Движењето на тело или материјална точка се нарекува. Која е главната задача на механиката? Основни концепти на кинематиката

1. Механичкото движење е еден од најчестите и најлесно набљудуваните типови на движење. Примери за механичко движење вклучуваат: движење на транспорт, машински делови и механизми, нишало и стрелки на часовникот, небесни тела и молекули, движење на животни и раст на растенијата итн.

Механичкото движење е промена на положбата на телото во просторот во однос на другите тела со текот на времето.

2. Едно исто тело може, додека останува неподвижно во однос на некои тела, да се движи во однос на другите. На пример, патниците кои седат во автобус се неподвижни во однос на телото на автобусот и се движат со него во однос на луѓето на улица, куќи, дрвја (сл. 1). Така, кога се зборува за движење на телото, потребно е да се означи телото во однос на кое се разгледува ова движење.

Телото во однос на кое се разгледува движењето на телата се нарекува референтно тело.

3. Положбата на телото во вселената може да се одреди со помош на координати. Ако телото се движи по права линија, на пример спринтер, тогаш неговата позиција на оваа линија може да се карактеризира со само една координата x. За да го направите ова, координатен систем кој се состои од една координатна оска е поврзан со референтното тело Вол(сл. 2).

Ако телото се движи во одредена рамнина, на пример фудбалер на теренот, тогаш неговата позиција се одредува со помош на две координати xИ y, а координатниот систем во овој случај се состои од две меѓусебно нормални оски: ВолИ OY(сл. 3).

Кога ќе се земе предвид движењето на телото во вселената, на пример движењето на летачки авион, координатниот систем поврзан со референтното тело ќе се состои од три меѓусебно нормални координатни оски: Вол, OYИ ОЗ(сл. 4).

Кога телото се движи, неговите координати се менуваат со текот на времето, затоа е неопходно да се има уред за мерење на времето - часовник.

Референтното тело, координатниот систем поврзан со него и уредот за мерење на времето формираат референтен систем.

Секое движење се смета во однос на избраниот референтен систем.

4. Да се ​​проучува движењето на телото значи да се одреди како неговата положба, т.е. неговата координата, се менува со текот на времето. Ако знаете како се менува координатата на телото со текот на времето, можете да ја одредите неговата позиција (координација) во секое време.

Главната задача на механиката е да ја одреди позицијата (координати)тела во кое било дадено време.

За да се покаже како се менува положбата на телото со текот на времето, неопходно е да се воспостави врска помеѓу количините што го карактеризираат ова движење.

Се нарекува гранката на механиката која ги проучува начините за опишување на движењето на телата кинематика.

5. Секое тело има одредени димензии. При движење, деловите од телото, како што се подот и таванот на лифтот, заземаат различни позиции во просторот. Се поставува прашањето, како да се одредат координатите на телото? Во голем број случаи, нема потреба да се означува положбата на секоја точка од телото.

На пример, сите точки на лифтот (слика 5) се движат преводно, т.е., кога се движат, тие го опишуваат истото траектории. Да ве потсетиме дека траекторија е линија по која се движи телото.

Бидејќи за време на преводното движење сите точки на телото се движат подеднакво, нема потреба да се опишува движењето на секоја точка посебно.

Исто така, не можете да го направите ова кога решавате проблеми каде што големината на телото може да се занемари. На пример, за да одредите колку брзо фудбалската топка погодува гол, не треба да го земете предвид движењето на секоја точка на топката. Ако топката ја погоди стативата, тогаш повеќе не можете да ја занемарите нејзината големина. Друг пример. Со пресметување на времето на движење на леталото од Земјата до вселенската станица, бродот може да се смета за материјална точка. Ако се пресмета начинот на приклучување на бродот со станицата, тогаш големината на бродот не може да се занемари.

Така, за решавање на голем број проблеми поврзани со движењето на телата, се воведува концептот материјална точка.

Материјална точка е тело чии димензии може да се занемарат во овој проблем.

Во горенаведените примери, фудбалската топка може да се смета за материјална точка при пресметување на брзината со која лета во голот, или вселенски брод кога се одредува времето на нејзиното движење.

Материјалната точка е физички модел на реални предмети, реални тела. Верувајќи дека телото е материјална точка, ги занемаруваме карактеристиките кои не се суштински за решавање на одреден проблем, особено големината и обликот на телото.

6. Добро го знаете концептот на патека. Да ве потсетиме дека патека е растојанието поминато од телото по должината на траекторијата.

Патеката е означена со буква л, единицата на патеката SI е метар (1м).

Положбата на телото по одреден временски период може да се определи со познавање на траекторијата на движење, почетната положба на траекторијата и патеката што ја поминала во овој временски период.

Ако траекторијата на движење на телото е непозната, тогаш неговата позиција во одреден момент во времето не може да се одреди, бидејќи телото може да патува по истиот пат во различни насоки. Во овој случај, неопходно е да се знае насоката на движење на телото и поминатото растојание во оваа насока.

Нека во почетниот момент од времето т 0 = 0 телото беше во точката А(сл. 6), и во моментот на времето т- во точката Б. Ајде да ги поврземе овие точки и на крајот од сегментот во точката БАјде да ставиме стрелка. Во овој случај, стрелката ја означува насоката на движење на телото.

Поместувањето на телото е насочен сегмент (вектор) што ја поврзува почетната положба на телото со неговата конечна положба.

Во овој случај тоа е вектор.

Се движат - векторска количина, има насока и нумеричка вредност (модул). Движењето е означено со буквата с, а неговиот модул е с. Единицата за движење SI, како патеки, е метар (1м).

Знаејќи ја почетната положба на телото и неговото поместување во одреден временски период, можно е да се одреди положбата на телото на крајот од овој временски период.

Треба да се има на ум дека поместувањето во општиот случај не се совпаѓа со траекторијата на телото, а модулот на поместување не се совпаѓа со поминатото растојание. На пример, воз тргна од Москва до Санкт Петербург и се врати назад. Растојанието меѓу овие градови е 650 км. Според тоа, растојанието поминато со возот е 1300 km, а поместувањето е нула. Поклопувањето на модулот за поместување и поминатото растојание се случува само кога телото се движи по права патека во една насока.

Прашања за самотестирање

1. Како се нарекува механичко движење?

2. Како се нарекува референтен систем? Зошто да се воведе референтен систем?

3. Која е главната задача на механиката?

4. Што се нарекува материјална точка? Зошто е воведен моделот на материјална точка?

5. Дали е можно, знаејќи ја почетната положба на телото и патеката помината од него во одреден временски период, да се одреди положбата на телото на крајот од овој временски период?

6. Како се нарекува движење? Како движењето на телото се разликува од поминатото растојание?

Вежба 1

1. Автомобил кој се движеше по права дел од патот застана на точка А(Сл. 7). Кои се координатите на точката Аво референтен систем поврзан: а) со дрво (точка О) на страната на патот; б) со куќа (точка Б)?

2. При решавање на кој од следниве проблеми, телата што се проучуваат може да се земат како материјални точки:

3. Човек оди околу периметарот на квадратна површина, чија страна е 10 m. Колкаво е растојанието што го поминало лицето и модулот на неговото движење?

4. Топката паѓа од височина од 2 m и по ударот во подот се издигнува на висина од 1,5 m.Каква е патеката на топката во текот на целиот период на движење и модулот на неговото движење?

Механичко движење. Улогата на референтниот систем. Методи за опишување на движење на материјална точка. Основни кинематички величини: поместување, брзина, забрзување.

Механика

Секој физички феномен или процес во материјалниот свет околу нас претставува природна серија на промени кои се случуваат во времето и просторот. Механичкото движење, односно промената на положбата на даденото тело (или неговите делови) во однос на другите тела, е наједноставниот вид физички процес. Механичкото движење на телата се изучува во гранката на физиката наречена механика. Главната задача на механиката е одреди ја положбата на телото во секое време.

Еден од главните делови на механиката, кој се нарекува кинематика, го разгледува движењето на телата без да ги разјасни причините за ова движење. Кинематиката одговара на прашањето: како се движи телото? Друг важен дел од механиката е динамика, кој го смета дејството на некои тела врз други како причина за движење. Динамиката одговара на прашањето: зошто телото се движи вака, а не поинаку?

Механиката е една од најстарите науки. Одредени сознанија од оваа област биле познати многу пред новата ера (Аристотел (IV век п.н.е.), Архимед (III век п.н.е.)). Сепак, квалитативното формулирање на законите на механиката започна дури во 17 век од нашата ера. д., кога Г. Галилео го открил кинематичкиот закон за собирање брзини и ги воспоставил законите за слободен пад на телата. Неколку децении по Галилео, големиот И. Њутн (1643–1727) ги формулирал основните закони на динамиката.

Во Њутновата механика, движењето на телата се смета со брзини многу помали од брзината на светлината во вакуум. Ја викаат класиченили Њутнмеханиката, за разлика од релативистичката механика, создадена на почетокот на 20 век главно благодарение на работата на А. Ајнштајн (1879–1956).

Во релативистичката механика, движењето на телата се разгледува со брзини блиски до брзината на светлината. Класичната Њутнова механика е ограничувачки случај на релативистичка механика за υ<< в.

Кинематика

Основни концепти на кинематиката

Кинематикае гранка на механиката во која се разгледува движењето на телата без да се идентификуваат причините што го предизвикуваат.

Механичко движењеТело се нарекува промена на неговата положба во просторот во однос на другите тела со текот на времето.

Механичко движење релативно. Излегува дека движењето на истото тело во однос на различни тела е различно. За да се опише движењето на телото, потребно е да се означи во однос на кое тело се разгледува движењето. Ова тело се нарекува референтно тело.

Формираат координатен систем поврзан со референтното тело и часовникот за броење на времето референтен систем , овозможувајќи ви да ја одредите положбата на телото во движење во секое време.

Во Меѓународниот систем на единици (SI), единицата за должина е метари по единица време - второ.

Секое тело има одредени димензии. Различни делови од телото се наоѓаат на различни места во вселената. Меѓутоа, во многу проблеми со механиката нема потреба да се означуваат позициите на одделни делови од телото. Ако димензиите на телото се мали во споредба со растојанијата на другите тела, тогаш ова тело може да се смета за негово материјална точка. Ова може да се направи, на пример, кога се проучува движењето на планетите околу Сонцето.

Ако сите делови од телото се движат подеднакво, тогаш таквото движење се нарекува прогресивен . На пример, кабините во атракцијата на панорамското тркало, автомобил на прав дел од патеката итн., се движат преводно.Кога каросеријата се движи напред, може да се смета и како материјална точка.

Телото чии димензии може да се занемарат под дадени услови се нарекува материјална точка .

Концептот на материјална точка игра важна улога во механиката.

Движејќи се со текот на времето од една точка во друга, телото (материјалната точка) опишува одредена права, која се нарекува траекторија на движење на телото .

Позицијата на материјална точка во просторот во секое време ( законот за движење ) може да се одреди или со користење на зависноста на координатите од времето x = x (т),y = y (т), z = z (т) (координатен метод), или со користење на временската зависност на векторот на радиусот (векторски метод) извлечен од потеклото до дадена точка (сл. 1.1.1).

Досега, кога решававме многу проблеми поврзани со движењето на различни тела, користевме физичка количина наречена „пат“. Должината на патеката значеше збир на должините на сите делови од траекторијата што ги минува телото во текот на временскиот период што се разгледува.

Патека - скаларна количина(т.е. количина која нема насока).

За да се решат различни практични проблеми во различни области на активност (на пример, во службата за испраќање на копнен и воздушен транспорт, во астронаутика, астрономија итн.), неопходно е да се биде во можност да се пресмета каде ќе се наоѓа телото во движење во дадена точка во времето.

Дозволете ни да покажеме дека не е секогаш можно да се реши таков проблем, дури и знаејќи по кој пат поминал телото во одреден временски период. За да го направите ова, да се свртиме кон Слика 3, а.

Ориз. 3. Познавањето на патеката помината од телото не е доволно за да се одреди конечната положба на телото

Да претпоставиме дека знаеме дека одредено тело (кое може да се земе како материјална точка) почнува да се движи од точката О и поминува растојание од 20 km за 1 час.

За да одговориме на прашањето каде ќе биде ова тело 1 час откако ќе ја напушти точката О, немаме доволно информации за неговото движење. Телото може, на пример, да се движи право во северен правец, да ја достигне точката А, која се наоѓа на растојание од 20 km од точката O (растојанието помеѓу точките се мери по права линија што ги поврзува овие точки). Но, исто така, откако ќе стигне до точката Б, која се наоѓа на растојание од 10 km од точката O, може да сврти кон југ и да се врати во точката O, додека растојанието што го поминал исто така ќе биде еднакво на 20 km. За дадена вредност на патеката, телото може да заврши и во точката C ако се движи право кон југоисток и во точката D ако неговото движење е по прикажаната крива патека.

За да се избегне таква несигурност, воведена е физичка големина наречена поместување за да се најде положбата на телото во вселената во даден временски момент.

• Поместувањето на телото (материјалната точка) е вектор што ја поврзува почетната положба на телото со неговата последователна положба

Според дефиницијата, поместувањето е векторска величина (т.е. величина што има насока). Се означува со s, односно истата буква како патеката, само со стрелка над неа. Како патека, во SI 1 поместувањето се мери во метри. За мерење на движењето се користат и други единици за должина, како што се километри, милји итн.

Слика 3, b ги прикажува векторите на поместувањата што телото би ги направило ако патува 20 km на следниов начин: по права траекторија ОА во северна насока (вектор s OA), по права траекторија OS во југоисточна насока (вектор s OS ) и по кривилинеарна траекторија OD (вектор s OD). И ако телото патувало 20 км, достигнувајќи ја точката Б и враќајќи се во точката О, тогаш во овој случај векторот на неговото поместување би бил еднаков на нула.

Знаејќи ја почетната положба и векторот на движење на телото, односно неговата насока и модул, може недвосмислено да се одреди каде се наоѓа ова тело. На пример, ако се знае дека векторот на поместување на телото што излегува од точката О е насочен кон север, а неговиот модул е ​​еднаков на 20 km, тогаш можеме со сигурност да кажеме дека телото е во точката А (види Сл. 3 , б).

Така, на цртеж каде движењето е претставено со стрелка со одредена должина и насока, може да се најде конечната положба на телото со одземање на векторот на движење од неговата почетна позиција.

Прашања

1. Дали е секогаш можно да се определи положбата на телото во дадено време t, знаејќи ја почетната положба на ова тело (на t 0 = 0) и патеката што ја минувал во текот на временскиот период t? Потврдете го вашиот одговор со примери.
2. Што се нарекува движење на тело (материјална точка)?
3. Дали е можно недвосмислено да се одреди положбата на телото во даден момент од времето t, знаејќи ја почетната положба на ова тело и векторот на движење што го прави телото во одреден временски период t? Потврдете го вашиот одговор со примери.

Вежба 2

1. Која физичка количина ја одредува возачот на автомобил со помош на брзинометарот - поминатото растојание или движењето?
2. Како треба автомобилот да се движи во одреден временски период за да може брзинометарот да се користи за да се одреди модулот на движење што го прави автомобилот во овој временски период?

1 Да потсетиме дека во SI (Меѓународен систем на единици) единицата за маса е килограм (kg), должина - метар (m), време - секунда (s). Тие се нарекуваат основни затоа што се избираат независно од единиците на другите количини. Единиците дефинирани преку основните се нарекуваат изводи. Примери за изведени SI единици се m/s, kg/m3 и многу други.

Од училиште, сите веројатно се сеќаваат на она што се нарекува механичко движење на телото. Ако не, тогаш во оваа статија ќе се обидеме не само да го запомниме овој термин, туку и да ги ажурираме основните знаења од курсот по физика, или поточно од делот „Класична механика“. Исто така, ќе покаже примери за тоа како овој концепт се користи не само во одредена дисциплина, туку и во други науки.

Механика

Прво, да погледнеме што значи овој концепт. Механиката е гранка на физиката која го проучува движењето на различни тела, интеракцијата меѓу нив, како и влијанието на третите сили и феномени врз овие тела. Движењето на автомобил на автопат, шутирање на фудбалска топка во голот - сето тоа се изучува во оваа конкретна дисциплина. Обично, кога се користи терминот „Механика“, тие значат „Класична механика“. Што е ова, ќе разговараме со вас подолу.

Класичната механика е поделена на три големи делови.

1. Кинематика - го проучува движењето на телата без да го разгледа прашањето зошто тие се движат? Овде сме заинтересирани за такви количини како патека, траекторија, поместување, брзина.
2. Вториот дел е динамика. Таа ги проучува причините за движење, користејќи концепти како работа, сила, маса, притисок, импулс, енергија.
3. И третиот дел, најмалиот, ја проучува состојбата како рамнотежа. Таа е поделена на два дела. Еден ја осветлува рамнотежата на цврсти материи, а вториот - течности и гасови.

Многу често класичната механика се нарекува Њутнова механика, бидејќи се заснова на трите закони на Њутн.

Трите закони на Њутн

Тие првпат беа наведени од Исак Њутн во 1687 година.

1. Првиот закон зборува за инертноста на телото. Ова е својство во кое насоката и брзината на движење на материјалната точка се зачувани доколку на неа не дејствуваат надворешни сили.
2. Вториот закон вели дека телото, кое добива забрзување, се совпаѓа со ова забрзување во насока, но станува зависно од неговата маса.
3. Третиот закон вели дека силата на дејство е секогаш еднаква на силата на реакција.

Сите три закони се аксиоми. Со други зборови, тоа се постулати кои не бараат доказ.

Што е механичко движење?

Ова е промена на положбата на телото во просторот, во однос на другите тела со текот на времето. Во овој случај, материјалните точки комуницираат според законите на механиката.

Поделени во неколку видови:

• Движењето на материјалната точка се мери со пронаоѓање на нејзините координати и следење на промените во координатите со текот на времето. Наоѓањето на овие индикатори значи пресметување на вредностите долж оските на апсцисата и ординатите. Ова се изучува со кинематика на точка, која работи со концепти како што се траекторија, поместување, забрзување и брзина. Движењето на објектот може да биде праволиниско или криволинеарно.
• Движењето на круто тело се состои од поместување на точка, земено како основа, и ротационо движење околу неа. Проучен од кинематиката на крутите тела. Движењето може да биде транслаторно, односно да нема ротација околу дадена точка, а целото тело се движи рамномерно, како и рамно - ако целото тело се движи паралелно со рамнината.
• Има и движење на континуиран медиум. Ова е движење на голем број точки поврзани само со некое поле или област. Поради многуте подвижни тела (или материјални точки), овде не е доволен еден координатен систем. Според тоа, има толку координатни системи колку што има тела. Пример за ова е бран на морето. Тој е континуиран, но се состои од голем број поединечни точки на многу координатни системи. Значи, излегува дека движењето на бранот е движење на континуиран медиум.

Релативност на движење

Постои и таков концепт во механиката како релативност на движење. Ова е влијанието на кој било референтен систем врз механичкото движење. Што значи тоа? Референтниот систем е координатен систем плус часовникот за Едноставно кажано, тоа се оските x и ординатите во комбинација со минутите. Со користење на таков систем, се одредува во кој временски период некоја материјална точка поминала одредено растојание. Со други зборови, тој се помести во однос на координатната оска или други тела.

Референтните системи можат да бидат: подвижни, инертни и неинертни. Да објасниме:

• Инерцијалниот CO е систем каде телата, кои произведуваат она што се нарекува механичко движење на материјална точка, го прават тоа праволиниско и рамномерно или генерално се во мирување.
• Според тоа, неинерцијален CO е систем кој се движи со забрзување или ротира во однос на првиот CO.
• Придружниот CO е систем кој заедно со материјалната точка го врши она што се нарекува механичко движење на телото. Со други зборови, каде и со која брзина се движи објектот, со него се движи и овој CO.

Материјална точка

Зошто понекогаш се користи концептот „тело“, а понекогаш „материјална точка“? Вториот случај е означен кога може да се занемарат димензиите на самиот објект. Односно, параметрите како маса, волумен итн., не се важни за решавање на проблемот. На пример, ако целта е да се открие колку брзо се движи пешакот во однос на планетата Земја, тогаш висината и тежината на пешакот може да се занемарат. Тој е материјална точка. Механичкото движење на овој објект не зависи од неговите параметри.

Поими и количини на механичко движење што се користат

Во механиката работат со различни големини, со чија помош се поставуваат параметри, се запишуваат условите на проблемите и се наоѓа решение. Да ги наброиме.

• Промената на локацијата на телото (или материјалната точка) во однос на просторот (или координатен систем) со текот на времето се нарекува поместување. Механичкото движење на телото (материјалната точка), всушност, е синоним за концептот „движење“. Само што вториот концепт се користи во кинематиката, а првиот во динамиката. Разликата помеѓу овие подсекции е објаснета погоре.
• Траекторија е линија по која тело (материјална точка) врши она што се нарекува механичко движење. Неговата должина се нарекува патека.
• Брзината е движење на која било материјална точка (тело) во однос на даден систем за известување. Дефиницијата на системот за известување беше исто така дадена погоре.

Непознатите величини што се користат за одредување на механичкото движење се наоѓаат во задачите со помош на формулата: S=U*T, каде што „S“ е растојание, „U“ е брзина и „T“ е време.

Од историјата

Самиот концепт на „класична механика“ се појави во античко време и беше поттикнат од брзо развивање на конструкцијата. Архимед ја формулирал и опишал теоремата за додавање на паралелни сили и го вовел концептот „центар на гравитација“. Така почна статиката.

Благодарение на Галилео, „Динамиката“ започна да се развива во 17 век. Законот за инерција и принципот на релативност се негова заслуга.

Исак Њутн, како што беше споменато погоре, воведе три закони кои ја формираа основата на Њутновата механика. Тој го откри и законот за универзална гравитација. Така се поставени темелите на класичната механика.

Некласична механика

Со развојот на физиката како наука и со појавата на големи можности во областа на астрономијата, хемијата, математиката и други работи, класичната механика постепено стана не главната, туку една од многуте барани науки. Кога концептите како што се брзината на светлината, теоријата на квантното поле и така натаму почнаа активно да се воведуваат и функционираат, почнаа да недостасуваат законите во основата на „Механиката“.

Квантната механика е гранка на физиката која се занимава со проучување на ултра мали тела (материјални точки) во форма на атоми, молекули, електрони и фотони. Оваа дисциплина многу добро ги опишува својствата на ултра малите честички. Покрај тоа, го предвидува нивното однесување во дадена ситуација, како и во зависност од влијанието. Предвидувањата направени од квантната механика може значително да се разликуваат од претпоставките на класичната механика, бидејќи таа не е во состојба да ги опише сите појави и процеси што се случуваат на ниво на молекули, атоми и други нешта - многу мали и невидливи со голо око.

Релативистичката механика е гранка на физиката која се занимава со проучување на процеси, феномени, како и закони со брзини споредливи со брзината на светлината. Сите настани што ги проучува оваа дисциплина се случуваат во четиридимензионален простор, за разлика од „класичниот“ тридимензионален простор. Тоа е, на висината, ширината и должината додаваме уште еден индикатор - време.

Која друга дефиниција за механичко движење постои?

Опфативме само основни концепти поврзани со физиката. Но, самиот термин се користи не само во механиката, било да е класичен или некласичен.

Во науката наречена „Социо-економска статистика“ дефиницијата за механичко движење на населението е дадена како миграција. Со други зборови, ова е движење на луѓе на долги растојанија, на пример, во соседните земји или кон соседните континенти заради промена на местото на живеење. Причините за таквиот потег може да биде неможноста да продолжат да живеат на нивната територија поради природни катастрофи, на пример, постојани поплави или суша, економски и социјални проблеми во нивната држава или интервенција на надворешни сили, на пример, војна.

Оваа статија го испитува она што се нарекува механичко движење. Примери се дадени не само од физиката, туку и од другите науки. Ова покажува дека терминот е двосмислен.