Механическое движение

Механика - раздел физики, изучающий простейшие формы движения материи, которые состоят в перемещении тел или частиц относительно друг друга.

Движение представляет собой способ существования материи. В самом общем смысле в слове «движение» содержатся все происходящие во Вселенной изменения и процессы: физические, химические, биологические, общественные. Но в механике изучается только самая простейшая форма движения: перемещение материальных тел, т. е. изменение их взаимного положения с течением времени.

В механике часто вместо физического тела используется понятие о материальной точке. Под материальной точкой подразумевается тело, размерами и формами которого можно пренебречь в условиях данной задачи. Для исследования явления полезно расчленить тело на ряд точек и тогда тело можно рассматривать как систему материальных точек. Поэтому будем рассматривать механическое движение как перемещение отдельных материальных точек или системы материальных точек в пространстве с течением времени. В прямоугольной системе координат движение точечного тела описывается тремя функциями х = x(t), у = y(t) и z = z(t), показывающими, как изменяются координаты этого тела (х, у, z) с течением времени.

Материальная точка при своем движении описывает некоторую линию. Эта линия называется траекторией. Расстояние, отсчитанное вдоль траектории, представляет собой пройденный точкой путь и, как любой непрерывный процесс, представляется в виде функции от времени: s = s(t).

Для количественной характеристики физических явлений вводятся физические величины и единицы их измерения. Система единиц измерения — это совокупность основных и производных единиц измерения физических величин. На основании международных соглашений в настоящее время принята интернациональная система «СИ». В данной системе единиц взято семь основных величин и единиц их измерения. Длина в метрах, масса в килограммах, время в секундах, сила тока в амперах, сила света в кандалах, температура в Кельвинах и количество вещества в молях. Дополнительные единицы: плоский угол в радианах и телесный угол в стерадианах.

Движение тела может быть: 1) поступательным, если любая пря­мая, проведенная на теле, остается при движении этого тела параллельной самой себе; 2) вращательным, если все точки тела описывают концентрические окружности, центры которых лежат на одной и той же прямой, называемой осью вращения; 3) колебательным, если точки тела совершают периодические движения относительно некоторого центра.

Отношение пути, пройденного материальной точкой, к промежутку времени, за который этой путь пройден, называется средней скоростью движения ^. Средней скоростью часто пользуются на практике.

Так, например, расписание движения автомашин, поездов, теплоходов, самолетов, составляется на основе коммерческой (средней) скорости их движения. На практике применяется и истинная скорость или мгновенная скорость материальной точки в данный момент времени. Мгновенная скорость движения в любой точке траектории есть вектор, направленный по касательной к траектории в данной точке, а по модулю равный первой производной от пути ко времени ^. Скорость в системе СИ измеряется в м/с.

Если рассматривать общий случай движения, то скорость движения может меняться и по направлению, и по величине. Физическая величина, характеризующая изменение скорости, называется ускорением и определяется как первая производная от скорости по времени Измеряется ускорение в системе СИ в м/с².

Путь, пройденный материальной точкой, определяется уравнением:

S= (v₀±at)dt = v₀t ± (3.1)

В случае равномерного прямолинейного движения = = const и а = 0, формула (3.1) примет вид:

S = vt (3.2)

Движение материальной точки по окружности, наряду с линейной скоростью v, характеризуется угловой скоростью. Угловой скоростью называется физическая величина, равная первой производной от угла поворота по времени. Единицей измерения в системе СИ является радиан в секунду. Время одного оборота точки по окружности называется периодом вращения (Т), а число оборотов в единицу времени называется частотой вращения (). При неравномерном движении материальной точки по окружности вводится понятие углового ускорения, под которым понимаетсяпервая производная от угловой скорости по времени. При равнопеременном движении материальной точки по окружности, выполняются соотношения:;, где - начальная угловая скорость движения материальной точки.