Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

А.С. Уколов

Лекции по общему курсу физики

Часть I

МЕХАНИКА

Учебное пособие

Таганрог 1998

А.С. Уколов

ЛЕКЦИИ ПО ОБЩЕМУ КУРСУ

ФИЗИКИ

Ч. I.

МЕХАНИКА

УДК 53(075.8)+ 531/534(075.8)

Уколов А.С. Лекции по общему курсу физики. Ч.1. Механика: Учебное пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1998, 135с.

Учебное пособие содержит изложение основных вопросов курса, состоит из пяти глав: кинематика, динамика материальной точки, законы сохранения в механике, элементы динамики вращательного движения твердого тела и основы специальной теории относительности. Пособие соответствует рабочей программе курса физики для студентов технических специальностей ТРТУ, обучающихся по системе РИТМ.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Таганрогского государственного радиотехнического университета.

Рецензенты:

Кафедра прикладной электродинамики и компьютерного моделирования Ростовского-на-Дону государственного университета.

Ю.М. Вернигоров, д.т.н., профессор кафедры физики Донского государственного технического университета.

© Таганрогский государственный радиотехнический университет, 1998

© Уколов А.С., 1998

1. Кинематика

1.1. Основные вопросы механики

Механика изучает простейшие формы движения, встречающиеся в материальном мире, которые объединяются общим названием, механическое движение.

Под механическим движением мы будем понимать изменение взаимного расположения одного материального объекта по отношению к другому материальному объекту. В этом заключается одно из важнейших свойств механического движения: его относительность.

Главные вопросы, которые возникают при попытке характеризовать механическое движение данного материального объекта, следующие:

1. Как движется данный объект?, то есть каковы вид и характер его относительного движения?

2. Почему данный объект движется так, а не иначе?, то есть каковы причины, вызывающие именно данный вид и характер движения рассматриваемого объекта?

Поиском ответа на первый из этих вопросов занимается раздел механики - кинематика, на второй - динамика.

Выводы: Механическое движение относительно и является простейшей формой движения материи. Основные вопросы механики: Как и почему движется материальный объект?

1.2. Основные физические модели и понятия механики

В зависимости от свойств материального объекта, характера и вида его движения в механике используются самые простые физические модели:

материальная точка (частица) - объект (тело), размерами которого можно пренебречь по сравнению с характерным размером движения, в котором этот объект участвует.

Здесь следует обратить внимание на относительный характер понятия и его абстрактность. Любой реальный объект обладает конечными размерами, которыми в данной конкретной ситуации можно пренебречь или нельзя.

Например, рассматривая движение Земли вокруг Солнца, ее можно считать материальной точкой, так как радиус Земли R_з=6400 км, значительно меньше радиуса ее орбиты вокруг Солнца R_с=1.510⁸ км. С другой стороны,

при рассмотрении суточного вращения Земли вокруг собственной оси применять для Земли модель “материальная точка” нельзя.

При изучении движения тела или системы тел, когда понятие материальной точки использовать нельзя, часто полезно применить другую физическую модель, которая называется система материальных точек.

Суть этой модели заключается в том, что любое тело или систему тел, движение которых необходимо изучить, мысленно разбивают на малые участки (материальные точки), размеры которых значительно меньше размеров тела или системы тел. В этом случае изучение движения тела или системы тел сводится к изучению движения отдельных участков системы, то есть материальных точек, из которых состоит эта система. При этом следует, конечно, учитывать, взаимодействуют ли материальные точки между собой или нет.

Частным случаем модели “система материальных точек” в механике является модель под названием твердое тело:

Твердое тело - это система материальных точек, взаимное расположение которых в процессе данного движения не изменяется.

Обратите внимание на относительность этой модели.

Предельным случаем модели твердого тела является абсолютно твердое тело. В абсолютно твердом теле расстояние между любыми произвольными частицами ни при каких условиях не изменяется. Абсолютно твердое тело - это абстрактная модель, так как никакое реальное тело не обладает этим свойством.

Для описания движения материальной точки используют модель - траектория движения.

Траекторией движения называется воображаемая линия, вдоль которой происходит движение данной материальной точки.

Если эта линия представляет собой прямую или ее отрезок, то говорят, что движение материальной точки прямолинейное, в противном случае движение криволинейное. Для описания видов движения твердого тела используют модели поступательного и вращательного движения.

Поступательным называется такое движение твердого тела, при котором любая прямая, скрепленная с этим телом, при его движении остается параллельной самой себе.

Характерной особенностью такого движения является то, что траектории всех материальных точек, составляющих твердое тело, имеют одинаковую форму и размеры и при параллельном смещении могут быть совмещены друг с другом.

Вращательным называется такое движение твердого тела, при котором все его материальные точки движутся по окружностям. При этом центры этих окружностей расположены на одной прямой, называемой осью вращения.

Произвольное движение твердого тела всегда можно представить в виде совокупности одновременных поступательного и вращательного движений.

Выводы: Основными физическими моделями механики являются материальная точка, система материальных точек и твердое тело. Движение материальной точки определяется понятием “траектория движения”. Траектории бывают прямолинейными и криволинейными. Движение твердого тела может быть сведено к двум формам: поступательной и вращательной.