Механическое движение

«Движенье повсюду, движенье везде…» – говорится в одном известном стихотворении. Действительно, это явление становится неотъемлемой частью любого физического тела с момента его зарождения. Движутся кометы, астероиды, планеты, движется транспорт, люди и животные… Механическое движение совершают многие объекты во Вселенной.

Движение тела считают механическим, если оно со временем изменяет свое положение в пространстве относительно других тел.

Многие ученые древности, включая Архимеда и Аристотеля, написали многочисленные трактаты о данном явлении. Сами того не подозревая, они стали основоположниками одного из разделов физики, названного механикой.

Впоследствии в механике образовалось три подраздела – кинематика, динамика и статика.

Эти подразделы рассматривают механическое движение с разных сторон. Кинематика, например, применяет математический аппарат к его описанию. Динамика объясняет причины, в результате которых тело совершает механическое движение. Статика изучает условия пребывания движущегося тела в состоянии устойчивого равновесия.

Во всех разделах физики применяется своя специальная терминология для описания тех или иных физических явлений. В механике она имеет свои особенности, присущие только данному разделу. Какие же термины здесь используются?

Материальная точка – упрощенная модель реального объекта, обладающая массой, но не имеющая размеров и формы. Примером материальной точки может служить птица, летящая высоко в небе, автомобиль, удаленный на расстояние 2000 метров от наблюдателя. Но если, при рассмотрении какой-либо задачи, необходимо учитывать размеры объекта, то в этом случае его нельзя принимать за материальную точку. Например, материальной точкой не будет являться гайка, которую вытачивают на станке. В этом случае важны размеры и форма изготавливаемой гайки.

Тело отсчета – выбранное случайным образом тело, с учетом которого задается положение перемещающейся материальной точки (или тела). В большинстве случаев за тело отсчета принимают поверхность Земли. Условно ее считают неподвижной. При описании движения планет или других космических объектов, телом отсчета выбирают Солнце.

Система отсчета – система, включающая в себя:

• тело отсчета;
• координатную систему;
• счетчик для фиксации времени.

Радиус–вектор – направленный отрезок, выходящий из начала отсчета и соединяющийся с точкой в какой-либо момент времени. Установлена связь между радиусом – вектором и координатами, задающими место нахождения материальной точки (или тела).

$x=r \cos \alpha$
$y= r \sin \alpha$

Траектория – линия, которую описывает движущееся тело (материальная точка), по отношению к выбранной системе отсчета. Не каждую траекторию бывает хорошо видно. Видимую траекторию, например, можно наблюдать от лыж на снегу, протекторов колес автомобиля на песке или грунтовой дороге, мела на доске, ручки или карандаша на бумаге. Невидимую траекторию оставляет смычок дирижера, полет птицы или насекомого.

Путь – длина траектории.

Перемещение – отрезок, имеющий направление и проведенный от начального положения материальной точки к ее конечному положению. Очень часто в задачах встречаются случаи, когда материальная точка может совершать сразу несколько последовательных перемещений. В этом случае их можно заменить одним результирующим, воспользовавшись правилом сложения векторов.

Модуль перемещения и пройденный путь могут совпадать по величине. Это происходит чаще всего тогда, когда тело (материальная точка) движется все время прямолинейно и только в одном направлении, либо покоится.

Скорость – физическая величина, имеющая направление и характеризующая быстроту изменения положения тела (материальной точки) относительно других тел за определенный промежуток времени.

Ускорение – направленная физическая величина, показывающая, насколько быстро меняется скорость тела (материальной точки) в заданный промежуток времени.

Сила – векторная физическая величина, в результате действия которой на тело со стороны других тел, возникает ускорение или возникает деформация тела.

В механике различают несколько видов движения, связанных с движением точки и твердого тела.

Движение точки бывает двух видов:

• прямолинейное – тело передвигается по прямой;
• криволинейное – траектория движения тела – кривая.

В свою очередь, прямолинейное движение подразделяется на равномерное и равноускоренное. В первом случае точка движется со скоростью, не меняющейся в течение длительного промежутка времени, а во втором – имеет неизменное ускорение.

Поступательный вид движения твердого тела является одним из простейших. В этом случае все точки тела совершают одно и то же передвижение по абсолютно идентичным траекториям.

Примером может служить движение отбойного молотка, поршня в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, кузова троллейбуса или автобуса при езде по прямой дороге.

Еще один вид механического движения – вращательное. При вращательном движении все точки тела совершают передвижение по окружностям, центры которых лежат на прямой. Эту прямую называют осью вращения. Примеры данного вида движения: суточное движение Земли, вращение колес автомобиля, троллейбуса, автобуса, блоков, валов различных механизмов, пропеллеры вертолета, самолета.

Колебательное движение также относится к основным видам движения твердого тела. Данный вид движения представляет собой периодические изменения положения тела, происходящие в двух противоположных направлениях. К колебательным можно отнести движение качелей, маятника на нити или пружине.

Любой вид механического движения является относительным и зависит от выбора системы отсчета. Говорить о движении имеет смысл только тогда, когда задана система отсчета. Так, например, человек, который едет в поезде, относительно системы отсчета, связанной с Землей, движется вместе с вагоном. А в системе отсчета, связанной с вагоном, он покоится.

Различают инерциальную и неинерциальную системы отсчета.

• Инерциальная – это система, где тела движутся прямолинейно и равномерно, либо вообще находятся в состоянии покоя, если на них не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано.
• Неинерциальная – система, движущаяся с ускорением или вращающаяся по отношению к покоящейся системе отсчета.

Допустим, что скорости двух тел $v_1$ и $v_2$ заданы в одной и той же системе отсчета.

Если тела движутся в одном направлении (например, при обгоне), то модуль относительной скорости равен разности скоростей.

При встречном движении тела сближаются с относительной скоростью, равной сумме их скоростей, поэтому встречное столкновение автомобилей, поездов и другого вида транспорта очень опасно.

Рассматривая движение тел относительно двух систем отсчета, движущихся поступательно, равномерно и прямолинейно друг относительно друга, можно утверждать, что ускорения тел относительно обеих систем отсчета будут равны, а скорости движения тел – различны.
Подводя итог всему вышесказанному, можно утверждать, что механическое движение является одним из самых простых видов движения, изучаемых в курсе физики.

На Студворк вы можете заказать статью по физике онлайн у профильных экспертов!

Тест по теме «Механическое движение»