Системы отсчета. Кинематические характеристики. Виды механического движения.

Механика

Содержание и структура курса общей физики. Предмет механики.

Физика наука о простейших и вместе с тем наиболее общих формах движения и взаимодействия материальных объектов. Изучает элементарные частицы, атомные ядра, атомы, молекулы, твердые тела, жидкости, газы, плазму, физические поля. По методам исследования различают теоретическую и экспериментальную физику.

Курс общей физики содержит 5 разделов: механика, молекулярная физика и термодинамика, электродинамика, оптика, квантовая и ядерная физика.

Раздел физики, занимающийся изучением механического движения, называется механикой. Механическим движением тела называется изменение с течением времени его положения в пространстве относительно других тел.

Как правило, механику разделяют на не релятивисскую или классическую (ньютоновскую), релятивисскую и квантовую. В не релятивисской механике рассматриваются движения макроскопических тел, скорости которых, во много раз меньше скорости света в вакууме. В основе классической механики лежат законы Ньютона. Закономерности движения тел со скоростями близкими к скорости света в вакууме является предметом релятивисской механики, а закономерности движения микрочастиц (например электронов в атомах, молекулах, кристаллах и т.д.) - квантовой механикой.

Классическая механика состоит из трех основных разделов: статики кинематики и динамики. В статике рассматриваются законы сложения сил и условия равновесия тел. В кинематике дается математическое описание всевозможных видов механического движения без рассмотрения причин вызвавших это движение. В динамике исследуется влияние взаимодействия между телами на их механическое движение.

Размерность физических величин

Численное значение физических величин (длины, скорости, электрического заряда и т.д.) определяется сравнением ее с некоторым эталоном, принятым за единицу. Выбор эталона произволен. В физике поступают следующим образом: произвольно устанавливают несколько единиц измерения, а единицы измерения находят как производные основных единиц из формул физических законов.

Совокупность основных и производных единиц называется системой единиц.

Каждая физическая величина должна иметь размерность.

Размерность величины – символическое (буквенное) выражение производных единиц измерений через основные.

Пример: формулы размерности

скорость: [V] = [S/t] = [L/T] = LT^-1;

ускорение: [a] = [V/t] = [LT^-1/ T] = LT^-2;

сила: [F] = [m·a] = M·LT^-2, где

V – скорость; S – путь;

t – время; a – ускорение;

F – сила; m – масса – измеряемые физические величины;

L, T, M – основные единицы измерения для расстояния, времени и массы (соответственно).

Знание размерности величины позволяет не только установить единицу ее измерения, но и найти численные множители при переходе к новой системе единиц.

Единой системой единиц измерения является система СИ (система интернациональна). Она, как и любая система единиц координат состоит из трех разделов.

1. Основные единицы (м, кг, с, К, А, канделла)

2. Дополнительные (угловые единицы – радиан, стерад)

3. Производные – их тысячи.

Кинематика

Системы отсчета. Кинематические характеристики. Виды механического движения.

Кинематика - раздел механики, в котором движение изучается без исследования причин его вызвавших.

Основные задачи кинематики: а) Описание с помощью математических формул, графиков, таблиц совершаемого телом движения; б) определения кинематических величин характеризующих движение тела - кинематических характеристик: пройденный путь, перемещение, скорость, ускорение.

Системой отсчета это абсолютно твердое тело, с которым жестко связана система координат, снабженная часами и используемая для определения положения в пространстве исследуемых тел и частиц в различные моменты времени.

Материальная точка - это тело, размерами которого в рассматриваемой ситуации можно пренебречь.

Рассмотрим движение материальной точки в прямоугольной декартовой системе координат, поместив начало координаты в некую неподвижную точку О.

	Положение точки А определяется заданием трех координат X, Y и Z. А ее координаты изменяются с течением времени. По этому в общем случае движение будет определено, заданием трех уравнений.
	X = X(t) Y = Y(t) Z = Z(t)	Кинематические уравнения движения точки	(1)
Исключив из уравнения время, получим уравнение линии, движения описываемой движущейся точкой в пространстве и называется траекторией движения.

Траектория - непрерывная линия, которую описывает движущееся тело (рассматриваемое как материальная точка) по отношению к выбранной системе отсчета.

В зависимости от формы траектории движения: а) прямолинейное б) криволинейное, (частный случай – вращательное движение)

Длина участка траектории, пройденной точкой за время rt, называется длиной пути (путь) S. S – величина скалярная.

Путь - расстояние пройденное телом (материальной точкой) вдоль траектории. Уравнение пути: S = f(t) S≥0;

Радиус вектор это вектор, начало которого находится в начале координат выбранной системы отсчета, а конец в точке, характеризующей положение рассматриваемого тела в данный момент времени.

Перемещение - вектор, соединяющий начальное и конечное положение тела. Он проведен от начальной точки к конечной.

Скоростью движения - называют векторную физическую величину, характеризующую быстроту (стремительность) и направление движения.

Средняя скорость – скорость движения точки усредненная в некотором интервале времени, определяется отношением перемещения ко времени, за которое это перемещение произошло.

Мгновенная скорость - скорость в данный момент времени (в данной точке траектории). Мгновенная скорость равна отношению бесконечно малого перемещения к промежутку времени, в течение которого это перемещение произошло.

Ускорение - физическая величина, характеризующая скорость (быстроту) изменения скорости.

Относительность движения. Скорость тела во второй системе отсчета равна геометрической сумме скорости тела в первой системе отсчета и скорости первой системы отсчета относительно второй .

Виды движения:

По характеру траектории точек тела: а) поступательное движение - движение, при котором любая прямая, проведенная через тело, остается параллельной сама себе (все точки тела описывают одинаковые траектории); б) не поступательное, частный случай - вращательное движение - движение при котором все точки тела движутся по окружностям различного радиуса, но с одинаковой угловой скоростью.

По характеру движения тела как материальной точки: а) прямолинейное - тело движется вдоль одной прямой; б) криволинейное - тело движется по траектории отличной от прямой; частный случай - движение по окружности.

По характеру изменения скорости: а) равномерное движение - движение с постоянной скоростью; б) неравномерное движение - частный случай - равноускоренной движение.