Механическое движение. Основные понятия

Начнем с определения механического движения. Механическим движением называется изменение положения в пространстве одних тел по отношению к другим с течением времени. В данном определении заложен основной философский смысл движения. Во-первых, оно рассматривается как процесс, который происходит в течении некоторого промежутка времени. Во-вторых, одно и то же тело может двигаться или оставаться в состоянии покоя в зависимости от того, относительно какого тела рассматривается движение. Например, человек, сидящий в движущемся автомобиле, движется относительно дороги и неподвижен относительно автомобиля.

Раздел физики, который занимается изучением механического движения называется — механика. Механика включает в себя несколько разделов. О первом из них и пойдет речь ниже.

Кинематика — раздел физики, занимающийся описанием движения. Описать движение — значит написать уравнения, связывающие различные характеристики движения. В частности, основной задачей кинематики является определение положения тела в пространстве в заданный момент времени.

Как можно определить положение тела в пространстве? Это можно сделать, например, указав координаты, но вначале нужно указать тело относительно которого мы будем рассматривать движение, т.е. указать тело отсчета. В реальности тела имеют размеры, а значит при движении тела разные его точки будут иметь разные координаты. Чтобы избежать этой неопределенности, если позволяет условие задачи, тело заменяют одной точкой, которая называется материальной. Материальная точка — это модель, идеальный объект. Материальная точка отличается от геометрической тем, что имеет массу. Другими словами, материальная точка — модель тела, размерами которого можно пренебречь в условиях рассматриваемой задачи. Помимо всего для измерения времени понадобится прибор, которым являются часы.

Подведем итог, для определения положения тела в пространстве необходимо указать тело отсчета, связать с ним систему координат и иметь прибор для отсчета времени — часы, в совокупности всея это образует систему отсчета.

Задать положение тела в пространстве — значит указать ее координаты в выбранной системе отсчета в измеренный момент времени.

Пример 1. (Сборник задач по физике. Степанова Г.Н.) Можно ли считать Луну материальной точкой: а) при расчете расстояния от Земли до Луны; б) при измерении ее диаметра; в) при расчете движения спутника вокруг Луны; г) при посадке космического корабля на ее поверхность; д) при определении скорости ее движения вокруг Земли?
Решение.
а) да, так как расстояние между Землей и Луной во много раз больше, чем их размеры;
б) нет, так как при измерении диаметра нельзя пренебрегать размерами объекта (в данном случае Луны);
в) да, так как существенное влияние на этот процесс оказывают силы тяготения, действие которых на тело сферической формы подобно действию на точку;
г) нет, так как точка размеров не имеет, а при посадке корабля важно учитывать поверхность, которая имеет вполне определенные размеры;
д) да, по причине обозначенной в пункте а).

Пример 2. (Физика. Задачник. Рымкевич А.П.) Указать, в каких из приведенных ниже случаях изучаемое тело можно принять за материальную точку: а) вычисляют давление трактора на грунт; б) определяют высоту поднятия ракеты; в) рассчитывают работу, совершенную при поднятии в горизонтальном положении плиты перекрытия известной массы на заданную высоту; г) определяют объем стального шарика, пользуясь измерительным цилиндром (мензуркой).
Решение.
а) нет, так как при вычислении давления твердого тела необходима площадь опоры, точка размеров, как и площади, не имеет;
б) да, так как можно считать, что ракета движется поступательно;
в) да, так как в данном случае работа будет определяться массой и высотой поднятия плиты и не зависит от размеров тела;
г) нет, так как объем определяется размерами тела, которых точка не имеет.

Пример 3. (Задачник по физике. 10 класс. Генденштейн. Л.Э.) В каких из нижеперечисленных задач тела можно рассматривать как материальные точки? Ответ поясните.
а) Расчёт манёвра стыковки двух космических кораблей.
б) Расчёт периода обращения искусственного спутника Земли.
в) Определение высоты подъёма ракеты.
г) Определение давления опоры моста на грунт.
д) Определение объёма гайки.
е) Расчёт движения Земли вокруг Солнца.
Решение.
а) нет, так как в данном случае нельзя пренебречь размерами тел;
б) да, так как размеры тел несущественны по сравнению с расстояниями между телами;
в) да, смотри выше;
г) нет, так как важна площадь опоры, т.е. ее размеры, а точка размеров не имеет;
д) нет, так как объем гайки зависит от ее размеров;
е) да, так как размеры тел намного меньше расстояния между телами.

Задачи для самостоятельного решения

1. (Сборник задач по физике. Степанова Г.Н.) В каких случаях человека можно считать материальной точкой: а) человек идет из дома на работу; б) человек выполняет гимнастические упражнения; в) человек совершает путешествие на пароходе; г) при измерении роста человека?

Нажмите, чтобы увидеть ответ

а) да;
б) нет;
в) да;
г) нет.

[свернуть]

2. (Сборник задач по физике. Степанова Г.Н.) Можно ли считать футболиста материальной точкой, когда: а) он бежит от середины поля к воротам противника; б) он отбирает мяч у противника; в) он делает пас другому игроку; г) он спорит с судьей; д) врач оказывает ему помощь?

Нажмите, чтобы увидеть ответ

а) да;
б) нет;
в) да;
г) нет;
д) нет.

[свернуть]

3. (Физика. Задачник. Рымкевич А.П.) Можно ли принять Землю за материальную точку при расчете: а) расстояния от Земли до Солнца;
б) пути, пройденного Землей по орбите вокруг Солнца за месяц;
в) длины экватора Земли;
г) скорости движения точки экватора при суточном вращении Земли вокруг оси;
д) скорости движения Земли по орбите вокруг Солнца?

Нажмите, чтобы увидеть ответ

а) да;
б) да;
в) нет;
г) да;
д) да.

[свернуть]

4. (Физика. Задачник. Рымкевич А.П.) Можно ли принять за материальную точку снаряд при расчете:
а) дальности полета снаряда;
б) формы снаряда, обеспечивающей уменьшение сопротивления воздуха?

Нажмите, чтобы увидеть ответ

а) да;
б) нет.

[свернуть]

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *