Относительность механического движения. Системы отсчета

Лекция №2

Относительность механического движения. Системы отсчета.

Динамика — основной раздел механики, в котором рассматривается вопрос о причинах изменения характера механического движения тел. В основе динамики лежат три закона Ньютона, сформулированные им в 1687 году. Законы Ньютона, являются фундаментальными законами природы  Механика – раздел физики, в котором изучают механическое движение.

  Механику подразделяют на кинематику, динамику и статику.

  Кинематикой называют раздел механики, в котором движение тел рассматривается без выяснения причин этого движения. Кинематика изучает способы описания движения и связь между величинами, характеризующими эти движения.

  Задача кинематики: определение кинематических характеристик движения (траектории движения, перемещения, пройденного пути, координаты, скорости и ускорения тела), а также получение уравнений зависимости этих характеристик от времени.

  Механическим движением тела называют изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени.

  Механическое движение относительно, выражение «тело движется» лишено всякого смысла, пока не определено, относительно чего рассматривается движение. Движение одного и того же тела относительно разных тел оказывается различным. Для описания движения тела нужно указать, по отношению к какому телу рассматривается движение. Это тело называют телом отсчета. Покой тоже относителен (примеры: пассажир в покоящемся поезде смотрит на проходящий мимо поезд)

   Главная задача механики – уметь вычислять координаты точек тела в любой момент времени.

Механическое движение –изменение положения в пространстве относительно других тел с течением времени.

Основной задачей механики является- определение положения тела в любой момент времени.

Иногда довольно сложно описать движение тела в пространстве из-за его форм и размеров. Самое простое – это научиться описывать движение точки. В физике чтоб упростить этот момент , применяют простейшую физическую модель Материальная точка ( М.Т.)

Материальная точка ( М.Т.) – физическое тело, размерами и формой которого, можно пренебречь в условиях данной задачи. ( пример машина по трассе, жук по машине).

Способы описания движения точки:

1. Координатный способ. Если точка движется, то ее координаты меняются с течением времени.

- кинематические уравнения движения.

Изучая или рассматривая движение интересующего нас тела, должны обязательно указать относительно какого тела это движение рассматриваем.

Траектория – линия, по которой движется точка в пространстве. В зависимости от формы траектории все движения точки делятся на прямолинейные и криволинейный.

1. Векторный способ. При движении материальной точки радиус-вектор, определяющий ее положение, с течением времени изменяется, т.е. является функцией времени.

- закон движения точки в векторной форме.

Тело отсчета (Т.О) – относительно которого рассматриваем движение.

Однако этого недостаточно, необходимо связать систему координат с телом отсчета, а так же уметь расчитать время. Совокупность всего этого называется системой отсчета.

Система отсчета (С.О) – совокупность Т.О., системы координат и часов ( приборов для измерения времени).

Кинематические уравнения движения, записанные в координатной или векторной форме, позволяют определить положение точки в любой момент времени.

Во Вселенной не обнаружены объекты, находящиеся в состоянии абсолютного покоя. Поэтому изменение положения тел определяется по отношению к другим телам. В этом смысле движение тела или его покой (если положение тела не изменяется) являются относительными.

Далее рассмотрим такие понятия как перемещение и путь

Перемещение – это вектор, начало которого совпадает с положением тела в начальный момент времени, а конец – с положением тела в конечный момент времени.

Путь (S) – это длина траектории тела за заданный промежуток времени. Отметим, чтопуть – это скалярная величина.

Модуль вектора перемещения (то есть длина отрезка, который соединяет начальную и конечную точки движения) может быть равен пройденному пути или быть меньше пройденного пути. Но никогда модуль вектора перемещения не может быть больше пройденного пути. В некоторых случаях может принимать значение 0.

Модуль вектора перемещения равен пройденному пути, когда путь совпадает с траекторией, например, если из точки А в точку Б автомобиль перемещается по прямой дороге. Модуль вектора перемещения меньше пройденного пути, когда материальная точка движется по криволинейной траектории

Рассматривая траекторию, движение разделяют на криволинейное или прямолинейное.

Системы координат бывают:

1. Одномерная – положение тела на прямой определяется одной координатой x.

2. Двумерная – положение точки на плоскости определяется двумя координатами x и y.

1. Трехмерная – положение точки в пространстве определяется тремя координатами x, y и z.

Всякое тело имеет определенные размеры. Различные части тела находятся в разных местах пространства. Однако, во многих задачах механики нет необходимости указывать положения отдельных частей тела. Если размеры тела малы по сравнению с расстояниями до других тел, то данное тело можно считать его материальной точкой. Так можно поступать, например, при изучении движения планет вокруг Солнца.

Любые физические явления, или процессы в окружающем нас мире представляют собой закономерный ряд изменений происходящих во времени и пространстве. Это и есть движение. Наука изучающая законы движения и взаимодействия тел, наз. Механика.

Механика – наука об общих законах движения и взаимодействия тел.

При наблюдении за окружающим миром, мы замечаем, его изменчивость. Все движется изменяется и эти изменения весьма разнообразны. Некоторые мы видим сразу, некоторые не замечаем всю жизнь, однако они имеют место быть.

Механическое движение является простейшим видом физического процесса.

Виды движения:

- Поступательное

- Вращательное

- Колебательное

Поступательное движение тела (прямая АВ остается параллельной сама себе)

Для характеристики движения используют следующие величины: путь, скорость, траектория, координаты тела. В первую очередь необходимо отметить знакомую с 7 класса величину – пройденный путь. Она обозначается буквой S, выражается в метрах. Пройденный путь – это длина траектории, а траектория – это линия, вдоль которой движется тело.

Относительность механического движения

Рассмотрим пример. Вы стоите на дороге. Вдали виден велосипедист. Трудно понять движется он или нет. Чтобы понять движется он или нет, нужно проследить как меняется его положение относительно окружающих предметов. Например, деревьев, домов, людей на остановке. Если положение велосипедиста меняется относительно данных предметов, то говорят, что он движется относительно данных тел.

Таким образом, чтобы судить о движении тела, нужно узнать меняется ли его положение относительно других тел.

Процесс изменения положения тела относительно другого тела, выбранного за точку отсчета, называется механическим движением.

Например, наш город находится в состоянии покоя относительно Земли, но движется (всесте с Землей) относительно Солнца