Механическое движение. Система отсчета

МЕХАНИКА

Механика. Виды механического движения. Системы отсчета. Средняя и мгновенная скорость. Ускорение. Законы Ньютона. Сила тяжести. Невесомость. Сила трения. Закон всемирного тяготения. Динамика вращательного движения. Закон сохранения механической энергии. Превращение энергии. Пример на макроскопическом, молекулярном, атомном и ядерном уровнях. Закон сохранения импульса. Уравнение Циолковского. Космические перелеты.

Механика – это раздел физики, в котором изучают механическое движение. Механика включает в себя кинематику, динамику и статику. Механическим движением называют изменение положения тел в пространстве относительно других тел с течением времени. Механическое движение делят на поступательное, вращательное и колебательное.

Поступательным называется такое движение, при котором любая прямая проведенная в теле, перемещается параллельно себе. Вращательным называется движение, при котором все точки тела описывают концентрические окружности относительно некоторой точки, называемой центром вращения. Колебательным называют движение, при котором тело совершает периодически повторяющиеся движения около среднего положения, то есть колеблется.

Например, брошенный камень движется по сложной траектории, которую можно разложить на два движения: поступательное и вращательное. А колебательным движением можно пренебречь, поскольку расстояние между любыми двумя точками внутри камня не изменяется в процессе движения.

Тело, размерами которого при данных условиях можно пренебречь, считая при этом, что вся его масса сосредоточена в одной точке, называют материальной точкой. Размеры тела должны быть малы по сравнению с размерами рассматриваемой системы. Например, размеры автомобиля и расстояние между двумя пунктами его следования. В зависимости от условий или задач, одно и то же тело можно рассматривать как материальную точку или как объект, имеющий конечные размеры. Когда автомобиль можно считать точкой? Если он (пусть его длина 5 м) располагается в гараже размером 10 м, то его длина составляет от расстояния 5/10= 0.5×100%=50%, а если он стоит на территории МГУ размером 2 км ×1 км, то 5/2000= 0.0025×100%=0.25% его размерами можно пренебречь.

Для описания механического движения вводится понятие системы отсчета. Она включает в себя тело отсчета, систему координат и часы. Тело отсчета – это тело, к которому «привязывается» система координат. Система координат – это способ определения протяженности тела и его размеров. Известны разные системы координат: декартова, полярная, криволинейная и т.д. На практике используют чаще всего декартову и полярную системы координат. Декартова система координат – это (например, в двухмерном случае) два взаимно перпендикулярных луча, выходящих из одной точки, называемой началом координат, с нанесенным на них масштабом (рис.2.1а). Полярная система координат – это в двухмерном случае радиус–вектор, выходящий из начала координат и угол θ, на который поворачивается радиус-вектор (рис.2.1б). Часы необходимы для измерения времени.

Рис. 2.1. a) декартова система координат; б) - полярная система координат.

Линия, которую описывает материальная точка в пространстве, называют траекторией. Для двумерного движения на плоскости (х,у) это функция у(х). Расстояние, пройденное материальной точкой вдоль траектории, называют длиной пути (рис.2.2). Вектор , соединяющий начальное положение движущейся материальной точки r(t₁) с каким – либо ее последующим положением r(t₂) называют перемещением (рис.2.2):

.

Рис. 2.2. Длина пути (выделена жирной линией); – вектор перемещения.

Каждая из координат тела зависит от времени х=х(t), у=у(t), z=z(t). Эти функции изменения координат в зависимости от времени называют кинематическим законом движения, например, для х=х(t) (рис.2.3).

Рис.2.3. Пример кинематического закона движения х=х(t).

Дата добавления: 2014-01-06