Механика

Механическое движение − изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

Любое физическое явление или процесс в окружающем нас материальном мире представляет собой закономерный ряд изменений, происходящих во времени и пространстве. Механическое движение − это простейший вид физического процесса.

Механическое движение тел изучается в разделе физики, который называется механикой.

Основная задача механики − определить положение тела в любой момент времени.

Твердое тело – тело, расстояние между любыми двумя точками которого сохраняется с течением времени (тело в процессе движения не деформируется).

Различают два вида движения твердого тела: поступательное и вращательное. В ряде случаев тело совершает смешанное движение, т. е. комбинацию поступательного и вращательного движений.

Поступательным называется такое движение твердого тела, при котором любая прямая, жестко связанная с телом, перемещается параллельно самой себе. Все точки тела, движущегося поступательно, в каждый момент времени имеют одинаковые скорости и ускорения, а их траектории полностью совмещаются при параллельном переносе, т. е. все точки тела движутся одинаково (за одни и те же промежутки времени совершают равные перемещения). Поэтому кинематическое рассмотрение поступательного движения абсолютно твердого тела сводится к изучению движения любой его точки.

Вращательным называется такое движение твердого тела, при котором все его точки описывают окружности, центры которых лежат на одной прямой, называемой осью вращения.

Плоское движение − движение, при котором все его точки перемещаются параллельно некоторой неподвижной плоскости.

При плоском движении твердого тела выполняется теорема о мгновенном центре вращения:при плоском движении твердого тела (кроме поступательного) в каждое мгновение существует единственная точка, скорость которой равна нулю (мгновенный центр вращения), а скорости всех остальных точек распределены так, как если бы тело в это мгновение совершала вращалась вокруг мгновенного центра вращения.

В случае движения тела без проскальзывания должно выполняться векторное равенство скоростей для точек контакта тел:

Часто такое движение называют качением (от слова «катиться»). Когда поверхность, по которой происходит качение, неподвижна. Точка касания тела с поверхностью будет являться мгновенным центром вращения, поскольку у этой точки отсутствует скорость.

Кинематика

раздел механики, в котором движение тел рассматривается без выяснения причин, его вызывающих. Кинематика отвечает на вопрос: как движется тело?

Основные понятия кинематики.

> механическое движение - изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени

· поступательное

· вращательное

> система отсчёта - СО - система, включающая в себя тело отсчёта, связанную с ним систему координат, часы

> материальная точка - м.т. - тело с пренебрежительно малыми размерами в условиях данной задачи

> траектория - линия, описываемая точкой во время движения

> путь - скалярная физическая величина, равен длине участка траектории

Путь только положительный и не может уменьшаться.

> перемещение - векторная физическая величина, соединяет начальное и конечное положение точки (вектор направлен от начала к концу)

Способы описания движения

скорость движения - векторная физическая величина, характеризует быстроту и направление движения точки

> средняя скорость

> мгновенная скорость (направлена по касательной к траектории)

> путевая скорость - скалярная физическая величина

ускорение – векторная физическая величина, характеризует быстроту и направление изменения скорости

> среднее ускорение

> мгновенное ускорение

Прямолинейное равномерное движение

движение по прямой, при котором за любые равные промежутки времени материальная точка совершает равные перемещения.

Графики применяются для компактного и наглядного представления информации. Наиболее распространенные зависимости: координаты от времени x(t), скорости от времени v(t), пути L(t) .

По графикам x(t) для нескольких тел на одних осях удобно искать место и время встречи тел. По углам наклона этих графиков можно судить о скоростях.

По площади под графиком v(t) можно определить перемещение тела.

Прямолинейное равноускоренное движение

движение по прямой, при котором за любые равные промежутки времени вектор скорости точки изменяется на равную величину.

В этом случае решение системы уравнений можно заменить геометрическим решением, которое в ряде случаев гораздо компактнее.

Графики применяются для компактного и наглядного представления информации. Наиболее распространенные зависимости в кинематике: x(t), vx(t), ax(t), но могут встретиться зависимости пути L(t), модулей v(t), a(t) и другие.

Из графиков можно получить дополнительную информацию, например о максимумах и минимумах, по углам наклона − о скоростях изменения величин. Часто информативна площадь под графиком.

· По графикам x(t) для нескольких тел на одних осях удобно искать место и время встречи тел. По углам наклона этих графиков можно искать проекции скоростей. Для равноускоренного движения по направлению ветвей параболы можно судить о знаке проекции ускорения.

· По углу наклона графика vx(t) можно найти проекцию ускорения тела, а по площади под графиком − проекцию перемещения.

· По площади под графиком ax(t) можно найти изменение проекции скорости.

· Зависимость пути от времени − монотонная неубывающая функция, начинающаяся из нуля.