Кинематика. Физика –наука о наиболее простых и в то же время наиболее общих формах движения материи

Краткое содержание лекции

Физика –наука о наиболее простых и в то же время наиболее общих формах движения материи. Изучаемые физикой формы движения материи (механическая, тепловая и др.) присутствуют во всех высших, более сложных формах движения материи (биологических, химических).

Механика -раздел физики, изучающий основные закономерности механического движения и причины, вызывающие это движение.

Разделы механики: кинематика, динамика, статика.

Механическое движение -изменение положения данного тела или его частей относительно другого тела. Тело, по отношению к которому рассматривается механическое движение, называется телом отсчета. Тело отсчета, система координат и часы представляют систему отсчета.

Простейшая система координат-прямоугольная декартова система XYZ, определяющая положение точки М в пространстве с помощью трех чисел X_m, Y_m, Z_м или с помощью радиус-вектора , проведенного из начала координат О до точки М (рис. 1). В физике используются и другие системы координат, например сферическая, цилиндрическая.

Рис.1. Декартова система координат XYZ.

Когда материальная точка М движется, конец радиус-вектора описывает в пространстве некоторую линию-траекторию.

Если движется тело конечных размеров, то различные его точки описывают в общем случае различные траектории.

Уравнение зависимости радиус-вектора движущейся точки от времени или эквивалентная ему система уравнений , называются уравнениями движения точки. По форме траектории механическое движение подразделяется на прямолинейное и криволинейное.

Рис. 2. Перемещение ∆r – вектор. Путь ∆S-скаляр, который равен длине участка траектории, пройденного за промежуток времени ∆t. Пути, пройденные точкой за последовательные промежутки времени складываются арифметически.

Мгновенной скоростью называется физическая величина, равная производной радиус-вектора по времени

,

Вектор мгновенной скорости направлен по касательной к траектории

Ускорение

Ускорением (мгновенным ускорением) материальной точки в момент времени t называется физическая величина равная производной отскорости по времени

Вектор ускорения может быть разложен на две составляющие – тангенциальную, совпадающую по направлению свектором скорости и нормальную, перпендикулярную к вектору скорости

Тангенциальное ускорение – аt - совпадает понаправлению со скоростью и характеризует изменение скорости только по величине

Нормальное или центростремительное ускорение – а_n – всегда перпендикулярна скорости и характеризует изменение скорости только по направлению

Связь между ускорения и его состьавляющими имеет следующий вид.

Колебательные процессы – процессы, характеризующиеся определенной повторяемостью во времени.

Колебания называются свободными (или собственными) если они совершаются за счет первоначально сообщенный энергии при последующем отсутствии внешних воздействий.

Вынужденные колебания совершаются под действием внешней периодически изменяющейся силы, которая называется вынуждающей..

Простейшим типом колебаний являются гармонические колебания – колебания, совершающиеся по закону синуса или косинуса.

х = A sin (wt + j); х = A cos (wt + j) - уравнение гармонических колебаний

x – смещение - [ м ] А – амплитуда колебаний - максимальное смещение тела от положения равновесия [ м ] (wt + j) – фаза колебаний – определяет положение колеблющегося тела в любой момент времени

w - круговая или циклическая частота, число полных колебаний за 2p секунд. t – время;

j - начальная фаза – определяет положение колеблющегося тела в начальный момент времени при t = 0.

Кроме того, колебания ёще характеризуются периодом и частотой колебаний.

Т – период - время одного полного колебания; [ с ]

[ Гц ] - частота колебаний – число полных колебаний за 1с.

w = 2pn - связь между циклической частотой и частотой колебания

Скорость гармонических колебаний определим как производную смещения:

Ускорение

a = - w²x – ускорение гармонических колебаний.

Hand outs

Kinematics

Дата добавления: 2013-12-13