Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. И так мы начинаем опять с самого начала изучать раздел физики, посвященный механическому движению.
Но перед началом изучения механического движения давайте еще раз повторим те темы, которые мы прошли в разделе "Теория погрешностей". И так мы познакомились с тем, что такое физические величины, способах их измерения и их точности, далее продолжили изучать точность физических величин в отдельной лекции, далее познакомились с погрешностью прямых измерений. Классом точности приборов и погрешностью взвешивания, далее узнали о погрешности вычисления косвенных измерений и вычислении случайной погрешности и порешали задачи на вычисление погрешностей.
Ну а теперь переходим к следующему разделу...Раздел физики, который изучает механическое движение - это механика. Чем же занимается механика? Что такое механическое движение? Давайте, прежде, чем отвечать на этот вопрос, ответим на вопрос, а вообще, что такое движение, в самом его общем смысле?
Движение в самом общем смысле - это изменение чего угодно, скорости, положения и пр.
Например, социальное движение - за равноправие темнокожих и светлокожих людей, например, в Америке. Раньше не было равноправия...что-то изменилось и теперь это равноправие есть...а в общем смысле - это движение, движение вперед, это движение цивилизации. Экологическое движение...если раньше, например, выезжая на пикник мало кто задумывался о том, что необходимо за собой убирать мусор с полянки который образовался во время пикника, то теперь воспитанные люди собирают с собой весь мусор и выбрасывают его туда, где этот мусор потом можно будет вывести и обработать. Есть экономическое движение, например, за экономию ресурсов и т.д.
Ну а мы с вами будем изучать механическое движение. Что меняется при механическом движении?
При механическом движении меняется положение тела относительно других тел.
И именно эти слова необходимо упоминать потому что, мы не можем сразу сказать движется тело или нет. Давайте представим себе следующую ситуацию: вы участник байдарочного похода и в байдарочных походах иногда устраивают ночной сплав. Давайте представим...утром вы плывете по реке...светает...река укрыта туманом, берегов не видно, вокруг вас вода, пузырьки на этой воде плывут рядом с байдаркой и, вроде, ничто не движется и вдруг мимо нас с шумом проносится коряга рассекая воду. Можно ли сказать о том, что движется коряга или нет? Нельзя сказать, потому что сквозь туман мы можем увидеть рыбака и если этот рыбак посмотрит на корягу, то эта коряга относительно рыбака будет неподвижна, а относительно нас она будет двигаться. Значит все зависит от того относительно какого тела мы рассматриваем движение коряги в нашем примере. Если относительно байдарки, то мы видим как коряга проносится относительно него, а рыбак видит, что эта коряга спокойно располагается на некотором расстоянии от него и находится в определенном месте.
И так механическое движение - это изменение положения тела в пространстве относительно других тел...ну и изменение - это понятие, которое всегда затрагивает понятие времени. Если бы не было времени, то об изменениях мы бы не могли судить. Поэтому запишем строгое определение механического движения.
Механическое движение - это изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.
Вот что такое механическое движение. Поскольку механика изучает механическое движение, то сможем ли мы сформулировать в чем состоит основная задача механики?
Основная задача механики - указать положение тела в любой момент времени.
И между прочим, даже в те моменты, которые еще не наступили, т.е предсказать положение тела. Не просто указать каким было положение тела в прошлом, а научится предсказывать его будущее положение. И так...
Механика состоит из нескольких разделов. И мы начинаем изучение первого раздела механики - кинематика.
Кинематика - это раздел механики, который изучает движение тела не анализируя причины этого движения.
Что значит, что кинематика не анализирует причины движения тела? Это значит, что кинематика учится не объяснять, а описывать. Описать и объяснить - это разные вещи. И вот задача кинематики - это описать движение тела, т.е придумать способ с помощью которого можно было бы задать положение тела в любой момент времени. И этим мы с вами и будем заниматься на этой и ближайших лекциях.
И первая проблема, которая возникает при задании тела в пространстве - это то, что у каждого тела есть свой размер. Все имеет свой размер...
И на этой лекции мы будем заниматься языком, на котором говорят в кинематике.
И так можно придумать такой вид движения, при котором все точки тела движутся одинаково и этот один из простейших видов движения называется поступательным движением. Давайте запишем определение поступательного движения.
Поступательное движение - это такое движение тела при котором все его точки движутся одинаково.
Мы дали правильное и строгое определение поступательного движения, но в нем не хватает научности. И давайте сформулируем еще одно определение, которое будет более научным, потому что не совсем понятно, что значит, что движутся одинаково? Все перемещаются по одной траектории...да, нам бы хотелось так сказать, но не имеем право пока этого сделать, так как мы пока не сформулировали, что такое траектория. И с этого момента мы будем все понятия вводить строго, и каждое новое понятие будет опираться на предыдущее, поэтому пока мы не имеем право так говорить. Но можно сказать вот как. Давайте представим себе тоже самое тело, которое движется поступательно и давайте представим себе, что это тело пронзила стрела, т.е давайте выделим какую-то прямую внутри этого тела. При поступательном движении как перемещается прямая в виде стрелы? Она изменяет свое направление? При поступательном движении эта прямая своего направления не меняет, она движется параллельно самой себе. Однако, можно взять другую прямую, провести ее в теле и придумать такое движение, когда первая прямая будет оставаться параллельной самой себе, а вторая прямая уже будет менять свое направление. Будет это поступательным движением? Нет, значит одной прямой мало. А вот если любая прямая остается параллельна самой себе, то тогда движение будет поступательным. Поэтому давайте еще сформулируем эквивалентное определение поступательного движения.
Поступательное движение - это такое движение при котором любая прямая, проведенная в теле, остается параллельной самой себе.
Ну и раз мы уже заговорили об описании движения больших тел, размеры, которого существенны, то давайте сразу сформулируем еще одно понятие...есть еще один вид простейшего движения...вращательное движение.
Вращательное движение - это такое движение тела при котором все его точки движутся по окружностям с центрами, лежащими на одной прямой, называемой осью вращения.
Оказывается, что сколь угодно сложное вращение тела можно представить как комбинацию простейших видов движения: поступательного и вращательного.
А что же все-таки делать, если нельзя движение нельзя представить как комбинацию поступательного и вращательного или чисто поступательного и вращательного? Например, давайте представим себе автомобиль, едящий по ухабистой дороге и его положение в пространстве очень сложным образом меняется, и едет от из города А в город Б. И если автомобиль едет из города А в горд Б важен ли размер автомобиля? Будем ли мы описывать по-разному движение маленького запорожца и большой фуры? Нет, в этом случае все-равно какие размеры имеет автомобиль нам в этом случае важно за какое время он прошел расстояние от горда А до города Б. Значит, и запорожец и большая фура - это тела, размеры которого нас не интересуют и ими можно пренебречь. А всегда ли можно пренебречь размерами автомобиля? В любой ли задачи? Например, при парковке автомобиля можно ли пренебречь его размерами? Нет, нельзя потому что это может очень дорого обойтись, поэтому когда мы будем формулировать следующие понятия, мы обязательно должны указать, что в данной задаче размерами тела можно пренебречь. И тело размерами, которого в данной задаче можно пренебречь называется материальной точкой. Это еще одно понятие с которым мы постоянно будем иметь дело. Давайте запишем строгое определение.
Материальная точка - это тело, размерами, которого в данной задаче можно пренебречь.
И вот с этого момента мы будем считать наши с вами тела материальными точками. И когда этого нельзя будет делать мы об этом отдельно будем напоминать. А пока что любое движение тела, которое мы будем рассматривать мы будем считать материальной точкой.
В таком случае решить основную задачу механики - это означает указать положение точки в пространстве в любой момент времени. Как же можно задать положение точки в пространстве? Мы, ведь, хотим количественно это описать, значит нам нужно это положение задать с помощью чисел. И вот числа с помощью, которых задается положение точки в пространстве называются координаты.
Координаты - это числа с помощью которых задается положение точки в пространстве.
Сколько же чисел нужно для того, чтобы задать положение точки в пространстве? Оказывается, что бывает по-разному. Сколько нужно чисел, чтобы задать положение автомобиля на дороге, следующего из пункта А в пункт Б?
Для того, чтобы нам указать то положение, где мы находимся нам необходимо задать всего лишь одно число. Так как автомобиль - это у нас материальная точка, а дорога, просто, линия. И чтобы задать положение тела на линии нужно одно число - возле какого километрового столба вы остановились. Например, мы находимся на 285 километре и всем все понятно.
Для того, чтобы задать положение тела на поверхности сколько нужно чисел? Два. Например, если мы хотим задать положение кусочка мела на столе, то мы можем указать одно число - расстояние от одного из краев стола, и второе число - расстояние от перпендикулярного другому края стола. На шахматной доске сколькими знаками указывается положение шахматной фигуры? Двумя. Одно число и другая буква. Буква - это тоже заменитель числа. Чтобы задать положение кресла в зрительном зале сколько нужно чисел? Два - номер ряда и номер места в ряду.
А если движение происходит в пространстве, то тогда сколько чисел потребуется? Три. Например, если мы хотим задать положение кусочка мела в пространстве относительно стола, то мы можем опустить прямую на поверхность стола вертикально. Получить точку на его поверхности и измерить расстояние от этой точки до одного и другого края стола и расстояние от плоскости стола до самого кусочка мела - три координаты.
Больше чисел, чтобы задать положение точки в пространстве в нашем мире не нужно. Поэтому мы и говорим, что мы живем в трехмерном мире. Потому что нужно три числа, чтобы задать положение точки. И делать это можно самыми разными способами.
Существует несколько разных систем координат. Мы с вами будем пользоваться декартовыми координатами. Для этого мы будем пользоваться тремя взаимно перпендикулярными осями, но подробнее об этом мы потом будем говорить. Есть еще координаты цилиндрические, сферические - это чтобы описать положение тела в пространстве. Положение тела на плоскости можно задать так же полярными координатами, которые задаются двумя числами. Одно - это расстояние от центра, а второе угол между направлением на точку и направлением какой-то выделенной оси. А давайте вспомним название координаты с помощью которой описывается положение городов, гор - широта и долгота. Но, все-таки наш мир трехмерный и есть еще одно число, которое задает положение городов. Это - высота над уровнем моря. Если мы возьмем любую современную компьютерную программу по 3-х мерной модели Земли, то куда бы мы не направили с вами курсор компьютерной мыши, то внизу экрана мы прочтем три числа - широта, долгота и высота над уровнем моря.
И так, для того, чтобы задать положение тела в пространстве - нужна система координат. Так же мы помним, что о движении можно говорить только в том случае, если существует тело относительно которого мы рассматриваем положение изучаемого тела. Тело относительно, которого рассматривается движение называется телом отсчета. Давайте сформулируем строгое определение.
Тело отсчета - тело относительно которого рассматривается движение называется телом отсчета.
Давайте запишем определение системы отсчета.
Система отсчета - тело отсчета, система координат, связанная с ним и прибор для измерения времени.
И бессмысленно говорить о движении, если не указана система отсчета, причем, одно и то же движение может выглядеть очень просто, если правильно выбрана система отсчета. И очень сложно, если система отсчета выбрана неудачно. И, кстати, это одна из причин по которой люди думали, что Солнце вращается вокруг Земли, что Земля находится в центре вселенной и такое сложное движение светил связано с тем, что наблюдатели находятся в системе отсчета, которая очень сложно движется. Земля вращается вокруг своей Земли - это во-первых, во-вторых она движется по орбите вокруг Солнца и когда мы находимся на этой "карусели", то нам кажется, что в небесах происходит очень замысловатое движение. А на самом деле, если сменить систему отсчета - эти движения легко описываются. Это в свое время было сделано Коперником. И Коперник предложил свою систему мира, где Солнце неподвижно и относительно Солнца движение планет гораздо проще, чем относительно Земли.
Ну что ж мы с вами описываем движение точки. Давайте еще раз повторим.
Движение - это изменение положения в пространстве с течением времени.
Перемещение тела - это вектор, проведенный из начального положения тела в конечное.
А теперь давайте зададим себе такой вопрос, если тело было сначала в точке А а потом оказалось в точке B, то означает ли это что тело двигалось по прямой?
Давайте запишем определение траектории.
Траектория - это линия вдоль которой движется тело.
И теперь давайте запишем определение пути.
Путь - это длина траектории.
И так мы дали основные определения кинематики.
Стоит запомнить, что перемещение - это вектор, а путь это всегда число.
Скажите пожалуйста, а чему равен вектор перемещения, например, вашего перемещения с двух часов ночи "вчера" до двух часов ночи "сегодня". Если вы оба раза находитесь в одно и то же время в одном и том же месте, то вектор перемещения при этом равен нулю, хотя, путь по которому вы двигались в течении дня имеет очень замысловатую траекторию. Так что резюмируя на данном примере можно сказать, что вектор перемещения не всегда совпадает с путем.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора