Механическое движение тел. Система отсчета

                                                   Движенья нет,- сказал мудрец брадатый,

                                             Другой смолчал и стал пред ним ходить

                                 Сильнее бы не смог он возразить;

                                   Хвалили все ответ замысловатый,

                                Но, господа, забавный случай сей

                                                      Другой пример на память мне приводит:

                                                   Ведь каждый день пред нами Солнце ходит,

                                Однако ж, прав упрямый Галилей.

А. С. Пушкин

Исходные понятия:

·        пространство,

·        время,

·        движение.

Основным понятием кинематики является понятие о механическом движении. Механическим движением тел называют изменение со временем положения этих тел или их частей в пространстве относительно других тел с течением времени.

В механическом движении относительно Земли находятся летящий в небе самолет, плывущая по реке лодка, идущий в школу ученик.

Основная задача механики состоит в том, чтобы научиться описывать движение материальной точки. Описать движение тела – значит, уметь в любой момент времени указать его положение относительно других тел. Для этого необходимо:

·      выбрать тело отсчета (тело, относительно которого отмечается положение данного тела);

·      последовательно определить ряд положений тела относительно тела отсчета и одновременно отметить моменты времени t, соответствующие этим положениям.

Необходимость указания тела отсчета при описании движения в физике называют относительностью. Относительность заключается в том, что относительно одних тел рассматриваемое тело покоится, а относительно других движется.

Примером проявления относительности движения является покой пассажира в движущемся автобусе и движение этого же пассажира относительно деревьев у дороги.

Часто при рассмотрении движения тел можно не учитывать их размеры. Это может быть в тех случаях, когда все точки тела движутся одинаково, размеры тела во много раз меньше расстояний их наблюдения или движения.

Одинаково движутся все точки тела при его поступательном движении. Поступательным движением тела называют такое его движение, при котором любая прямая АВ, проведенная через любые две точки тела перемещается, оставаясь параллельной своему первоначальному направлению А₀В₀  (рис.1)

Поступательно движутся относительно Земли, например, кабина лифта, парашютист, кабины колеса обозрения   и т.д.

Тело, размерами которого в рассматриваемых условиях можно пренебречь, называют материальной точкой.

Так при движении автобуса по маршруту Могилев-Минск и школьника из

Существуют три способа  описания движения материальной точки в пространстве:

1. Естественный способ описания движения заключается в том, что положение  материальной точки определяется по заданной траектории. Траектория – это множество точек (линия) в пространстве, через которые проходит материальная точка (видимый или невидимый след, оставляемый материальной точкой).

Уравнение с двумя переменными s и t называется законом движения материальной точки по траектории  Если точка О совпадает с начальным положением тела, то s называют пройденным путем (s). Пройденный путь – это длина траектории, по которой движется материальная точка за рассматриваемое время. Единица измерения пройденного пути-1м (метр)

По форме, траектории механическое движение разделяют на прямолинейное и криволинейное. В первом случае траекторией движения является отрезок прямой, во втором - некоторая кривая.

 Примерами прямолинейного движения тел являются движение кабины лифта многоэтажного дома, падение тела с некоторой высоты относительно Земли.

Криволинейным движением является движение тела, брошенного горизон-

тально или под углом к горизонту (рис.3), по окружности, автомобиля при повороте.

Траектории движения одной и той же материальной точки относительно

2. Векторный способ предусматривает задание радиус-вектора  (направленного отрезка) положения материальной точки М. Модулем (величиной) вектора называют длину отрезка, изображающего вектор.

Начало радиус-вектора  выбирается в некоторой точке О тела отсчета, а конец – в положении материальной точки в данный момент времени t (рис.5).

При движении материальной точки радиус-вектор изменяется и по величине, и по направлению и, следовательно, полностью характеризует положение материальной точки в пространстве в любой момент времени.

3. Координатный способ описания движения материальной точки предпо-

лагает рассмотрение системы координат Оxyz (рис.6). Положение материальной точки в любой момент времени определяется тремя координатами x, y и z, зависящими от  времени, т.е. x=x(t); y=y(t); z=z(t).

Эти три уравнения называют кинематическими уравнениями движения материальной точки.

Выбор того или иного способа описания механического движения материальной точки зависит от многих условий, среди которых - владение исследователем необходимыми математическими знаниями и умениями.

 Для определения положения материальной точки в любой момент времени, кроме выбора системы координат, необходимо также задать начало отсчета времени.

Система координат, тело отсчета, с которым она связана, и указание отсчета времени образуют систему отсчета. Система отсчета является моделью (образом, сохраняющим основные свойства) пространства-времени, позволяющей решить основную задачу кинематики.