Механическое движение

Механическим движением тела называется изменение его положения относительно других тел с течением времени.

Механическое движение тел изучает механика. Раздел механики, описывающий геометрические свойства движения без учёта масс тел и действующих сил, называется кинематикой.

Путь и перемещение
 
Линия, по которой движется точка тела, называется траекторией движения.

Длина траектории называется пройденным путём.
 
Вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории называется перемещением.
 
Движение тела, при котором все его точки в данный момент времени движутся одинаково, называется поступательным движением.
  • Для описания поступательного движения достаточно выбрать одну точку и описать её движение.
Движение, при котором траектории всех точек тела являются окружностями с центрами на одной прямой и все плоскости окружностей перпендикулярны этой прямой называется вращательным движением.
  • Поступательное и вращательное движения - самые простые примеры механического движения тел.
Материальная точка
 
Тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь, называют материальной точкой.
  • Тело можно рассматривать как материальную точку, если его размеры малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит, или по сравнению с расстояниями от него до других тел.
  • Когда траекторией движения материальной точки является прямая линия и направление движения не изменяется, модуль вектора перемещения равен пройденному пути.
Система отсчёта. Относительность механического движения
 
Чтобы описать механическое движение тела (точки), нужно знать его координаты в любой момент времени. Для определения координат материальной точки следует прежде всего выбрать тело отсчёта и связать с ним систему координат. Для определения положения материальной точки в любой момент времени необходимо также задать начало отсчёта времени. Система координат, тело отсчёта и указание начала отсчёта времени образуют систему отсчёта, относительно которой рассматривается движение тела. Траектория движения тела, пройденный путь и перемещение зависят от выбора системы отсчёта. Другими словами, механическое движение относительно.
 
Скорость
 
Для количественной характеристики процесса движения тела вводится понятие скорости движения. Мгновенной скоростью поступательного движения тела в момент времени t называется отношение очень малого перемещения Малое перемещение Ds к малому промежутку времени Dt, за который произошло это перемещение:

Мгновенная скорость(1.1)

Мгновенная скорость - векторная величина. При последовательном уменьшении длительности промежутка времени Dt направление вектора перемещения  Ds приближается к касательной в точке А траектории движения, через которую проходит тело в момент времени t. Поэтому вектор скорости v лежит на касательной к траектории движения в точке А и направлен в сторну движения тела. Формула (1.1) позволяет установить единицу скорости. В Международной системе (СИ) единицей расстояния является метр, единицей времени - секунда; поэтому скорость выражается в метрах в секунду.

1м/с
 
Равномерное прямолинейное движение. Движение с постоянной по модулю и направлению скоростью называется равномерным прямолинейным движением. При равномерном прямолинейном движении тело движется по прямой и за любые равные промежутки времени проходит одинаковые расстояния.

Классический закон сложения скоростей. Выясним, как связаны между собой скорости движения тела в различных системах отсчёта. Рассмотрим такой пример. Вагон движется по прямолинейному участку железнодорожного пути со скоростью v0 относительно Земли. Пассажир движется относительно вагона со скоростью v', векторы скоростей v0 и v' имеют одинаковое направление. Найдём скорость пассажира относительно Земли. Перемещение пассажира относительно Земли за малый промежуток времени Ds равно сумме перемещений за этот промежуток времени вагона относительно Земли Ds0 и пассажира относительно вагона Ds':

Ds = Ds0 + Ds' или Ds = v0Dt + v'Dt

Отсюда скорость пассажира относительно Земли
 
v=v0+v' (1.2)

Мы получили, что скорость v пассажира в системе отсчёта, связанной с Землёй равна сумме скоростей пассажира в системе отсчёта, связанной с вагоном, и вагона относительно Земли. Этот вывод справедлив для любых направлений векторов скорости v' и скорости v0. Закон, выражаемый формулой (1.2), называется классическим законом сложения скоростей.