Структура понятия системы отсчета

ЛЕКЦИЯ 1

Основные понятия.

Кинематика- изучает движение материальных тел с геометрической точки зрения, без учета массы и действующих сил. Материя первична, движение вторична. Без пространства и времени нет ни материи и движения. Простые формы движения это механическая.Сложные формы движения заключают в себе основу простых механических движений.Движение рассматриваем относительно какого-либо тела. Движение относительное. Тело отсчета- относительно которого рассматривают движение.

Механикой называют науку, изучающую основные законы механического движения и взаимодействия материальных тел.

механическое движение – это простейшая форма движения, возникающая в результате взаимных действий материальных тел. Такие взаимодействия («взаимные действия тел»,) Исаак Ньютон назвал силами.

по признаку различения объекта исследования (и в зависимости от скорости их движения) механика делится на квантовую, релятивистскую и классическую механику (табл. 1).

Таблица 1

Структура разделов механики

Механика
квантовая, при скоростях движения микрообъектов v≈c микрообъекты	релятивистская, при скоростях движения макрообъектов v≈c
классическая, при скоростях движения макрообъектов v<<c макрообъекты

Квантовая механика исследует движение микроскопических тел и элементарных частиц вещества (со скоростями сопоставимыми со скоростью света, v≈ c).

Релятивистская механика (теория относительности) исследует движение макротел при скоростях, близких или сопоставимых со скоростью света (v≈ c).

Классическая механика изучает равновесие и движение макротел при скоростях, значительно меньших скорости света (v<<c).

Следовательно, это часть классической механики, которая, в свою очередь, подразделяется на общую (теоретическую) механику и механику сплошной среды. Кроме того, в учебной литературе классическую механику часто подразделяют на статику, кинематику и динамику (табл. 2).

Таблица 2

Типовая структура разделов классической механики

Классическая механика
Статика	Динамика
Кинематика

Общая (или теоретическая) механика изучает движение таких абстрактных моделей тела, как материальная точка (МТ) и абсолютно твердое тело (АТТ), а также систем МТ и АТТ (табл. 3).

Механика сплошной среды – раздел классической механики, включающий в себя: механику газов, жидкостей, деформируемого твердого тела (ДТТ) и особых сред (поля тяготения, поля излучения, температурного поля, электромагнитного поля и др.).

Таблица 3

Разделы общей механики (по признаку объекта исследования)

Общая механика
Механика МТ	Механика АТТ
Механика систем МТ и (или) АТТ

Механика деформируемого твердого тела (механика ДТТ) – очень большой раздел механики сплошной среды. Она включает в себя теорию сопротивления материалов; теории упругости, пластичности, ползучести, теплопроводности; строительную механику; механика грунтов; механику сыпучих сред и др. разделы.

Раздел механики твердого тела(МТТ) состоит из двух подразделов: «механики АТТ» и «механики ДТТ», (табл. 4). Первый из них – механика абсолютно твердого тела – часть общей механики, а второй – часть механики сплошной среды.

Таблица 4

Структура разделов механики твердого тела

Механики твердого тела
Механика АТТ	Механика ДТТ
Сопротивление материалов

КЛЮЧЕВЫЕ ПОНЯТИЯ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

Прежде чем перейти к понятиям, необходимо вспомнить определения исходных понятий классической механики, которые, играя роль основополагающих принципов, полностью переносятся в эту частную науку.

Механическим движением (МД) называют изменение взаимного положения материальных тел (или частиц тела) в пространстве с течением времени. Свое смысловое выражение оно находит в понятиях деформации и перемещения. Последние, обусловливая друг друга, требуют и их синтеза, т. е. нового понятие – системы отсчета. Образно говоря, перемещения и деформации – это лишь противоположные стороны медали (механического движение). Но только цепочка из трех понятий (перемещения, деформации, система отсчета) дают целостную структуру понятия МД (табл. 5). Без системы отсчета (начало координат) нельзя измерить и количественно оценить механического движения тел.

Таблица 5

Структура понятий механического движения

Механическое движение материального тела
Перемещения (тела, его частиц)	Деформации (тела, его волокон)
Система отсчета

Деформация характеризуется изменением формы и (или) размеров тела, подверженного действию внешних сил (со стороны других тел). Свойство деформируемый присуще абсолютно всем реальным телам.

Перемещение представляется изменением положения в пространстве одного тела (или частицы тела) относительно другого тела в различные моменты времени. При этом другое тело служит телом отсчета. Определяя перемещение, следует обязательно указывать это тело (или систему) отсчета.

Системой отсчета называют реальное или условное твердое тело, снабженное часами и неразрывно связанное с системой координат (табл. 6). Она обязательна всегда, когда вводится количественная мера описания механического движения. Относительно выбранной системы отсчета в различные моменты времени определяются компоненты перемещений и деформаций по координатным осям.

Таблица 6

Структура понятия системы отсчета

Система отсчета
система координат (в евклидовом пространстве)	Ось времени (ч асы)
Тело отсчета

Но прежде чем предпочесть ту или иную систему отсчета, надо наделить пространство и время какими-то конкретными свойствами. Это впервые сделал Ньютон ^[1] в конце XVII-го века. Он сформулировал понятия о свойствах пространства и времени, которые впоследствии стали классическими. Согласно Ньютону, рассмотрению подлежат однородные пространства, в которых для всех точек можно ввести единую систему координат. Подобные пространства получили название евклидовых². Время – однородная, равномерная, вечная инеизменная длительность, одинаковая для всех наблюдателей, связанных с различными телами. Это отвечает понятию абсолютного времени.

Пространство и время в механике Ньютона считаются объективными данностями, которые в себя всё вмещают и не от чего не зависят (друг от друга, в том числе). В этом состоит главное отличие классической механики от теории относительности, где «пространство-время» взаимосвязаны и неразрывны.

Силы в механике Ньютонаотображаются взаимным действием тел друг на друга. Другими словами, это величина, служащая мерой «механического взаимодействия» материальных тел или частиц (из которых состоит тело). Различают силы внешние и внутренние.

Внешние силы порождаются действием других тел на данное тело. Они, в свою очередь, подразделяются на активные и пассивные силы. Активные силы (нагрузки) стремятся вызвать механическое движение, пассивные силы (реакции механических связей) накладывают ограничение на это движение.

Внутренние силы обусловливаются действием одних частей на другие части данного тела.В этом определении физическая природа внутренних сил пока не оговаривается. например, втеории упругостиив сопротивлении материалов это, как правило, силы упругости.

Механические взаимодействия – взаимные действия тел (внешние силы), служащие причиной как появления перемещений или деформаций в исследуемом теле, так и их ограничений. Они осуществляются как при непосредственном контакте тел, так и посредством влияния различных связей – других тел или материальных полей.

Механические связи – ограничения, накладываемые на движение (положение) тел в пространстве. Они образуются с помощью каких-либо реальных тел (стержней, опорных поверхностей, нитей и т. д.).