§ 1. Основные понятия механики
1. Механическое движение — один из самых распрост
раненных и легко наблюдаемых видов движения. Примерами
механического движения могут служить: движение транспорта,
деталей машин и механизмов, маятника и стрелок часов, не
бесных тел и молекул, перемещение животных и рост растений
и т. д.
Механическим движением называют изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.
2. Одно и то же тело может, оставаясь неподвижным отно
сительно одних тел, двигаться относительно других. Например,
сидящие в автобусе пассажиры неподвижны относительно корпу
са автобуса и движутся вместе с ним относительно людей на ули
це, домов, деревьев (рис. 1). Таким образом, когда говорят о дви
жении какого-либо тела, необходимо указывать тело, относитель
но которого это движение рассматривается.
Тело, относительно которого рассматривается движение тел, называют телом отсчета.
Рис. 1
6
3. Положение тела в пространстве можно определить с по
мощью координат. Если тело движется вдоль прямой линии, на
пример бегун на короткой дистанции, то его положение на этой
линии можно характеризовать только одной координатой х. Для
этого с телом отсчета связывают систему координат, состоящую из
одной координатной оси ОХ (рис. 2).

Если тело совершает движение в пределах некоторой плоскос¬ти, например футболист на поле, то его положение определяют с помощью двух координат х и у, а система координат в этом слу¬чае состоит из двух взаимно перпендикулярных осей: ОХ и ОУ (рис. 3).
Когда рассматривается движение тела в пространстве, напри¬мер движение летящего самолета, то система координат, связан¬ная с телом отсчета, будет состоять из трех взаимно перпендику¬лярных координатных осей: ОХ, ОУ и ОТ, (рис. 4).
При движении тела его координаты изменяются с течением времени, поэтому необходимо иметь прибор для измерения време¬ни — часы.
Тело отсчета, связанная с ним система координат и прибор для измерения времени образуют систему отсчета.
Любое движение рассматривается относительно выбранной сис-темы отсчета.
4. Изучить движение тела — значит определить, как из-меняется его положение, т. е. его координата с течением времени. Если известно, как изменяется координата тела со временем, можно определить его положение (координату) в любой момент времени.
Основная задача механики состоит в определении по¬ложения (координаты) тела в любой момент времени.
Чтобы указать, как изменяется положение тела с течением времени, нужно установить связь между величинами, характери-зующими это движение.
Раздел механики, изучающий способы описания движения тел, называют кинематикой.5. Любое тело имеет определенные разме-
ры. При движении части тела, например пол и по-толок лифта, занимают различные положения в пространстве. Возникает вопрос, как же определить координаты тела? В целом ряде случаев нет необхо-димости указывать положение каждой точки тела.
ПИ *к»
Например, все точки лифта (рис. 5) движутся поступательно и при движении описывают одина-ковые траектории. Поэтому при поступательном движении тела нет необходимости описывать дви-жение каждой его точки в отдельности. Напом¬ним, что траектория — это линия, вдоль ко¬торой движется тело.
При решении многих задач размерами тела можно пренебречь. Например, чтобы определить, с какой скоростью влетает в ворота футбольный мяч, не нужно рассматривать движение каждой точки мяча. Если же решается задача о том, как обвести соперника, то пренебрегать размерами мяча нельзя. Другой пример. Вычисляя время движения космического корабля от Земли до кос¬мической станции, можно не учитывать размеры корабля. Если же рассчитывается режим стыков¬ки корабля со станцией, то размерами корабля пренебречь нельзя.
Таким образом, для решения ряда задач, свя-занных с движением тел, вводят понятие матери-альной точки.
Рис. 5 Материальной точкой называют тело, размера-
ми которого в данной задаче можно пренебречь.
В приведенных выше примерах материальной точкой можно считать футбольный мяч при расчете скорости, с которой он влетает в ворота, космический корабль при определении времени
его движения.
Материальная точка — это физическая модель реальных объ¬ектов, реальных тел. Полагая, что тело является материаль¬ной точкой, мы пренебрегаем несущественными для решения конкретной задачи признаками, в частности размерами и формой тела.
8

6. Понятие пути вам хорошо известно. Напомним, что путь — это длина траектории, пройденной телом.
Путь обозначают буквой I, единицей пути в СИ является метр (1 м).
Положение тела через некоторый промежуток времени можно определить, зная траекторию движения, начальное положение тела на траектории и пройденный им за этот промежуток времени путь.
Если же траектория движения тела неизвестна, то его положе¬ние в некоторый момент времени определить нельзя, поскольку один и тот же путь тело может пройти в разных направлениях. В этом случае необходимо знать направление движения тела и рас¬стояние, пройденное в этом направлении.
Пусть в начальный момент времени 10 = 0 тело находилось в
точке А (рис. 6), а в момент времени Ъ — в точке В. Соединим эти точки и на конце отрезка в точке В поставим стрелку. В этом случае стрелка указывает направление движения тела.
Перемещением тела называют направленный отрезок (вектор), соединяющий начальное положение тела с его конечным поло-жением.

—> В данном случае — это вектор АВ.
Перемещение — величина векторная, имеет направление и числовое значение (мо¬дуль). Обозначается перемещение буквой 8, а его модуль — 8. Единица перемещения в СИ, как и пути, — метр (1 м).
Рис. 6
Зная начальное положение тела и его пе¬ремещение за некоторый промежуток време¬ни, можно определить положение тела в конце этого промежутка времени.
Следует иметь в виду, что перемещение в общем случае не сов-падает с траекторией движения тела, а модуль перемещения — с пройденным путем. Например, поезд отправился из Москвы в Санкт-Петербург и вернулся обратно. Расстояние между этими городами равно 650 км. Поэтому путь, который проехал поезд, со-ставляет 1300 км, а перемещение равно нулю. Совпадение модуля перемещения и пройденного пути имеет место лишь при движе¬нии тела по прямолинейной траектории в одну сторону.
9

Вопросы для самопроверки
1. Что называют механическим движением?
2. Что называют системой отсчета? Зачем вводят систему отсчета?
3. В чем состоит основная задача механики?
4. Что называют материальной точкой? Зачем вводят модель мате-риальной точки?
5. Можно ли, зная начальное положение тела и путь, пройденный им за некоторый промежуток времени, определить положение тела в конце этого промежутка времени?
6. Что называют перемещением? Чем отличается перемещение тела от пройденного пути?
Задание 1
1. Автомобиль, движущийся по прямолинейному участку дороги, остановился в точке А (рис. 7). Каковы координаты точки А в сис¬теме отсчета, связанной: а) с деревом (точка О) на обочине дороги; б) с домом (точка В)?
2. При решении каких из приведенных задач изучаемые тела мож¬но принять за материальные точки:

— рассчитать расстояние между Землей и Луной;
— рассчитать расстояние, которое проедет автомобиль за 2 ч;
— рассчитать скорость вращения вала электродвигателя;
— рассчитать время обгона автомобилем колонны грузовых автомо-билей;
— рассчитать время движения спортсмена, пробегающего дистан¬цию 400 м?

3. Человек обходит по периметру квадратный участок, сторона ко¬торого 10 м. Чему равны путь, пройденный человеком, и модуль его перемещения?
4. Мяч падает с высоты 2 м и после удара о пол поднимается на вы¬соту 1,5 м. Чему равны путь мяча за все время движения и модуль его перемещения?

Комментарии запрещены.

Навигация по записям