Кинематика поступательного движения.
Любое движение твердого тела можно представить как комбинацию поступательно и вращательного движения.
Поступательное движение – это движение, при котором любая прямая, жестко связанная с движущимся телом, остается параллельной своему первоначальному положению.
Тело отсчета – совокупность системы координат и часов, связанных с телом отсчета.
Положение тела в любой момент времени определяется координатами. Положение тела в пространстве задается координатами x, y и z, на плоскости – x и y, на прямой – x. При движении с течением времени, координаты тела изменяться. В общем случае они определяются скалярными уравнениями: x=x(t),y=y(t),z=z(t) (1)
Эквивалентными
векторному уравнению:
(2)
Эти уравнения называются кинематическими уравнениями движения материальной точки.
Число независимых координат, полностью определяющих положение точки в пространстве, называется числом степеней свободы. Если материальная точка свободно движется в пространстве, то, как уже было сказано, она обладает тремя степенями свободы (координаты х, у и z); если она движется по некоторой поверхности, то двумя степенями свободы, если вдоль некоторой линии, то одной степенью свободы.
Траектория движения материальной точки – это линия, описываемая этой точкой в пространстве. В зависимости от формы, движение может быть прямолинейным и криволинейным.
Путь – это длина траектории, скалярная, физическая величина.
Перемещение – это векторная величина, направленный отрезок прямой, определяющий положение тела.
Кинематика вращательного движения.
Вращательное движение – это движение, при котором все точки тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной и той же прямой (называемой осью движения).
Угловое перемещение – векторная величина, модуль которой равен углу поворота, а направление совпадает с направление поступательного движения правого винта, ручка которого вращается в направлении движения точки по окружности.
Угловое ускорение – векторная величина, равная первой производной от угловой скорости по времени, или второй производной от угла поворота
Угловая скорость – векторная величина, равная первой производной от угла поворота точки по времени.
Динамика поступательного движения.
Динамика изучает законы движения тел и причины, которые вызывают или изменяют это движение. В основе классической механики лежат три закона:
Первый закон Ньютона – «Закон Инерции»: всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит ее изменить это состояние. Выполняется в инерциальных системах отсчета.
Второй закон Ньютона – «Основной закон динамики поступательного движения»: если рассмотреть действие различных сил на одно и то же тело, то оказывается, что ускорение, приобретаемое телом, всегда прямо пропорционально равнодействующей приложенных сил. Выполняется в инерциальных системах отсчета.
Третий закон Ньютона: всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки.