Cinematică. Mișcare mecanică. Punct material. Traiectorie. Cale. Mișcarea mecanică și tipurile acesteia. Relativitatea mișcării. Sistem de referință. Viteză. Accelerare…

În fizică, există mișcarea mecanică, a cărei definiție este interpretată ca o schimbare a coordonatelor unui corp în spațiul tridimensional în raport cu alte corpuri cu pierderea de timp. Destul de ciudat, puteți, de exemplu, să depășiți viteza unui autobuz fără să vă deplasați nicăieri. Această valoare este relativă și dependent de un punct dat. Principalul lucru este să fixați cadrul de referință pentru a observa punctul în raport cu obiectul.

In contact cu

Descriere

Concepte de fizica:

1. Un punct material este o parte a unui corp sau a unui obiect cu parametri și masă mici care nu sunt luate în considerare la studierea procesului. Aceasta este o cantitate care este neglijată în fizică.
2. Deplasarea este distanța parcursă de un punct material de la o coordonată la alta. Conceptul nu trebuie confundat cu mișcarea, deoarece în fizică este definiția unei căi.
3. Distanța parcursă este distanța pe care a parcurs-o un obiect. Care este distanța parcursă este considerată de secțiunea de fizică de sub numită „cinematică”.
4. O traiectorie în spațiu este o linie dreaptă sau întreruptă de-a lungul căreia se deplasează un obiect. Vă puteți imagina ce este o traiectorie, conform definiției din domeniul fizicii, trasând mental o linie.
5. Mecanica este mișcarea pe o anumită cale.

Atenţie! Interacțiunea corpurilor se realizează conform legilor mecanicii, iar această secțiune se numește cinematică.

Înțelegeți ce este un sistem de coordonate și ce este o traiectorie în practică?

Este suficient să găsiți mental un punct în spațiu și să desenați din el axele de coordonate, obiectul se va deplasa în raport cu acesta de-a lungul unei linii întrerupte sau drepte, iar tipurile de mișcare vor fi, de asemenea, diferite, inclusiv translaționale, efectuate când oscilează și se rotește.

De exemplu, o pisică se află într-o cameră, se deplasează la orice obiect sau își schimbă locația în spațiu, deplasându-se pe diferite traiectorii.

Distanța dintre obiecte poate varia deoarece căile selectate nu sunt aceleași.

Tipuri

Tipuri cunoscute de mișcare:

1. Progresist. Caracterizat prin paralelismul a două puncte interconectate care se deplasează în mod egal în spațiu. Un obiect se deplasează înainte când trece de-a lungul unei linii. Este suficient să vă imaginați înlocuirea tijei pix, adică tija se mișcă translațional de-a lungul unui traseu dat, în timp ce fiecare parte a acesteia se mișcă paralel și egal. Acest lucru se întâmplă destul de des în mecanisme.
2. Rotațional. Un obiect descrie un cerc în toate planurile care sunt paralele între ele. Axele de rotație sunt centrele celor descrise, iar punctele situate pe axă sunt nemișcate. Axa de rotație în sine poate fi situată în interiorul corpului (rotație) și, de asemenea, conectată la punctele sale externe (orbitale). Pentru a înțelege ce este, puteți lua un ac și ață obișnuite. Țineți-l pe acesta din urmă între degete și desfășurați treptat acul. Acul va descrie un cerc și astfel de tipuri de mișcare ar trebui clasificate ca orbitale. Un exemplu de vedere de rotație: rotirea unui obiect pe o suprafață dură.
3. Oscilatoare. Toate punctele unui corp care se deplasează de-a lungul unei anumite traiectorii sunt repetate cu precizie sau aproximativ până la capăt acelasi timp. Un exemplu bun- un puc suspendat pe un cordon, oscilant in stanga si in dreapta.

Atenţie! Caracteristici ale mișcării înainte. Un obiect se mișcă în linie dreaptă și, la orice interval de timp, toate punctele sale se mișcă în aceeași direcție - aceasta este mișcarea înainte. Dacă o bicicletă merge, atunci în orice moment puteți lua în considerare separat traiectoria oricărui punct, va fi la fel. În același timp, nu contează Suprafață netedă sau nu.

Aceste tipuri de mișcări apar în fiecare zi în practică, așa că nu va fi dificil să le jucați mental.

Ce este relativitatea

Conform legilor mecanicii, un obiect se mișcă relativ la un anumit punct.

De exemplu, dacă o persoană stă nemișcată și un autobuz se mișcă, aceasta se numește relativitatea mișcării persoanei în cauză. vehicul la obiect.

Cu ce ​​viteză se mișcă obiectul relativ un anumit corpîn spațiu se ia în considerare și în raport cu acest corp și, în consecință, accelerația are și o caracteristică relativă.

Relativitatea este o dependență directă a traiectoriei specificate în timpul mișcării corpului, a traseului parcurs, a caracteristicilor vitezei, precum și a deplasării. în raport cu sistemele de referinţă.

Cum se desfășoară numărătoarea inversă?

Ce este un sistem de referință și cum este caracterizat? Referința în raport cu sistemul de coordonate spațiale, referința primară la timpul de mișcare - acesta este sistemul de referință. În sisteme diferite, un corp poate avea locații diferite.

Punctul este situat în sistemul de coordonate când începe să se miște, se ia în considerare timpul său de mișcare.

Corp de referință - este un obiect abstract situat intr-un punct dat din spatiu La orientarea catre pozitia lui se iau in considerare coordonatele altor corpuri. De exemplu, o mașină stă nemișcată și o persoană se mișcă în acest caz, caroseria de referință este o mașină.

Mișcare uniformă

Conceptul de mișcare uniformă - această definiție în fizică este interpretată după cum urmează.

Mișcare mecanică a unui corp este o schimbare a pozitiei acestuia fata de alte corpuri din sistemul de referinta ales, in timp ce schimbarea pozitiei corpului are loc in orice perioada de timp.

Sistemul de referință presupune prezența în el a unui corp de referință, a unei origini (punct) de referință pe acest corp, care are o coordonată zero și cel puțin o axă de coordonate. De exemplu, să fie corpul de referință o autostradă, iar punctul de referință să fie un anumit pilon în apropierea acestuia. Axa de coordonate se va întinde de-a lungul autostrăzii; la dreapta lui zero va fi direcția sa pozitivă, la stânga - negativă. Să existe o benzinărie la 500 de metri de stâlp în direcția pozitivă a axei.

Să presupunem că un autobuz conduce pe autostradă spre o benzinărie. Dacă luăm stâlpul ca punct de referință, atunci autobuzul face o mișcare mecanică în raport cu acesta, deoarece distanța dintre ele se modifică. Dar benzinăria din sistemul de referință ales nu se mișcă (distanța sa față de coloană nu se modifică).

Acum vom alege un autobuz ca sistem de referință, originea referinței va fi localizată pe acesta. Distanța dintre el și benzinărie variază; Să presupunem că se apropie de ea un autobuz. Acum putem spune că benzinăria își schimbă poziția față de autobuz, ceea ce înseamnă că suferă o mișcare mecanică.

Se dovedește că într-un cadru de referință (autobuz) corpul suferă o mișcare mecanică, dar pe altul (autostradă) nu. De aceea spun asta relativă mişcare mecanică. Prin relativitatea sa, ei înțeleg că prezența mișcării mecanice poate fi apreciată doar prin indicare sistem specific numărătoarea inversă.

În plus, viteza mișcării mecanice a corpului depinde de sistemul de referință ales. Să presupunem că, în raport cu un stâlp de pe autostradă: un autobuz circulă cu o viteză de 60 km/h, iar lângă el trece o mașină în aceeași direcție cu o viteză de 100 km/h. Care este viteza mașinii dacă luăm autobuzul ca cadru de referință? Într-o oră, mașina va fi la doar 40 km distanță de autobuz, ceea ce înseamnă că viteza mașinii în cadrul de referință asociat autobuzului este de 40 km/h.

Luați în considerare o persoană care stă într-un autobuz. În raport cu stâlpul de pe autostradă, acesta se mișcă în același mod ca toate părțile autobuzului. Dacă alegem orice loc din autobuz ca punct de plecare, atunci persoana așezată nu efectuează nicio mișcare mecanică, adică este în repaus. În acest caz, avem de-a face din nou cu relativitatea mișcării mecanice.

Lasă persoana din autobuz să se ridice și să înceapă să se miște. Acum efectuează mișcare mecanică în cadrul de referință asociat cu autobuzul. Cu toate acestea, viteza persoanei în raport cu stâlpul de pe autostradă și punctul de referință selectat pe autobuz vor fi diferite.

« Fizica - clasa a X-a"

Pe baza naturii problemelor rezolvate, mecanica este împărțită în cinematicăȘi dinamica.

Cinematica descrie mișcarea corpurilor fără a identifica motivele care provoacă această mișcare.

Primul lucru care vă atrage atenția atunci când observați lumea din jurul nostru este variabilitatea acesteia. Lumea nu este înghețată, statică. Schimbările în ea sunt foarte diverse. Dar dacă te întrebăm ce schimbări observi cel mai des, probabil că răspunsul va fi clar: poziția obiectelor se schimbă(sau corpuri, după cum spun fizicienii) relativ la sol și unul față de celălalt în timp.

Indiferent dacă un câine aleargă sau o mașină este la curse, același proces are loc și cu ei: poziția lor față de sol și față de tine se schimbă în timp. Se mișcă. Arcurile se comprimă, placa pe care te-ai așezat se îndoaie și poziția diferitelor părți ale corpului se schimbă unele față de altele.

Se numește schimbarea poziției unui corp sau părți ale unui corp în spațiu față de alte corpuri în timp mișcare mecanică.

Definiția mișcării mecanice pare simplă, dar această simplitate este înșelătoare. Citiți din nou definiția și gândiți-vă dacă toate cuvintele vă sunt clare: spațiu, timp, în raport cu alte corpuri. Cel mai probabil, aceste cuvinte necesită clarificări.

Spațiu și timp.

Spațiul și timpul sunt cele mai multe concepte generale fizica si... cel mai putin clar.

Nu avem informații complete despre spațiu și timp. Dar este imposibil de prezentat rezultatele care au fost obținute astăzi chiar la începutul studiului fizicii.

De obicei, este suficient să putem măsura distanța dintre două puncte din spațiu folosind o riglă și intervalele de timp folosind un ceas. O riglă și un ceas sunt cele mai importante dispozitive pentru măsurători în mecanică și în viața de zi cu zi. Distanțele și intervalele de timp trebuie să fie tratate atunci când se studiază multe fenomene din toate domeniile științei.

„...Referitor la alte corpuri”.

Dacă această parte a definiției mișcării mecanice ți-a scăpat atenției, atunci riști să nu înțelegi cel mai important lucru. De exemplu, într-un compartiment de căruță există un măr pe masă. În timpul plecării trenului, doi observatori (un pasager și o persoană care îi însoțește) sunt rugați să răspundă la întrebarea: mărul se mișcă sau nu?

Fiecare observator evaluează poziția mărului în raport cu el însuși. Pasagerul vede ca marul se afla la o distanta de 1 m de el si aceasta distanta ramane aceeasi in timp. Persoana care te vede pe platformă vede cum distanța dintre el și măr crește în timp.

Pasagerul răspunde că mărul nu suferă mișcare mecanică - este nemișcat; însoțitorul spune că mărul se mișcă.

Legea relativității mișcării:
Natura mișcării unui corp depinde de corpurile cu care luăm în considerare această mișcare.

Să începem să studiem mișcarea mecanică. A fost nevoie de aproximativ două mii de ani omenirii pentru a lua calea cea bună, care s-a încheiat cu descoperirea legilor mișcării mecanice.

Încercările filosofilor antici de a explica cauzele mișcării, inclusiv cele mecanice, au fost rodul fanteziei pure. Așa cum, au raționat ei, un călător obosit își grăbește pașii când se apropie de casa lui, o piatră care căde începe să se miște din ce în ce mai repede pe măsură ce se apropie de mama pământ. Mișcările organismelor vii, cum ar fi pisicile, păreau în acele vremuri mult mai simple și mai înțelese decât căderea unei pietre. Au existat, totuși, câteva perspective strălucitoare. Astfel, filozoful grec Anaxagoras spunea că Luna, dacă nu s-ar mișca, ar cădea pe Pământ, ca o piatră care cade dintr-o praștie.

Cu toate acestea, adevărata dezvoltare a științei mișcării mecanice a început cu lucrările marelui fizician italian G. Galilei.

Cinematică este o ramură a mecanicii care studiază modalitățile de a descrie mișcările și relația dintre mărimile care caracterizează aceste mișcări.

A descrie mișcarea unui corp înseamnă a indica o modalitate de a determina poziția sa în spațiu în orice moment în timp.

Deja la prima vedere, sarcina descrierii pare foarte dificilă. De fapt, uită-te la norii care se învârteau, frunzele legănate de pe ramura unui copac. Imaginează-ți mișcarea complexă a pistoanelor unei mașini care se deplasează cu viteză de-a lungul autostrăzii. Cum să începem să descrii mișcarea?

Cel mai simplu lucru (și în fizică trecem întotdeauna de la simplu la complex) este să învățăm să descriem mișcarea unui punct. Un punct poate fi înțeles, de exemplu, ca un mic semn plasat pe un obiect în mișcare - o minge de fotbal, o roată de tractor etc. Dacă știm cum are loc mișcarea fiecărui astfel de punct (fiecare secțiune foarte mică) a corpului, atunci vom ști cum se mișcă întregul corp.

Totuși, când spui că ai schiat 10 km, nimeni nu va specifica ce parte a corpului tău a parcurs distanța de 10 km, deși nu ești în niciun caz un punct. În acest caz, nu are nicio semnificație semnificativă.

Să introducem conceptul de punct material - primul model fizic al corpurilor reale.

Punct material- un corp a cărui dimensiune și formă pot fi neglijate în condițiile problemei luate în considerare.

Sistem de referință.

Mișcarea oricărui corp, așa cum știm deja, este mișcare relativă. Aceasta înseamnă că mișcarea unui anumit corp poate fi diferită în raport cu alte corpuri. Când studiem mișcarea unui corp care ne interesează, trebuie să indicăm în raport cu ce corp este luată în considerare această mișcare.

Corpul în raport cu care se ia în considerare mișcarea se numește corpul de referință.

Pentru a calcula poziția unui punct (corp) față de un corp de referință selectat în funcție de timp, trebuie nu numai să asociați un sistem de coordonate cu acesta, ci și să puteți măsura timpul. Timpul se măsoară cu ajutorul unui ceas. Ceasurile moderne sunt dispozitive complexe. Acestea vă permit să măsurați timpul în secunde cu precizie până la a treisprezecea zecimală. Desigur, niciun ceas mecanic nu poate oferi o asemenea acuratețe. Astfel, unul dintre cele mai precise ceasuri mecanice din țară de pe Turnul Spasskaya al Kremlinului este de zece mii de ori mai puțin precis decât standardul de timp al statului. Dacă ceasul de referință nu este reglat, acesta va fugi cu o secundă sau va fi în urmă cu trei sute de mii de ani. Este clar că în viața de zi cu zi nu este nevoie să măsurați timpul cu o precizie foarte mare. Dar pentru cercetarea fizică, astronautică, geodezie, radioastronomie și controlul transportului aerian, este pur și simplu necesară o precizie ridicată în măsurarea timpului. Precizia cu care putem calcula poziția corpului în orice moment în timp depinde de precizia măsurării timpului.

Se numește setul de corpuri de referință, sistemul de coordonate asociat și ceasul sistem de referință.

Figura prezintă cadrul de referință ales pentru a lua în considerare zborul unei mingi aruncate. În acest caz, corpul de referință este casa, axele de coordonate sunt alese astfel încât bila să zboare în planul XOY și se folosește un cronometru pentru a determina ora.

Cursul 2. Relativitatea mișcării mecanice. Cadre de referință. Caracteristicile mișcării mecanice: mișcare, viteză, accelerație.

mecanica - ramură a fizicii care studiază mișcarea mecanică.

Mecanica este împărțită în cinematică, dinamică și statică.

Cinematica este o ramură a mecanicii în care mișcarea corpurilor este luată în considerare fără a identifica motivele acestei mișcări.Cinematică studiază modalități de a descrie mișcarea și relația dintre cantitățile care caracterizează aceste mișcări.

Problema de cinematica: determinarea caracteristicilor cinematice ale mișcării (traiectorii de mișcare, mișcarea, distanța parcursă, coordonatele, viteza și accelerația corpului), precum și obținerea de ecuații pentru dependența acestor caracteristici de timp.

Mișcarea mecanică a corpului numiți schimbarea poziției sale în spațiu față de alte corpuri în timp.

Mișcare mecanică relativ , expresia „un corp se mișcă” este lipsită de sens până când este determinată în raport cu ceea ce mișcarea este luată în considerare. Mișcarea aceluiași corp față de corpuri diferite se dovedește a fi diferită. Pentru a descrie mișcarea unui corp, este necesar să se indice în raport cu ce corp este luată în considerare mișcarea. Acest corp este numitorganism de referință . Odihna este, de asemenea, relativă (exemple: un pasager într-un tren în repaus se uită la trenul care trece)

Sarcina principală a mecanicii – să poată calcula în orice moment coordonatele punctelor corpului.

Pentru a rezolva acest lucru, trebuie să aveți un corp din care să se măsoare coordonatele, să asociați un sistem de coordonate cu acesta și să aveți un dispozitiv pentru măsurarea intervalelor de timp.

Se formează sistemul de coordonate, corpul de referință cu care este asociat și dispozitivul de numărare a timpului sistem de referință , raportat la care se consideră mișcarea corpului.

Sisteme de coordonate Sunt:

1. unidimensional – poziţia corpului pe o linie dreaptă este determinată de o coordonată x.

2. bidimensional – poziţia unui punct pe plan este determinată de două coordonate x şi y.

3. tridimensional – poziția unui punct în spațiu este determinată de trei coordonate x, y și z.

Fiecare corp are anumite dimensiuni. Sunt diferite părți ale corpului locuri diferite spaţiu. Cu toate acestea, în multe probleme de mecanică nu este necesar să se indice pozițiile părților individuale ale corpului. Dacă dimensiunile unui corp sunt mici în comparație cu distanțele față de alte corpuri, atunci acest corp poate fi considerat punctul său material. Acest lucru se poate face, de exemplu, atunci când se studiază mișcarea planetelor în jurul Soarelui.

Dacă toate părțile corpului se mișcă în mod egal, atunci o astfel de mișcare se numește translație.

De exemplu, cabinele din atracția „Roata uriașă”, o mașină pe o porțiune dreaptă a șenilei etc. se deplasează translațional Când o caroserie se deplasează înainte, poate fi considerată și un punct material.

Punct materialeste un corp ale cărui dimensiuni pot fi neglijate în condiții date .

Conceptul de punct material joacă un rol important în mecanică. Un corp poate fi considerat un punct material dacă dimensiunile lui sunt mici în comparație cu distanța pe care o parcurge, sau în comparație cu distanța de la acesta la alte corpuri.

Exemplu . Dimensiunile unei stații orbitale situate pe orbită în apropierea Pământului pot fi ignorate, iar atunci când se calculează traiectoria unei nave spațiale la andocare cu o stație, nu se poate face fără a lua în considerare dimensiunile acesteia.

Caracteristicile mișcării mecanice: mișcare, viteză, accelerație.

Mișcarea mecanică este caracterizată de trei mărimi fizice: mișcare, viteză și accelerație.

Deplasându-se în timp de la un punct la altul, un corp (punct material) descrie o anumită linie, care se numește traiectoria corpului.

Linia de-a lungul căreia se mișcă un punct de pe corp se numește traiectoria mișcării.

Lungimea traiectoriei se numește distanța parcursă cale.

Desemnateu măsurată înmetri . (traiectorie – urmă, cale – distanță)

Distanta parcursa l egală cu lungimea arcului traiectoriei parcurse de corp într-un timp t.cale – cantitatea scalară .

Prin mișcarea corpului numit segment de linie dreaptă direcționată care leagă poziția inițială a unui corp cu poziția sa ulterioară. Deplasarea este o mărime vectorială.

Se numește vectorul care leagă punctele de început și de sfârșit ale unei traiectorii in miscare.

DesemnatS , măsurată în metri (deplasarea este un vector, modulul de deplasare este un scalar)

viteza - o mărime fizică vectorială care caracterizează viteza de mișcare a unui corp, numeric egală cu raportul mișcării pe o perioadă scurtă de timp la valoarea acestui interval.

Desemnat v

Formula vitezei:sau

Unitatea de măsură SI -Domnișoară .

În practică, unitatea de măsură a vitezei utilizată este km/h (36 km/h = 10 m/s).

Măsurați vitezavitezometru .

Accelerare - mărime fizică vectorială care caracterizează viteza de modificare a vitezei, numeric egală cu raportul dintre modificarea vitezei și perioada de timp în care s-a produs această modificare.

Dacă viteza se schimbă în mod egal pe parcursul întregii mișcări, atunci accelerația poate fi calculată folosind formula:

Se măsoară accelerațiaaccelerometru

unitate SIDomnișoară 2

Astfel, marimile fizice principale din cinematica unui punct material sunt distanta parcursaeu mișcare, viteză și accelerație. calel este o mărime scalară. Deplasarea, viteza și accelerația sunt mărimi vectoriale. Pentru a specifica o cantitate vectorială, trebuie să specificați mărimea acesteia și să indicați direcția. Mărimile vectoriale respectă anumite reguli matematice. Vectorii pot fi proiectați pe axe de coordonate, pot fi adunați, scăzuți etc.

Relativitatea mișcării mecanice.

Mișcarea mecanică este relativă. Mișcarea aceluiași corp față de corpuri diferite se dovedește a fi diferită.

De exemplu, o mașină se deplasează pe drum. Sunt oameni în mașină. Oamenii se deplasează împreună cu mașina de-a lungul drumului. Adică oamenii se deplasează în spațiu în raport cu drumul. Dar în raport cu mașina în sine, oamenii nu se mișcă. Asta arata.

Pentru a descrie mișcarea unui corp, este necesar să se indice în raport cu ce corp este luată în considerare mișcarea. Acest corp se numește corp de referință. Pacea este de asemenea relativă. De exemplu, un pasager dintr-un tren staționar se uită la un tren care trece și nu își dă seama ce tren se mișcă până nu se uită la cer sau la pământ.

Toate corpurile din Univers se mișcă, deci nu există corpuri care să fie în repaus absolut. Din același motiv, este posibil să se determine dacă un corp se mișcă sau nu numai în raport cu un alt corp.

De exemplu, o mașină se deplasează pe drum. Drumul este situat pe planeta Pământ. Drumul e nemișcat. Prin urmare, este posibil să se măsoare viteza unei mașini în raport cu un drum staționar. Dar drumul este staționar față de Pământ. Cu toate acestea, Pământul însuși se învârte în jurul Soarelui. În consecință, drumul împreună cu mașina se învârte și în jurul Soarelui. În consecință, mașina face nu numai mișcare de translație, ci și mișcare de rotație (față de Soare). Dar în raport cu Pământul, mașina face doar mișcare de translație. Asta aratarelativitatea mișcării mecanice .

Mișcarea aceluiași corp poate arăta diferit din punctul de vedere al diferiților observatori. Viteza, direcția de mișcare și tipul de traiectorie a corpului vor fi diferite pentru diferiți observatori. Fără a indica corpul de referință, vorbirea despre mișcare este lipsită de sens. De exemplu, un pasager așezat într-un tren este în repaus în raport cu vagonul, dar se deplasează cu vagonul în raport cu peronul gării.

Să ilustrăm acum pentru diferiți observatori diferența în tipul de traiectorie a unui corp în mișcare. Pe Pământ, puteți vedea cu ușurință puncte strălucitoare, care zboară rapid - sateliți - pe cerul nopții. Se mișcă pe orbite circulare în jurul Pământului, adică în jurul nostru. Să stăm acum înăuntru nava spatiala, zburând spre Soare. Vom vedea că acum fiecare satelit se mișcă nu într-un cerc în jurul Pământului, ci într-o spirală în jurul Soarelui:

Relativitatea mișcării mecanice – aceasta este dependența traiectoriei corpului, distanța parcursă, deplasarea și viteza de alegere sisteme de referință .

Mișcarea corpurilor poate fi descrisă în diverse sisteme numărătoarea inversă. Din punctul de vedere al cinematicii, toate sistemele de referință sunt egale. Cu toate acestea, caracteristicile cinematice ale mișcării, cum ar fi traiectoria, deplasarea, viteza, se dovedesc a fi diferite în diferite sisteme. Mărimile care depind de alegerea sistemului de referință în care sunt măsurate se numesc relative.

Galileo a arătat că în condițiile Pământului este practic adevăratlegea inerției. Conform acestei legi, acţiunea forţelor asupra unui corp se manifestă prin modificări ale vitezei; pentru a menține mișcarea cu o viteză constantă în mărime și direcție, prezența forțelor nu este necesară.Se numesc sisteme de referință în care legea inerției este îndeplinită sisteme de referință inerțiale (IRS) .

Sistemele care se rotesc sau accelerează nu sunt inerțiale.

Pământul nu poate fi considerat complet ISO: se rotește, dar pentru majoritatea scopurilor noastresistemele de referință asociate cu Pământul, la o aproximare destul de bună, pot fi considerate inerțiale. Un sistem de referință care se mișcă uniform și rectiliniu în raport cu ISO este de asemenea inerțial.

G. Galileo și I. Newton erau profund conștienți de ceea ce numim astăziprincipiul relativității , conform căreia legile mecanice ale fizicii trebuie să fie aceleași în toate ISO în aceleași condiții inițiale.

De aici rezultă: nici un ISO nu diferă în vreun fel de un alt sistem de referință. Toate ISO-urile sunt echivalente din punct de vedere al fenomenelor mecanice.

Principiul relativității al lui Galileo se bazează pe anumite presupuneri care se bazează pe experiența noastră de zi cu zi. În mecanica clasicăspaţiu Șitimp sunt considerateabsolut . Se presupune că lungimea corpurilor este aceeași în orice sistem de referință și că timpul curge la fel în diferite sisteme de referință. Se presupune căgreutate corp, precum șitoată puterea mea rămân neschimbate atunci când treceți de la un ISO la altul.

Experiența cotidiană ne convinge de validitatea principiului relativității, de exemplu, într-un tren sau avion care se mișcă uniform, corpurile se mișcă în același mod ca pe Pământ.

Nu există niciun experiment care să poată fi folosit pentru a stabili care cadru de referință este de fapt în repaus și care se mișcă. Nu există sisteme de referință în stare de repaus absolut.

Dacă aruncați o monedă vertical în sus pe un cărucior în mișcare, atunci numai coordonatele OU se vor schimba în sistemul de referință asociat căruciorului.

În sistemul de referință asociat Pământului, coordonatele OU și OX se modifică.

În consecință, poziția corpurilor și vitezele lor în diferite sisteme de referință sunt diferite.

Să luăm în considerare mișcarea aceluiași corp în raport cu două sisteme de referință diferite: staționar și în mișcare.

O barcă traversează un râu perpendicular pe debitul râului, mișcându-se cu o anumită viteză în raport cu apa. Mișcarea bărcii este monitorizată de 2 observatori: unul staționar pe țărm, celălalt pe o plută care plutește odată cu curentul. Pluta este staționară față de apă, dar față de țărm se mișcă cu viteza curentului.

Vom asocia un sistem de coordonate fiecărui observator.

X0Y – sistem de coordonate fix.

X’0’Y’ – sistem de coordonate în mișcare.

S – mișcarea bărcii în raport cu CO staționar.

S 1 – mișcarea bărcii în raport cu SO în mișcare

S 2 – deplasarea sistemului de referință în mișcare în raport cu cadrul de referință staționar.

Conform legii adunării vectoriale

Obținem viteza împărțind S la t:

v – viteza corpului relativă la un CO staționar

v 1 – viteza corpului în raport cu CO în mișcare

v 2 – viteza cadrului de referință în mișcare în raport cu cadrul de referință staționar

Această formulă exprimălegea clasică a adunării vitezei: viteza unui corp față de un CO staționar este egală cu suma geometrică a vitezei corpului față de un CO în mișcare și viteza unui CO în mișcare față de un CO staționar.

În formă scalară, formula va arăta astfel:

Galileo a fost primul care a obținut această formulă.

Principiul relativității lui Galileo : toate sistemele de referință inerțiale sunt egale; Trecerea timpului, masa, accelerația și forța sunt scrise în același mod .

Subiectele codificatorului examenului unificat de stat: mișcarea mecanică și tipurile ei, relativitatea mișcării mecanice, viteza, accelerația.

Conceptul de mișcare este extrem de general și acoperă o gamă largă de fenomene. Ei studiază fizică tipuri diferite miscarile. Cea mai simplă dintre acestea este mișcarea mecanică. Este studiat în mecanica.
Mișcare mecanică- aceasta este o schimbare a poziției unui corp (sau a părților sale) în spațiu față de alte corpuri în timp.

Dacă corpul A își schimbă poziția față de corpul B, atunci corpul B își schimbă poziția față de corpul A. Cu alte cuvinte, dacă corpul A se mișcă față de corpul B, atunci corpul B se mișcă față de corpul A. Mișcarea mecanică este relativ- pentru a descrie o mișcare, este necesar să se indice în raport cu ce corp este considerată.

Deci, de exemplu, putem vorbi despre mișcarea unui tren în raport cu solul, a unui pasager în raport cu trenul, o muscă în raport cu un pasager etc. Conceptele de mișcare absolută și odihnă absolută nu au sens: un pasager în repaus în raport cu trenul se va deplasa cu acesta în raport cu un stâlp de pe drum, se va face împreună cu Pământul, rotație zilnică și se va deplasa în jurul Soarelui.
Corpul în raport cu care se ia în considerare mișcarea se numește corpul de referință.

Sarcina principală a mecanicii este de a determina poziția unui corp în mișcare în orice moment. Pentru a rezolva această problemă, este convenabil să ne imaginăm mișcarea unui corp ca o schimbare a coordonatelor punctelor sale în timp. Pentru a măsura coordonatele, aveți nevoie de un sistem de coordonate. Pentru a măsura timpul ai nevoie de un ceas. Toate acestea împreună formează un cadru de referință.

Cadru de referință- acesta este un corp de referință împreună cu un sistem de coordonate și un ceas conectat rigid la acesta („înghețat” în el).
Sistemul de referință este prezentat în fig. 1. Mișcarea unui punct este considerată într-un sistem de coordonate. Originea coordonatelor este un corp de referință.

Poza 1.

Vectorul este numit vector rază puncte Coordonatele unui punct sunt în același timp coordonatele vectorului său rază.
Soluția la problema principală a mecanicii pentru un punct este găsirea coordonatelor sale în funcție de timp: .
În unele cazuri, puteți ignora forma și dimensiunea obiectului studiat și îl puteți considera pur și simplu ca un punct în mișcare.

Punct material - acesta este un corp ale cărui dimensiuni pot fi neglijate în condițiile acestei probleme.
Astfel, un tren poate fi considerat un punct material atunci când se deplasează de la Moscova la Saratov, dar nu și atunci când pasagerii se îmbarcă în el. Pământul poate fi considerat un punct material atunci când descrie mișcarea sa în jurul Soarelui, dar nu și rotația zilnică în jurul propriei axe.

Caracteristicile mișcării mecanice includ traiectoria, calea, deplasarea, viteza și accelerația.

Traiectorie, cale, mișcare.

În cele ce urmează, când vorbim despre un corp în mișcare (sau în repaus), presupunem întotdeauna că corpul poate fi luat ca punct material. Cazurile în care idealizarea unui punct material nu poate fi utilizată vor fi discutate în mod special.

Traiectorie - aceasta este linia de-a lungul căreia se mișcă corpul. În fig. 1, traiectoria unui punct este un arc albastru, pe care capătul vectorului rază îl descrie în spațiu.
cale - aceasta este lungimea secțiunii de traiectorie parcursă de corp într-o anumită perioadă de timp.
In miscare este un vector care leagă poziția inițială și finală a corpului.
Să presupunem că corpul a început să se miște într-un punct și și-a încheiat mișcarea într-un punct (Fig. 2). Atunci calea parcursă de corp este lungimea traiectoriei. Deplasarea unui corp este un vector.

Figura 2.

Viteza si acceleratia.

Să luăm în considerare mișcarea unui corp într-un sistem de coordonate dreptunghiular cu o bază (Fig. 3).

Figura 3.

Fie ca în momentul de timp corpul să fie într-un punct cu vectorul rază

După o scurtă perioadă de timp, corpul s-a trezit într-un punct cu
vector rază

Mișcarea corpului:

(1)

Viteza instantanee la un moment dat - aceasta este limita raportului de mișcare la un interval de timp când valoarea acestui interval tinde spre zero; cu alte cuvinte, viteza unui punct este derivata vectorului său rază:

Din (2) și (1) obținem:

Coeficienții vectorilor de bază din limită dau derivatele:

(Derivatul cu privire la timp este în mod tradițional notat cu un punct deasupra literei.) Deci,

Vedem că proiecțiile vectorului viteză pe axele de coordonate sunt derivate ale coordonatelor punctului:

Când se apropie de zero, punctul se apropie de punct și vectorul deplasare se rotește în direcția tangentei. Rezultă că în limită vectorul este îndreptat exact tangent la traiectorie în punctul . Acest lucru este prezentat în Fig. 3.

Conceptul de accelerație este introdus într-un mod similar. Lăsați viteza corpului să fie egală în momentul de timp, iar după un scurt interval viteza devine egală.
Accelerare - aceasta este limita raportului dintre modificarea vitezei și intervalul când acest interval tinde spre zero; cu alte cuvinte, accelerația este derivata vitezei:

Accelerația este astfel „rata de schimbare a vitezei”. Avem:

În consecință, proiecțiile accelerației sunt derivate ale proiecțiilor vitezei (și, prin urmare, derivate secunde ale coordonatelor):

Legea adunării vitezei.

Să fie două sisteme de referință. Unul dintre ele este asociat cu un corp de referință staționar. Vom desemna acest sistem de referință și îl vom numi nemişcat.
Al doilea sistem de referință, notat cu , este asociat cu un corp de referință care se mișcă față de corp cu o viteză de . Numim acest sistem de referință in miscare . În plus, presupunem că axele de coordonate ale sistemului se deplasează paralel cu ele însele (nu există rotație a sistemului de coordonate), astfel încât vectorul poate fi considerat viteza sistemului în mișcare în raport cu cel staționar.

Un cadru de referință fix este de obicei asociat cu pământul. Dacă un tren se deplasează fără probleme de-a lungul șinelor cu viteza , acest cadru de referință asociat vagonului va fi un cadru de referință în mișcare.

Rețineți că viteza orice puncte ale mașinii (cu excepția roților care se rotesc!) este egal cu . Dacă o muscă stă nemișcată la un moment dat în cărucior, atunci în raport cu sol, musca se mișcă cu o viteză de . Musca este purtată de cărucior și, prin urmare, se numește viteza sistemului de mișcare față de cel staționar viteza portabila .

Acum să presupunem că o muscă s-a târât de-a lungul trăsurii. Viteza zborului în raport cu mașina (adică într-un sistem în mișcare) este desemnată și numită viteza relativa. Viteza unei muște față de sol (adică într-un cadru staționar) este notă și numită viteza absolută .

Să aflăm cum sunt legate între ele aceste trei viteze - absolută, relativă și portabilă.
În fig. 4 muscă este indicată de un punct.
- vector rază al unui punct dintr-un sistem fix;
- vectorul rază a unui punct dintr-un sistem în mișcare;
- vector rază al corpului de referință într-un sistem staționar.

Figura 4.

După cum se poate observa din figură,

Diferențiând această egalitate, obținem:

(3)

(derivata unei sume este egală cu suma derivatelor nu numai în cazul funcțiilor scalare, ci și pentru vectori).
Derivata este viteza unui punct din sistem, adică viteza absolută:

În mod similar, derivata este viteza unui punct din sistem, adică viteza relativă:

Ce este? Aceasta este viteza unui punct dintr-un sistem staționar, adică viteza portabilă a unui sistem în mișcare în raport cu unul staționar:

Ca urmare, din (3) obținem:

Legea adunării vitezei. Viteza unui punct în raport cu un cadru de referință staționar este egală cu suma vectorială a vitezei sistemului în mișcare și a vitezei punctului în raport cu sistemul în mișcare. Cu alte cuvinte, viteza absolută este suma vitezelor portabile și relative.

Astfel, dacă o muscă se târăște de-a lungul unui cărucior în mișcare, atunci viteza muștei față de sol este egală cu suma vectorială a vitezei căruciorului și a vitezei muștei față de cărucior. Rezultat intuitiv intuitiv!

Tipuri de mișcare mecanică.

Cele mai simple tipuri de mișcare mecanică a unui punct material sunt mișcarea uniformă și liniară.
Mișcarea se numește uniformă, dacă mărimea vectorului viteză rămâne constantă (direcția vitezei se poate schimba).

Mișcarea se numește direct , dacă direcția vectorului viteză rămâne constantă (și mărimea vitezei se poate modifica). Traiectoria mișcării rectilinie este o linie dreaptă pe care se află vectorul viteză.
De exemplu, o mașină care se deplasează cu o viteză constantă de-a lungul unui drum întortocheat face o mișcare uniformă (dar nu liniară). O mașină care accelerează pe o porțiune dreaptă de autostradă se deplasează în linie dreaptă (dar nu uniform).

Dar dacă, la mișcarea unui corp, atât modulul de viteză, cât și direcția lui rămân constante, atunci se numește mișcarea uniform rectiliniu.

În ceea ce privește vectorul viteză, putem da definiții mai scurte pentru aceste tipuri de mișcare:

Cel mai important caz special de mișcare neuniformă este mișcare uniform accelerată, la care mărimea și direcția vectorului de accelerație rămân constante:

Alături de punctul material, mecanica are în vedere o altă idealizare - un corp rigid.
Solid - Acesta este un sistem de puncte materiale, ale căror distanțe nu se modifică în timp. Modelul de caroserie rigidă este folosit în cazurile în care nu putem neglija dimensiunile caroseriei, dar putem ignora Schimbare dimensiunea și forma corpului în timpul mișcării.

Cele mai simple tipuri de mișcare mecanică a unui corp solid sunt mișcarea de translație și mișcarea de rotație.
Mișcarea corpului se numește progresiv, dacă orice linie dreaptă care leagă oricare două puncte ale corpului se mișcă paralel cu direcția inițială. În timpul mișcării de translație, traiectorii tuturor punctelor corpului sunt identice: ele sunt obținute unul de celălalt printr-o deplasare paralelă (Fig. 5).

Figura 5.

Mișcarea corpului se numește rotativ , dacă toate punctele sale descriu cercuri situate în planuri paralele. În acest caz, centrele acestor cercuri se află pe o singură dreaptă, care este perpendiculară pe toate aceste planuri și se numește axa de rotatie.

În fig. 6 prezintă o minge care se rotește în jurul unei axe verticale. Așa desenează de obicei Pământîn problemele corespunzătoare de dinamică.

Figura 6.