Кинематика прямолинейного движения

Предмет механики. Идеализации физики. Методы задания движения материальной точки

В механике изучается простейшая форма движения материи — механическая.

Механическим движением называется процесс перемещения тела относительно других тел («тел отсчёта»).

В этой формулировке подчёркивается основное, фундаментальное свойство механического движения: любое механическое движение (и покой — как движение с нулевой скоростью) относительны. Рассмотрение «абсолютного» движения без указания системы тел отсчёта — беспредметно и бессмысленно.

С тем, чтобы контролировать положение движущегося тела относительно тел отсчёта, с ними связывают систему координат. Поскольку движение происходит не только в пространстве, но и во времени, при наблюдении за движением нужно иметь прибор, регистрирующий время — часы.

Система координат, связанная с телами отсчёта, и часы составляют систему отсчёта (рис. 1.1).

Рис. 1.1

Часто при рассмотрении движения конкретных тел можно не учитывать те их свойства, которые несущественны для данного движения. Подобные упрощения широко используются в физике и приводят к таким абстракциям, как «материальная точка», жидкость без вязкости («идеальная жидкость»), «абсолютно твёрдое тело», «нерастяжимая нить» и другие.

Уже на первых порах мы будем широко пользоваться идеализацией «материальная точка» или «частица».

Материальная точка — это тело, линейный размер которого существенно меньше характерного линейного размера его траектории.

Рассмотрим движение материальной точки М относительно выбранной системы отсчёта. С телами отсчёта свяжем прямоугольную систему координат и выберем начало отсчёта времени t = 0.

Рис. 1.2

Задать механическое движение частицы можно либо одной векторной функцией:

= (1.1)

либо тремя скалярными:

. (1.2)

Здесь: — радиус-вектор движущейся частицы М;

x, y, z — координаты частицы;

— единичные векторы.

Уравнения (1.1) и (1.2) называются кинематическими уравнениями движения материальной точки.

Совокупность точек пространства, которые проходит частица, образует траекторию движения.

Самое простое движение точки — это движение по прямолинейной траектории.