Mehāniskā kustība un tās relativitāte. Atsauces sistēma

Sīkāka informācija Kategorija: Mehānika Publicēts 17.03.2014 18:55 Skatījumi: 15360

Mehāniskā kustība tiek apsvērti materiālais punkts un Priekš ciets ķermenis.

Materiālā punkta kustība

Kustība uz priekšu Absolūti stingrs ķermenis ir mehāniska kustība, kuras laikā jebkurš ar šo ķermeni saistīts taisnas līnijas posms vienmēr ir paralēls sev jebkurā laika momentā.

Ja jūs garīgi savienojat jebkurus divus stingra ķermeņa punktus ar taisnu līniju, tad iegūtais segments translācijas kustības procesā vienmēr būs paralēls sev.

Translācijas kustības laikā visi ķermeņa punkti pārvietojas vienādi. Tas ir, viņi veic vienu un to pašu attālumu vienā un tajā pašā laikā un pārvietojas vienā virzienā.

Translācijas kustības piemēri: lifta kabīnes kustība, mehāniskie svari, ragavas, kas steidzas lejā no kalna, velosipēdu pedāļi, vilciena platforma, dzinēja virzuļi attiecībā pret cilindriem.

Rotācijas kustība

Rotācijas kustības laikā visi punkti fiziskais ķermenis pārvietojas pa apļiem. Visi šie apļi atrodas plaknēs, kas ir paralēlas viena otrai. Un visu punktu rotācijas centri atrodas uz vienas fiksētas taisnes, ko sauc rotācijas ass. Apļi, kurus apraksta punkti, atrodas paralēlās plaknēs. Un šīs plaknes ir perpendikulāras rotācijas asij.

Rotācijas kustība ir ļoti izplatīta. Tādējādi punktu kustība uz riteņa loka ir rotācijas kustības piemērs. Rotācijas kustību raksturo ventilatora dzenskrūve utt.

Rotācijas kustību raksturo šādi fizikālie lielumi: griešanās leņķiskais ātrums, griešanās periods, rotācijas biežums, punkta lineārais ātrums.

Leņķiskais ātrums Vienmērīgi rotējošu ķermeni sauc par vērtību, kas vienāda ar rotācijas leņķa attiecību pret laika periodu, kurā šī rotācija notika.

Tiek saukts laiks, kas nepieciešams ķermenim, lai veiktu vienu pilnu apgriezienu rotācijas periods (T).

Tiek saukts ķermeņa veikto apgriezienu skaits laika vienībā rotācijas ātrums (f).

Rotācijas biežums un periods ir savstarpēji saistīti ar attiecību T = 1/f.

Ja punkts atrodas attālumā R no rotācijas centra, tad tā lineāro ātrumu nosaka pēc formulas:

2. lekcija. Mehāniskās kustības relativitāte. Atsauces rāmji. Mehāniskās kustības raksturojums: kustība, ātrums, paātrinājums.

Mehānika - fizikas nozare, kas pēta mehānisko kustību.

Mehānika ir sadalīta kinemātikā, dinamikā un statikā.

Kinemātika ir mehānikas nozare, kurā tiek aplūkota ķermeņu kustība, nenoskaidrojot šīs kustības iemeslus.Kinemātika pēta veidus, kā aprakstīt kustību un attiecības starp lielumiem, kas raksturo šīs kustības.

Kinemātikas problēma: kustības kinemātisko raksturlielumu noteikšana (kustības trajektorijas, kustība, nobrauktais attālums, koordinātas, ķermeņa ātrums un paātrinājums), kā arī vienādojumu iegūšana šo raksturlielumu atkarībai no laika.

Mehāniskā ķermeņa kustība sauc tās pozīcijas izmaiņas telpā attiecībā pret citiem ķermeņiem laika gaitā.

Mehāniskā kustība relatīvi , izteiciens “ķermenis kustas” ir bezjēdzīgs, kamēr tas nav noteikts saistībā ar to, par ko kustība tiek uzskatīta. Viena un tā paša ķermeņa kustība attiecībā pret dažādiem ķermeņiem izrādās atšķirīga. Lai aprakstītu ķermeņa kustību, ir jānorāda, saistībā ar kuru ķermeni kustība tiek aplūkota. Šo ķermeni saucatsauces iestāde . Arī atpūta ir relatīva (piemēri: pasažieris miera stāvoklī vilcienā skatās uz garām braucošo vilcienu)

Mehānikas galvenais uzdevums – jebkurā laikā var aprēķināt ķermeņa punktu koordinātas.

Lai to atrisinātu, jums ir jābūt ķermenim, no kura tiek mērītas koordinātas, jāsaista ar to koordinātu sistēma un jābūt ierīcei laika intervālu mērīšanai.

Veidlapa koordinātu sistēma, atsauces ķermenis, ar kuru tā ir saistīta, un laika skaitīšanas ierīce atsauces sistēma , attiecībā pret kuru tiek uzskatīta ķermeņa kustība.

Koordinātu sistēmas ir:

1. viendimensionāls – ķermeņa stāvokli uz taisnes nosaka viena koordināte x.

2. divdimensiju – punkta atrašanās vietu plaknē nosaka divas koordinātas x un y.

3. trīsdimensiju – punkta atrašanās vietu telpā nosaka trīs koordinātes x, y un z.

Katram ķermenim ir noteiktas dimensijas. Dažādas ķermeņa daļas atrodas dažādās vietās kosmosā. Tomēr daudzās mehānikas problēmās nav nepieciešams norādīt atsevišķu ķermeņa daļu pozīcijas. Ja ķermeņa izmēri ir mazi, salīdzinot ar attālumiem līdz citiem ķermeņiem, tad šo ķermeni var uzskatīt par tā materiālo punktu. To var izdarīt, piemēram, pētot planētu kustību ap Sauli.

Ja visas ķermeņa daļas pārvietojas vienādi, tad šādu kustību sauc par translāciju.

Piemēram, kabīnes atrakcijā “Giant Wheel”, automašīna taisnā trases posmā utt., Virsbūvei virzoties uz priekšu, to var uzskatīt arī par materiālo punktu.

Materiāls punktsir ķermenis, kura izmērus noteiktos apstākļos var neievērot .

Materiālā punkta jēdzienam ir liela nozīme mehānikā. Ķermeni var uzskatīt par materiālu punktu, ja tā izmēri ir mazi, salīdzinot ar attālumu, ko tas veic, vai salīdzinot ar attālumu no tā līdz citiem ķermeņiem.

Piemērs . Izmēri orbitālā stacija, kas atrodas orbītā pie Zemes, var neņemt vērā, un, aprēķinot kosmosa kuģa trajektoriju, pieslēdzoties stacijai, nevar iztikt bez tā lieluma.

Mehāniskās kustības raksturojums: kustība, ātrums, paātrinājums.

Mehānisko kustību raksturo trīs fizikālie lielumi: kustība, ātrums un paātrinājums.

Laika gaitā pārvietojoties no viena punkta uz otru, ķermenis (materiālais punkts) apraksta noteiktu līniju, ko sauc par ķermeņa trajektoriju.

Tiek saukta līnija, pa kuru pārvietojas ķermeņa punkts kustības trajektorija.

Trajektorijas garumu sauc par nobraukto attālumu veidā.

Norādītsl, mērīts iekšāmetri . (trajektorija – trase, ceļš – attālums)

Nobrauktais attālums l vienāds ar ķermeņa šķērsotās trajektorijas loka garumu noteiktā laikā t.Ceļš – skalārais daudzums .

Kustinot ķermeni sauc par virzītu taisnas līnijas segmentu, kas savieno ķermeņa sākotnējo stāvokli ar tā turpmāko stāvokli. Nobīde ir vektora lielums.

Tiek izsaukts vektors, kas savieno trajektorijas sākuma un beigu punktu pārvietojas.

NorādītsS , mēra metros (novirze ir vektors, nobīdes modulis ir skalārs)

Ātrums - vektora fiziskais lielums, kas raksturo ķermeņa kustības ātrumu, skaitliski vienāds ar kustības attiecību īsā laika periodā pret šī intervāla vērtību.

Norādīts v

Ātruma formula:vai

SI mērvienība -m/s .

Praksē izmantotā ātruma mērvienība ir km/h (36 km/h = 10 m/s).

Izmēra ātrumuspidometrs .

Paātrinājums - vektora fiziskais lielums, kas raksturo ātruma izmaiņu ātrumu, skaitliski vienāds ar ātruma izmaiņu attiecību pret laika periodu, kurā šīs izmaiņas notika.

Ja ātrums mainās vienādi visas kustības laikā, tad paātrinājumu var aprēķināt, izmantojot formulu:

Tiek mērīts paātrinājumsakselerometrs

SI mērvienībam/s 2

Tādējādi galvenie fizikālie lielumi materiāla punkta kinemātikā ir nobrauktais attālumsl, kustība, ātrums un paātrinājums. Ceļšl ir skalārs lielums. Pārvietojums, ātrums un paātrinājums ir vektora lielumi. Lai iestatītu vektora daudzumu, jāiestata tā lielums un jānorāda virziens. Vektoru daudzumi pakļaujas noteiktiem matemātikas noteikumiem. Vektorus var projicēt uz koordinātu asīm, tos var saskaitīt, atņemt utt.

Mehāniskās kustības relativitāte.

Mehāniskā kustība ir relatīva. Viena un tā paša ķermeņa kustība attiecībā pret dažādiem ķermeņiem izrādās atšķirīga.

Piemēram, pa ceļu pārvietojas automašīna. Mašīnā ir cilvēki. Cilvēki pārvietojas kopā ar automašīnu pa ceļu. Tas ir, cilvēki pārvietojas telpā attiecībā pret ceļu. Bet attiecībā pret pašu automašīnu cilvēki nepārvietojas. Tas parāda.

Lai aprakstītu ķermeņa kustību, ir jānorāda, saistībā ar kuru ķermeni kustība tiek aplūkota. Šo ķermeni sauc par atsauces ķermeni. Arī miers ir relatīvs. Piemēram, stāvoša vilciena pasažieris skatās uz garām braucošu vilcienu un neapzinās, kurš vilciens brauc, līdz nepaskatās debesīs vai zemē.

Visi ķermeņi Visumā kustas, tāpēc nav ķermeņu, kas atrodas absolūtā miera stāvoklī. Tā paša iemesla dēļ ir iespējams noteikt, vai ķermenis pārvietojas vai ne tikai attiecībā pret kādu citu ķermeni.

Piemēram, pa ceļu pārvietojas automašīna. Ceļš atrodas uz planētas Zeme. Ceļš joprojām ir. Tāpēc ir iespējams izmērīt automašīnas ātrumu attiecībā pret stāvošu ceļu. Bet ceļš ir nekustīgs attiecībā pret Zemi. Tomēr pati Zeme griežas ap Sauli. Līdz ar to arī ceļš kopā ar auto riņķo ap Sauli. Līdz ar to automašīna veic ne tikai translācijas kustību, bet arī rotācijas kustību (attiecībā pret Sauli). Bet attiecībā pret Zemi automašīna veic tikai translācijas kustību. Tas parādamehāniskās kustības relativitāte .

Viena un tā paša ķermeņa kustība var izskatīties atšķirīgi no dažādu novērotāju viedokļa. Ķermeņa ātrums, kustības virziens un trajektorijas veids dažādiem novērotājiem būs atšķirīgs. Nenorādot atsauces kopumu, runāt par kustību ir bezjēdzīgi. Piemēram, vilcienā sēdošs pasažieris atrodas miera stāvoklī attiecībā pret vagonu, bet pārvietojas kopā ar vagonu attiecībā pret stacijas peronu.

Tagad ilustrēsim dažādiem novērotājiem atšķirību kustīga ķermeņa trajektorijas veidā. Atrodoties uz Zemes, naksnīgajās debesīs var viegli saskatīt spilgtus, ātri lidojošus punktus – pavadoņus. Viņi pārvietojas apļveida orbītā ap Zemi, tas ir, ap mums. Sēdēsim tagad kosmosa kuģis, lidojot pretī Saulei. Mēs redzēsim, ka tagad katrs satelīts pārvietojas nevis pa apli ap Zemi, bet gan pa spirāli ap Sauli:

Mehāniskās kustības relativitāte – tā ir ķermeņa trajektorijas, nobrauktā attāluma, pārvietojuma un ātruma atkarība no izvēles atsauces sistēmas .

Ķermeņu kustību var aprakstīt dažādas sistēmas atpakaļskaitīšana. No kinemātikas viedokļa visas atskaites sistēmas ir vienādas. Tomēr kustības kinemātiskās īpašības, piemēram, trajektorija, pārvietojums, ātrums, dažādās sistēmās izrādās atšķirīgi. Daudzumus, kas ir atkarīgi no atsauces sistēmas izvēles, kurā tie tiek mērīti, sauc par relatīviem.

Galileo parādīja, ka Zemes apstākļos tas ir praktiski taisnībainerces likums. Saskaņā ar šo likumu spēku iedarbība uz ķermeni izpaužas ātruma izmaiņās; lai saglabātu kustību ar nemainīgu ātrumu pēc lieluma un virziena, spēku klātbūtne nav nepieciešama.Tiek sauktas atskaites sistēmas, kurās ir izpildīts inerces likums inerciālās atskaites sistēmas (IRS) .

Sistēmas, kas rotē vai paātrina, nav inerciālas.

Zemi nevar uzskatīt par pilnīgi ISO: tā griežas, bet lielākajai daļai mūsu mērķuAtsauces sistēmas, kas saistītas ar Zemi, diezgan labi var uzskatīt par inerciālu. Atsauces sistēma, kas pārvietojas vienmērīgi un taisni attiecībā pret ISO, ir arī inerciāla.

G. Galileo un I. Ņūtons ļoti labi apzinājās to, ko mēs šodien saucamrelativitātes princips , saskaņā ar kuru mehāniskie likumi fizika ir jābūt vienādai visos ISO vienādos sākotnējos apstākļos.

No tā izriet: neviens ISO nekādā veidā neatšķiras no citas atsauces sistēmas. Visi ISO ir līdzvērtīgi mehānisko parādību ziņā.

Galileo relativitātes princips ir balstīts uz noteiktiem pieņēmumiem, kas balstās uz mūsu ikdienas pieredzi. Klasiskajā mehānikātelpa Unlaiks tiek uzskatītiabsolūts . Tiek pieņemts, ka ķermeņu garums ir vienāds jebkurā atskaites sistēmā un laiks plūst vienādi dažādās atskaites sistēmās. Tiek pieņemts, kasvars ķermeni, kā arīvisu manu spēku paliek nemainīgs, pārejot no viena ISO uz citu.

Ikdienas pieredze mūs pārliecina par relativitātes principa pamatotību, piemēram, vienmērīgi kustīgā vilcienā vai lidmašīnā ķermeņi pārvietojas tāpat kā uz Zemes.

Nav eksperimenta, ko varētu izmantot, lai noteiktu, kurš atskaites rāmis faktiski atrodas miera stāvoklī un kurš kustas. Absolūtā miera stāvoklī nav atskaites sistēmu.

Ja metīsiet monētu vertikāli uz augšu uz kustīgiem ratiņiem, tad ar ratiņiem saistītajā atskaites sistēmā mainīsies tikai OU koordinātas.

Atsauces sistēmā, kas saistīta ar Zemi, mainās OU un OX koordinātas.

Līdz ar to ķermeņu novietojums un to ātrumi dažādās atskaites sistēmās ir atšķirīgi.

Apskatīsim viena un tā paša ķermeņa kustību attiecībā pret divām dažādām atskaites sistēmām: nekustīgo un kustīgo.

Laiva šķērso upi perpendikulāri upes tecējumam, pārvietojoties ar noteiktu ātrumu attiecībā pret ūdeni. Laivas kustību uzrauga 2 novērotāji: viens stāv krastā, otrs uz plosta, kas peld ar straumi. Plosts ir nekustīgs attiecībā pret ūdeni, bet attiecībā pret krastu tas pārvietojas ar straumes ātrumu.

Mēs saistīsim koordinātu sistēmu ar katru novērotāju.

X0Y – fiksēta koordinātu sistēma.

X’0’Y’ – kustīga koordinātu sistēma.

S – laivas kustība attiecībā pret stacionāro CO.

S 1 – laivas kustība attiecībā pret kustīgo rāmi

S 2 – kustīgās atskaites sistēmas kustība attiecībā pret stacionāro atskaites rāmi.

Saskaņā ar vektoru saskaitīšanas likumu

Mēs iegūstam ātrumu, dalot S ar t:

v – ķermeņa ātrums attiecībā pret stacionāru CO

v 1 – ķermeņa ātrums attiecībā pret kustīgo CO

v 2 – kustīgās atskaites sistēmas ātrums attiecībā pret stacionāro atskaites sistēmu

Šī formula izsakaKlasiskais ātruma saskaitīšanas likums: ķermeņa ātrums attiecībā pret stacionāru CO ir vienāds ar ķermeņa ātruma ģeometrisko summu attiecībā pret kustīgu CO un kustīga CO ātruma attiecībā pret nekustīgu CO.

Skalārā formā formula izskatīsies šādi:

Galileo bija pirmais, kas ieguva šo formulu.

Galileja relativitātes princips : visas inerciālās atskaites sistēmas ir vienādas; Laika ritējums, masa, paātrinājums un spēks tiek rakstīti vienādi .

No skolas laikiem droši vien visi atceras to, ko sauc par ķermeņa mehānisko kustību. Ja nē, tad šajā rakstā mēs centīsimies ne tikai atcerēties šo terminu, bet arī atjaunināt pamatzināšanas no fizikas kursa vai precīzāk no sadaļas “Klasiskā mehānika”. Tāpat tiks parādīti piemēri, kā šis jēdziens tiek izmantots ne tikai noteiktā disciplīnā, bet arī citās zinātnēs.

Mehānika

Vispirms apskatīsim, ko nozīmē šis jēdziens. Mehānika ir fizikas nozare, kas pēta dažādu ķermeņu kustību, mijiedarbību starp tiem, kā arī trešo spēku un parādību ietekmi uz šiem ķermeņiem. Automašīnas kustība pa šoseju, vārtos iesista futbola bumba, virzība uz mērķi – tas viss tiek pētīts šajā konkrētajā disciplīnā. Parasti, lietojot terminu “mehānika”, tas nozīmē “klasisko mehāniku”. Kas tas ir, mēs ar jums apspriedīsim tālāk.

Klasiskā mehānika ir sadalīta trīs lielās sadaļās.

Kinemātika - tā pēta ķermeņu kustību, neņemot vērā jautājumu, kāpēc tie pārvietojas? Šeit mūs interesē tādi lielumi kā ceļš, trajektorija, pārvietojums, ātrums.
Otrā sadaļa ir dinamika. Viņa pēta kustību cēloņus, izmantojot tādus jēdzienus kā darbs, spēks, masa, spiediens, impulss, enerģija.
Un trešā sadaļa, mazākā, pēta tādu stāvokli kā līdzsvars. Tas ir sadalīts divās daļās. Viens apgaismo līdzsvaru cietvielas, bet otrais - šķidrumi un gāzes.

Ļoti bieži klasisko mehāniku sauc par Ņūtona mehāniku, jo tā balstās uz trim Ņūtona likumiem.

Trīs Ņūtona likumi

Tos pirmo reizi izklāstīja Īzaks Ņūtons 1687. gadā.

Pirmais likums runā par ķermeņa inerci. Šī ir īpašība, kurā materiāla punkta kustības virziens un ātrums tiek saglabāts, ja uz to neiedarbojas ārēji spēki.
Otrais likums nosaka, ka ķermenis, iegūstot paātrinājumu, sakrīt ar šo paātrinājumu virzienā, bet kļūst atkarīgs no tā masas.
Trešais likums nosaka, ka darbības spēks vienmēr ir vienāds ar reakcijas spēku.

Visi trīs likumi ir aksiomas. Citiem vārdiem sakot, tie ir postulāti, kuriem nav nepieciešami pierādījumi.

Kas ir mehāniskā kustība?

Tas ir ķermeņa stāvokļa izmaiņas telpā attiecībā pret citiem ķermeņiem laika gaitā. Šajā gadījumā materiālie punkti mijiedarbojas saskaņā ar mehānikas likumiem.

Sadalīts vairākos veidos:

Materiālā punkta kustību mēra, atrodot tā koordinātas un izsekojot koordinātu izmaiņām laika gaitā. Šo rādītāju atrašana nozīmē vērtību aprēķināšanu gar abscisu un ordinātu asīm. To pēta punkta kinemātika, kas darbojas ar tādiem jēdzieniem kā trajektorija, pārvietojums, paātrinājums un ātrums. Objekta kustība var būt taisna vai izliekta.
Stingra ķermeņa kustība sastāv no punkta pārvietošanas, kas ņemts par pamatu, un rotācijas kustības ap to. Pētīja stingru ķermeņu kinemātiku. Kustība var būt translatīva, tas ir, rotācija apkārt dots punkts nenotiek, un viss ķermenis kustas vienmērīgi, kā arī plakaniski - ja viss ķermenis pārvietojas paralēli plaknei.
Ir arī nepārtrauktas vides kustība. Tas ir kustīgi liels daudzums punktus, kas savienoti tikai ar kādu lauku vai apgabalu. Daudzo kustīgo ķermeņu (vai materiālo punktu) dēļ šeit nepietiek ar vienu koordinātu sistēmu. Tāpēc koordinātu sistēmu ir tik daudz, cik ķermeņu. Piemērs tam ir vilnis jūrā. Tas ir nepārtraukts, bet sastāv no liela skaita atsevišķu punktu daudzās koordinātu sistēmās. Tātad izrādās, ka viļņa kustība ir nepārtrauktas vides kustība.

Kustības relativitāte

Mehānikā ir arī tāds jēdziens kā kustības relativitāte. Tā ir jebkuras atskaites sistēmas ietekme uz mehānisko kustību. Kā to saprast? Atsauces sistēma ir koordinātu sistēma plus pulkstenis Vienkāršāk sakot, tā ir x un ordinātu asis apvienojumā ar minūtēm. Izmantojot šādu sistēmu, tiek noteikts, kādā laika periodā materiālais punkts ir nogājis noteiktu attālumu. Citiem vārdiem sakot, tas ir pārvietojies attiecībā pret koordinātu asi vai citiem ķermeņiem.

Atsauces sistēmas var būt: kustīgas, inerciālas un neinerciālas. Paskaidrosim:

Inerciālā CO ir sistēma, kurā ķermeņi, radot tā saukto materiāla punkta mehānisko kustību, veic to taisni un vienmērīgi vai parasti atrodas miera stāvoklī.
Attiecīgi neinerciāls CO ir sistēma, kas pārvietojas ar paātrinājumu vai rotē attiecībā pret pirmo CO.
Pavadošais CO ir sistēma, kas kopā ar materiālo punktu veic tā saukto ķermeņa mehānisko kustību. Citiem vārdiem sakot, kur un ar kādu ātrumu pārvietojas objekts, arī šis CO pārvietojas kopā ar to.

Materiāls punkts

Kāpēc dažreiz tiek lietots jēdziens “ķermenis” un dažreiz “materiāls punkts”? Otrais gadījums ir norādīts, kad var neņemt vērā paša objekta izmērus. Tas ir, tādiem parametriem kā masa, tilpums utt. nav nozīmes problēmas risināšanai. Piemēram, ja mērķis ir noskaidrot, cik ātri gājējs pārvietojas attiecībā pret planētu Zeme, tad gājēja augumu un svaru var neievērot. Viņš ir materiāls punkts. Šī objekta mehāniskā kustība nav atkarīga no tā parametriem.

Izmantotie mehāniskās kustības jēdzieni un lielumi

Mehānikā tie darbojas ar dažādiem lielumiem, ar kuru palīdzību tiek uzstādīti parametri, uzrakstīti uzdevumu nosacījumi un rasts risinājums. Uzskaitīsim tos.

Ķermeņa (vai materiāla punkta) atrašanās vietas izmaiņas attiecībā pret telpu (vai koordinātu sistēmu) laika gaitā sauc par pārvietojumu. Ķermeņa mehāniskā kustība (materiālais punkts) faktiski ir jēdziena “kustība” sinonīms. Vienkārši otrais jēdziens tiek izmantots kinemātikā, bet pirmais - dinamikā. Atšķirība starp šīm apakšsadaļām ir izskaidrota iepriekš.
Trajektorija ir līnija, pa kuru ķermenis (materiāls punkts) veic tā saukto mehānisko kustību. Tā garumu sauc par ceļu.
Ātrums ir jebkura materiāla punkta (ķermeņa) kustība attiecībā pret konkrēto ziņošanas sistēmu. Iepriekš tika sniegta arī ziņošanas sistēmas definīcija.

Mehāniskās kustības noteikšanai izmantotie nezināmie lielumi ir atrodami uzdevumos, izmantojot formulu: S=U*T, kur “S” ir attālums, “U” ir ātrums un “T” ir laiks.

No vēstures

Pats “klasiskās mehānikas” jēdziens parādījās senos laikos, un to pamudināja attīstība ātrā tempā celtniecība. Arhimēds formulēja un aprakstīja saskaitīšanas teorēmu paralēlie spēki, ieviesa jēdzienu "smaguma centrs". Tā sākās statika.

Pateicoties Galileo, “Dinamika” sāka attīstīties 17. gadsimtā. Inerces likums un relativitātes princips ir viņa nopelns.

Īzaks Ņūtons, kā minēts iepriekš, ieviesa trīs likumus, kas veidoja Ņūtona mehānikas pamatu. Viņš arī atklāja likumu universālā gravitācija. Tā tika likti klasiskās mehānikas pamati.

Neklasiskā mehānika

Attīstoties fizikai kā zinātnei un parādoties lielām iespējām astronomijas, ķīmijas, matemātikas un citās jomās, klasiskā mehānika pamazām kļuva nevis par galveno, bet gan par vienu no daudzajām pieprasītajām zinātnēm. Kad viņi sāka aktīvi ieviest un darboties ar tādiem jēdzieniem kā gaismas ātrums, kvantu lauka teorija utt., “Mehānikas” pamatā esošo likumu sāka trūkt.

Kvantu mehānika ir fizikas nozare, kas nodarbojas ar īpaši mazu ķermeņu (materiālu punktu) izpēti atomu, molekulu, elektronu un fotonu formā. Šī disciplīna ļoti labi apraksta īpaši mazo daļiņu īpašības. Turklāt tas prognozē viņu uzvedību konkrētajā situācijā, kā arī atkarībā no ietekmes. Kvantu mehānikas prognozes var ļoti būtiski atšķirties no klasiskās mehānikas pieņēmumiem, jo tā nespēj aprakstīt visas parādības un procesus, kas notiek molekulu, atomu un citu lietu līmenī - ļoti mazas un ar neapbruņotu aci neredzamas.

Relativistiskā mehānika ir fizikas nozare, kas nodarbojas ar procesu, parādību, kā arī likumu izpēti ātrumā, kas salīdzināms ar gaismas ātrumu. Visi šīs disciplīnas pētītie notikumi notiek četrdimensiju telpā, atšķirībā no “klasiskās” trīsdimensiju telpas. Tas ir, augstumam, platumam un garumam pievienojam vēl vienu rādītāju - laiku.

Kāda vēl ir mehāniskās kustības definīcija?

Mēs aptvērām tikai pamatjēdzienus, kas saistīti ar fiziku. Bet pats termins tiek lietots ne tikai mehānikā, neatkarīgi no tā, vai tā ir klasiska vai neklasiska.

Zinātnē, ko sauc par "sociāli ekonomisko statistiku", iedzīvotāju mehāniskās kustības definīcija ir dota kā migrācija. Citiem vārdiem sakot, tā ir cilvēku pārvietošanās lielos attālumos, piemēram, uz kaimiņvalstīm vai kaimiņu kontinentiem dzīvesvietas maiņas nolūkos. Šādas pārcelšanās iemesls var būt nespēja turpināt dzīvot savā teritorijā dabas katastrofas, piemēram, pastāvīgi plūdi vai sausums, ekonomikas un sociālās problēmas savā valstī, kā arī ārējo spēku iejaukšanās, piemēram, karš.

Šajā rakstā apskatīta tā sauktā mehāniskā kustība. Piemēri ir doti ne tikai no fizikas, bet arī no citām zinātnēm. Tas norāda, ka termins ir neskaidrs.

Mehāniskā kustība ir ķermeņa stāvokļa izmaiņas telpā attiecībā pret citiem ķermeņiem.

Kustība uz priekšu- tā ir ķermeņa kustība, kurā visi tā punkti pārvietojas vienādi.

Piemēram, viena un tā pati automašīna pa ceļu virzās uz priekšu. Precīzāk, tikai automašīnas virsbūve veic translācijas kustību, bet tās riteņi veic rotācijas kustību.

Rotācijas kustība ir ķermeņa kustība ap noteiktu asi. Ar šādu kustību visi ķermeņa punkti pārvietojas pa apļiem, kuru centrs ir šī ass.

Riteņi, kurus mēs pieminējām, veic rotācijas kustību ap savām asīm, un tajā pašā laikā riteņi veic translācijas kustību kopā ar automašīnas virsbūvi. Tas nozīmē, ka ritenis veic rotācijas kustību attiecībā pret asi un translācijas kustību attiecībā pret ceļu.

Svārstību kustība- Šī ir periodiska kustība, kas notiek pārmaiņus divos pretējos virzienos.

Piemēram, svārstību kustība taisa svārstu pulkstenī.

Visvairāk ir translācijas un rotācijas kustības vienkārši veidi mehāniskā kustība.

Mehāniskās kustības relativitāte

Mehāniskās kustības relativitāte– tā ir ķermeņa trajektorijas, nobrauktā attāluma, kustības un ātruma atkarība no izvēles atsauces sistēmas.

Materiāls punkts

Daudzos gadījumos ķermeņa izmēru var neņemt vērā, jo šī ķermeņa izmēri ir mazi, salīdzinot ar attālumu, kādā šis ķermenis pārvietojas, vai salīdzinot ar attālumu starp šo ķermeni un citiem ķermeņiem. Lai vienkāršotu aprēķinus, šādu ķermeni nosacīti var uzskatīt par materiālu punktu, kam ir šī ķermeņa masa.

Materiāls punkts ir ķermenis, kura izmērus noteiktos apstākļos var neievērot.

Daudzkārt pieminēto automašīnu var uzskatīt par materiālu punktu attiecībā pret Zemi. Bet, ja cilvēks pārvietojas šajā mašīnā, tad vairs nevar atstāt novārtā automašīnas izmērus.

Parasti, risinot problēmas fizikā, mēs uzskatām ķermeņa kustību par materiāla punkta kustība, un darbojas ar tādiem jēdzieniem kā materiāla punkta ātrums, materiāla punkta paātrinājums, materiāla punkta impulss, materiāla punkta inerce utt.

Atsauces rāmis

Materiāls punkts pārvietojas attiecībā pret citiem ķermeņiem. Ķermenis, attiecībā uz kuru tiek aplūkota šī mehāniskā kustība, tiek saukts par atskaites ķermeni. Atsauces pamatteksts tiek izvēlēti patvaļīgi atkarībā no risināmajiem uzdevumiem.

Saistīts ar atsauces struktūru koordinātu sistēma, kas ir atskaites punkts (izcelsme). Atkarībā no braukšanas apstākļiem koordinātu sistēmai ir 1, 2 vai 3 asis. Punkta pozīciju uz taisnes (1 ass), plaknes (2 asis) vai telpā (3 asis) nosaka attiecīgi viena, divas vai trīs koordinātas. Lai noteiktu ķermeņa stāvokli telpā jebkurā laika brīdī, ir nepieciešams arī iestatīt laika skaitīšanas sākumu.

Atsauces rāmis ir koordinātu sistēma, atskaites ķermenis, ar kuru koordinātu sistēma ir saistīta, un ierīce laika mērīšanai. Ķermeņa kustību uzskata attiecībā pret atskaites sistēmu. Vienam un tam pašam ķermenim attiecībā pret dažādiem atskaites ķermeņiem dažādās koordinātu sistēmās var būt pilnīgi atšķirīgas koordinātas.

Kustības trajektorija atkarīgs arī no atsauces sistēmas izvēles.

Atsauces sistēmu veidi var būt dažādas, piemēram, fiksēta atskaites sistēma, kustīga atskaites sistēma, inerciāla atskaites sistēma, neinerciāla atskaites sistēma.

Ķermeņa mehāniskā kustība ir tā stāvokļa maiņa attiecībā pret citiem ķermeņiem izvēlētā atskaites sistēmā, savukārt ķermeņa stāvokļa maiņa notiek noteiktā laika periodā.

Atskaites sistēma paredz, ka tajā ir atskaites ķermenis, atskaites sākumpunkts (punkts) uz šī ķermeņa, kuram ir nulles koordināte un vismaz viena koordinātu ass. Piemēram, ļaujiet atskaites ķermenim būt lielceļam un atskaites punktam ir noteikts pīlārs tās tuvumā. Koordinātu ass stiepsies gar šoseju; pa labi no nulles būs tā pozitīvais virziens, pa kreisi - negatīvs. Lai 500 metrus no staba pozitīvā ass virzienā ir degvielas uzpildes stacija.

Pieņemsim, ka autobuss brauc pa šoseju uz degvielas uzpildes staciju. Ja par atskaites punktu ņemam stabu, tad autobuss veic mehānisku kustību attiecībā pret to, jo attālums starp tiem mainās. Bet degvielas uzpildes stacija izvēlētajā atskaites rāmī nepārvietojas (tās attālums līdz kolonnai nemainās).

Tagad mēs izvēlēsimies autobusu kā atsauces sistēmu. Attālums starp viņu un degvielas uzpildes staciju ir atšķirīgs; Pieņemsim, ka viņai piebrauc autobuss. Tagad mēs varam teikt, ka degvielas uzpildes stacija maina savu pozīciju attiecībā pret autobusu, kas nozīmē, ka tā tiek mehāniski pārvietota.

Izrādās, ka vienā atskaites rāmī (autobusā) ķermenis iziet mehānisku kustību, bet citā (šosejā) nē. Tāpēc viņi tā saka mehāniskā kustība relatīvā. Ar tās relativitāti tie nozīmē, ka mehāniskās kustības esamību var novērtēt, tikai norādot konkrētu atskaites sistēmu.

Turklāt ķermeņa mehāniskās kustības ātrums ir atkarīgs no izvēlētās atskaites sistēmas. Pieņemsim, ka attiecībā pret stabu uz šosejas: autobuss brauc ar ātrumu 60 km/h, un tam blakus tajā pašā virzienā brauc automašīna ar ātrumu 100 km/h. Kāds ir automašīnas ātrums, ja par atskaites sistēmu ņemam autobusu? Pēc stundas auto no autobusa būs tikai 40 km attālumā, kas nozīmē, ka ar autobusu saistītajā atskaites rāmī mašīnas ātrums ir 40 km/h.

Apsveriet cilvēku, kas sēž autobusā. Attiecībā pret stabu uz šosejas tas pārvietojas tāpat kā visas autobusa daļas. Ja par starta punktu izvēlamies jebkuru vietu pašā autobusā, tad sēdošais cilvēks neveic nekādas mehāniskas kustības, t.i., atrodas miera stāvoklī. Šajā gadījumā mēs atkal runājam par mehāniskās kustības relativitāti.

Ļaujiet personai autobusā piecelties un sākt pārvietoties. Tagad viņš veic mehānisku kustību atskaites rāmī, kas saistīts ar autobusu. Taču cilvēka ātrums attiecībā pret stabu uz šosejas un izvēlēto atskaites punktu autobusā būs atšķirīgs.