Механическое движение.
Механическим движением называется изменение положения тела (в пространстве) относительно других тел (с
течением времени).
Относительность движения. Система отсчета.
Чтобы описать механическое движение тела (точки), нужно
знать его координаты в любой момент времени. Для определения координат следует
выбрать тело отсчета и связать с ним
систему координат. Часто телом отсчета
служит Земля, с которой связывается прямоугольная декартова система координат.
Для определения положения точки в любой момент времени необходимо также задать
начало отсчета времени.
Система координат, тело отсчета, с которым она связана, и
прибор для измерения времени образуют систему отсчета, относительно которой рассматривается
движение тела.
Материальная точка.
Тело, размерами которого в данных условиях движения можно
пренебречь, называют материальной точкой.
Тело можно рассматривать как материальную точку, если его размеры
малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит, или по сравнению с
расстояниями от него до других тел.
Траектория,
путь, перемещение.
Траекторией движения
называется линия, вдоль которой движется тело. Длина траектории называется пройденным путем.
Путь – скалярная физическая величина, может быть только положительным.
Перемещением называется вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории.
Движение тела, при котором все его точки в данный момент времени
движутся одинаково, называется поступательным
движением. Для описания поступательного движения тела достаточно выбрать
одну точку и описать ее движение.
Движение, при котором траектории всех точек тела являются
окружностями с центрами на одной прямой и все плоскости окружностей перпендикулярны
этой прямой, называется вращательным
движением.
Метр и секунда.
Чтобы определить координаты тела, необходимо уметь
измерять расстояние на прямой между двумя точками. Любой процесс измерения
физической величины заключается в сравнении измеряемой величины с единицей
измерения этой величины.
Единицей измерения длины в Международной системе
единиц (СИ) является метр. Метр равен
примерно 1/40 000 000 части земного меридиана. По современному
представлению метр – это расстояние, которое свет проходит в пустоте за
1/299 792 458 долю секунды.
Для измерения времени выбирается какой-нибудь
периодически повторяющийся процесс. Единицей измерения времени в СИ принята секунда.
Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения атома цезия при переходе между
двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния.
В СИ длина и время приняты за независимые от других
величины. Подобные величины называются основными.
Мгновенная
скорость.
Для количественной характеристики процесса движения тела вводится
понятие скорости движения.
Мгновенной скоростью
поступательного движения тела в момент времени t называется отношение очень малого
перемещения Ds к малому промежутку времени
Dt, за который произошло это
перемещение:
Мгновенная скорость – векторная величина. Мгновенная скорость перемещения всегда направлена по
касательной к траектории в сторону движения тела.
Единицей скорости является 1 м/с. Метр в секунду равен
скорости прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой точка за время
1 с перемещается на расстояние 1 м.
Ускорение.
Ускорением
называется векторная физическая величина, равная отношению очень малого
изменения вектора скорости к малому промежутку времени, за которое произошло
это изменение, т.е. это мера быстроты изменения скорости:
Метр в секунду за секунду – это такое ускорение, при котором
скорость тела, движущегося прямолинейно и равноускоренно, за время 1 с изменяется
на 1 м/с.
Направление вектора ускорения совпадает с направлением
вектора изменения скорости () при очень малых значениях промежутка времени, за который
происходит изменение скорости.
Если тело движется по прямой и его скорость возрастает, то направление вектора ускорения совпадает
с направлением вектора скорости; при убывании скорости – противоположно
направлению вектора скорости.
При движении по криволинейной траектории направление вектора
скорости изменяется в процессе движения, вектор ускорения при этом может
оказаться направлен под любым углом к вектору скорости.
Равномерное,
равноускоренное прямолинейное движение.
Движение с постоянной скоростью называется равномерным прямолинейным движением. При
равномерном прямолинейном движении тело движется по прямой и за любые равные
промежутки времени проходит одинаковые пути.
Движение, при котором тело за равные промежутки времени
совершает неодинаковые перемещения, называют неравномерным движением. При таком движении скорость тела
изменяется с течением времени.
Равнопеременным называется такое движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки
времени изменяется на одинаковую величину, т.е. движение с постоянным
ускорением.
Равноускоренным называется равнопеременное движение, при котором величина скорости возрастает.
Равнозамедленным – равнопеременное движение, при котором величина скорости уменьшается.
Сложение скоростей.
Рассмотрим перемещение тела в подвижной системе координат. Пусть S1 – перемещение тела в
подвижной системе координат, S2 – перемещение подвижной системы координат относительно
неподвижной, тогда S – перемещение тела в неподвижной системе координат равно:
.
Если перемещения S1 и S2 совершаются одновременно,
то:
Таким образом
Мы получили, что скорость тела относительно неподвижной системы отсчета равна сумме скорости тела в подвижной
системе отсчета и скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной. Это утверждение называется классическим
законом сложения скоростей.
Графики зависимости кинематических величин от времени в равномерном и равноускоренном движении.