Лекция 1

1. Кинематика поступательного движения

1. Механическое движение

Физика - это наука, изучающая простейшие и вместе с тем, наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи, а также законы ее движения.

Материя - это все, что существует в природе и может быть обнаружено с помощью органов чувств и приборов и существует независимо от сознания человека.

Виды материи: вещество (совокупность элементарных частиц) и поле (переносчик взаимодействия).

Четкой границы между веществом и полем нет (корпускулярно-волновой дуализм).

Материя вечно и непрерывно развивается, находясь в непрерывном движении. Под движением в широком смысле слова понимаются все изменения материи - от простого перемещения до сложнейших процессов мышления. Материя и движение неразделимы. Физические формы движения материи: механическая, молекулярное, тепловое, электромагнитное, внутриатомное и внутриядерное. Простейшей формой движения является механическое движение – изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

Раздел физики, занимающийся изучением закономерностей механического движения и взаимодействия тел называется механикой.

Механику подразделяют на кинематику, статику и динамику. Кинематика описывает движение тел не интересуясь причинами, которые вызвали это движение. Основная задача кинематики - определить положение тела в любой момент времени. Динамика изучает движение тел в связи с теми причинами (взаимодействия между телами), которые обуславливают тот или иной характер движения. Статика рассматривает условия равновесия тел. Законы статики являются частными случаями законов динамики.

1.2. Основные понятия и определения

Движение тел происходит в пространстве и во времени (пространство и время – неотъемлемые формы существования материи).

Все виды механического движения могут быть сведены к поступательному, вращательному и колебательному движениям.

Поступательным называется движение абсолютно твердого тела, при котором любая прямая, мысленно проведенная в теле, перемещается параллельно самой себе (рис. 1.2.1).

Абсолютно твердое тело – это тело, расстояния между двумя любыми точками которого постоянны.

П ри поступательном движении все точки абсолютно твердого тела имеют одинаковые кинематические параметры: путь , скорость , ускорение . Поэтому поступательное движение абсолютно твердого тела можно заменить рассмотрением движения материальной точки.

Материальная точка – это тело, обладающее массой, размеры и форма которого несущественны в рассматриваемой задаче:

а) размеры тела малы по сравнению с расстояниями при его движении;

б) все точки тела движутся одинаково (по одинаковым линиям, с одинаковыми скоростями).

Пример. при движении Земли относительно Солнца. Землю можно рассматривать как материальную точку, так как радиус Земли составляет 1/10000 от радиуса орбиты ее движения вокруг Солнца. Тело, относительно которого рассматривается изменение положения других тел в пространстве называется телом отсчета.

Для определения положения материальной точки в любой момент времени необходимо с телом отсчета связать систему координат и задать начало отсчета времени.

Совокупность жестко связанных тела отсчета, системы координат и отсчитывающих время часов называется системой отсчета.

Линия, которую описывает материальная точка при своем движении, называется траекторией. Понятие траектории имеет «относительный» смысл. Нельзя говорить о форме траектории вообще, траектория имеет смысл для данной системы отсчета. Тело сброшенное в вагоне движущегося поезда имеет разную траекторию относительно вагона и относительно Земли. Следовательно вид траектории зависит от выбора системы отсчета. По виду траектории движения делятся на прямолинейные и криволинейные.

Описать движение материальной точки это значит составить математическое выражение с помощью которого можно однозначно определить положение материальной точки в любой момент времени.

В прямолинейной (декартовой) системе координат положение материальной точки М в данный момент времени характеризуется радиусом – вектором , проведенным из начала координат в эту точку пространства. Модуль и направление радиуса вектора можно задать тремя его проекциями на оси координат. Эти проекции, а следовательно и положение материальной точки М соответствуют координатам (рис. 1.2.2).

П ри движении материальной точки ее координаты с течением времени изменяются. В общем случае ее движение определяется тремя скалярными уравнениями – кинематическими уравнениями движения:

. (1.2.1)