1. Предмет, объект и основные понятия классической механики.

 

Механика как раздел физики изучает наиболее простую из всех форм движения материи – механическое движение. Механическое движение – изменение положения тела в пространстве и во времени.

Объекты изучения классической механики:

1. Материальная точка – точка, обладающая определенной массой.

2. Система материальных точек – совокупность тел, размерами которых можно пренебречь.

3. Особенная система материальных точек – твердое тело – тело с неизменяющимися размером и формой (не подверженное деформации).

Пространство и время – форма существования материи. В классической механике абсолютное пространство и абсолютное время.

Свойства абсолютного пространства:

1. Бесконечность

2. Однородность (свойства пространства одинаковы во всех его точках)

3. Непрерывность

4. Многонаправленность

5. Изотропность – все направления в пространстве равноправны.

Свойства абсолютного времени:

1. Бесконечность

2. Однородность (позволяет установить одновременность событий; время течет одинаково во всех точках пространства)

3. Непрерывность

4. Однонаправленность.

Обнаружить перемещение тел в однородном и изотропном пространстве невозможно, поэтому необходимо рассматривать движение относительного какого-либо другого тела – тела отсчета. Для того, что бы замечать движение тела относительно тела отсчета, его связывают с некоторой системой координат. Тогда положение точки будет определяться определенными координатами. Для определения положения тела во времени вводят способ фиксации времени.

Тело отсчета, связанная с ним система координат и часы образуют систему отсчета относительно которой рассматривается механическое движение тел. Законы движения в разных система отсчета имеют разный вид. Желательно использовать такие система отсчета, в которых законы выглядят наиболее просто. Такие системы называют инерциальными (ИСО). Частный случай ИСО – абсолютно неподвижная система отсчета.

Разделы классической механики:

1) Кинематика – изучает движение, без причин его вызывающих (геометрически)

2) Динамика – изучает движение с учетом взаимодействия между телами. Частным случаем динамики является статика – изучает равновесие тел.

 

 

 

2. Способы задания движения (векторный, координатный, естественный). Связь между разными способами движения точки.

 

1. Векторный способ задания движения.

Положение точки определяется радиус-вектором

(t)

Траектория точки представляет собой геометрическое место концов радиус-вектора точки.

Направление можно задать единичным вектором(ортом) .

=

Вектор элементарного перемещения (изменение вектора за бесконечно малый промежуток времени dt) находится как дифференциал векторной функции = dr + .

2. Естественный способ задания движения.

Задается траектория движения точки аналитически или геометрически. На ней отмечается точка отсчета. Положение движущейся точки определяется расстоянием s = s(t) до нее от точки О отсчитываемым по траектории.

Расстояние s не дает информации о траектории, но ее можно задать, например, радиусом кривизны ρ =ρ(t) (ρ = ∞ - прямая; ρ = R – окружность). При естественном способе задания движения с каждой точкой можно связать прямоугольную систему координат, определяемую единичными векторами, направленными по: 1. Касательной ( ); 2. Главной нормали ( ); 3. Бинормали ( естественный трехгранник.

Оси , и образуют правую тройку векторов. За положительное направление отсчета расстояния по траектории от точки О принимается направление . Плоскость, в которой лежат касательная и нормаль называют соприкасающейся плоскостью.

3. Координатный – движение задается координатами, которые являются функциями времени и называются уравнениями движения точки.

1) Декартова: x = x(t); y = y(t); z = z(t).

2) Полярная:

r = r(t)

φ = φ(t)

OX – полярная ось

О – полюс

r = OM – расстояние от точки М до полюса

φ – полярный угол точки М.

Так как движение точки непрерывно, то все функции которые оно задает должны быть непрерывными, однозначными и дважды дифференцируемыми.

4. Связь между различными способами задания движения.

1. В декартовой системе:

s = , где С определяется начальными условиями.

В полярной системе координат:

r = r(t)

φ = φ (t)

– орт радиального направления

- орт поперечного направления

3. Кинематические характеристики точки (радиус-вектор, вектор скорости, вектор ускорения), их выражения при разных способах задания движения.

 

Абсолютное движение – движение относительно неподвижной (или условно неподвижной) системы отсчета (т.е. ИСО). Величины, полностью описывающие движение геометрически – кинематические характеристики ( радиус-вектор, вектор скорости, вектор ускорения).

1. Векторный способ задания движения.

Радиус-вектор – это величина, характеризующая положение точки в любой момент времени ( функция времени). (t)

Вектор скорости – это физическая величина, характеризующая изменение положения движения точки через изменения ее радиус-вектора (за единицу времени).

Вектор ускорения – физическая величина, характеризующая изменение вектора скорости.

2. Координатный способ.

А) Декартова система координат.

x = x(t)

y = y(t) - уравнения движения

z = z(t)

Радиус-вектор:

Вектор скорости:

Проекции вектора скорости:

Модуль вектора скорости:

Вектор ускорения:

Проекции вектора ускорения:

Модуль вектора ускорения:

Б) Полярная система координат.

r = r(t)

φ = φ(t)

Орты ,

Радиус-вектор:

Вектор скорости:

 

 

 

Вектор ускорения:


3. Естественный способ задания движения.