телом, по отношению к которому изучают движение.
В природе все находится в непрерывном движении и неподвижных тел не существует, поэтому не может быть абсолютно неподвижных систем отсчета. Условно неподвижной системой отсчета считается система координатных осей, связанных с Землей. Положение точки М (рис. 2) в пространстве определяется координатами xyz, которые изменяются при переходе точки в другое положение, т.е. описывает траекторию.
Рис. 2
Траекторией точки называется кривая, которую описывает точка при движении в пространстве относительно выбранной системы отсчета. Траектория бывает прямолинейная и криволинейная.
Движение точки в пространстве определяется скоростью, характеризующей быстроту и направление движения точки в данный момент времени. В зависимости от скорости движение точки может быть равномерным, когда скорость
постоянная по величине и направлению, и неравномерным - скорость переменна. Изменение скорости во времени характеризуется ускорением. Скорость и ускорение точки являются векторными величинами.
При изучении движения точки различают два понятия: расстояние и пройденный путь. Расстояние определяет положение точки на ее траектории и отсчитывается от некоторого начала отсчета. Оно является алгебраической величиной, так как в зависимости от положения точки относительно начала отсчета и принятого направления оси расстояний оно может быть положительным и отрицательным. Пройденный путь всегда определяется положительным числом.
В общем случае движение точки может начинаться из некоторого произвольного положения на траектории. В связи с этим для определения исходного положения точки вводится понятие начального расстояния. При движении точки в одном направлении расстояние и путь могут отличаться только на какую-то постоянную величину, равную начальному расстоянию, т.е.
SP=S + S0,
где Sp - расстояние точки от начала отсчета;
S - пройденный путь;
So- начальное расстояние.
Начальное расстояние может быть выражено как положительной, так и отрицательной величиной.