Механика первый и наиболее сложный раздел в изучении школьной физики, объём и сложность которого наибольшие в ЕГЭ.
Механика - это раздел физики изучающий движение тел. Его можно условно разделить на три основных подраздела: кинематика, динамика и статика.
Кинематика - изучает "как" движутся тела (с какими скоростями, ускорениями, за какое время и т.д.).
Динамика - изучает "почему" движутся тела (под действием каких сил).
Статика - изучает условия равновесия тел (вращательное и поступательное).
Основные термины и понятия
Основные понятия, термины и модели которые используются при описании движения тела это:
Механическое движение - изменение положения тела в пространстве с течением времени.
Траектория - линия вдоль которой движется тело.
В заданиях ЕГЭ очень любят спрашивать про путь и перемещение. Для неосведомлённого человека эти понятия означают одно и тоже, но это совсем не так.
Путь - длинна траектории.
Перемещение - вектор, соединяющий начальное положение тело и конечное.
Из определений видно, что различия колоссальны. Во-первых, чисто математически путь величина скалярная (обычное число), а перемещение - вектор(величина имеющая и длину и направление). Во-вторых путь это длина траектории, а траектория может быть замкнутой, то есть начало движения и конец будут совпадать. Соответственно путь в таком случае будет не нулевой (траектория не точка), а перемещение по модулю - ноль, так как начальное положение и конечное совпали. Это наглядно продемонстрировано на рисунке.
Инерция - свойство тел сохранять свою скорость постоянной или нулевой.
Масса - мера инерции.
Чтобы описывать любое движение необходимо задать систему отсчёта. Система отсчёта состоит из тела отсчёта, системы координат и прибора измерения времени (часов).
При этом для более простого описания в некоторых задачах применима модель материальной точки.
Материальная точка - тело, размерами и формой которого можно пренебречь.
Например, если рассматривается движение машины между двумя городами, то совершенно неважно какой длинны машина, поэтому в расчёте пути, длина машины учитываться не будет (длина тела много меньше расстояния). А вот если рассматривать время прохождения поезда через перрон, то длина поезда уже будет учитываться в задаче (линейный размер тела и рассматриваемое расстояние соизмеримы). В первом случае модель материальной точки применима, а во втором нет.
Законы Ньютона
Основными законами механики являются три закона Ньютона.
1-ый закон Ньютона - существуют некие инерциальные системы отсчёта, в которых тело покоится или движется с постоянной скоростью.
2-ой закон Ньютона - ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей всех сил, приложенных к телу, и обратно пропорциональна массе тела.
3-ий закон Ньютона - существуют парные силы, направления которых противоположны, а модули - равны.
Более подробно законы Ньютона и их применение рассмотрим в статье посвящённой подразделу динамика.
Скорость
Также стоит упомянуть понятие скорости, оно не настолько простое и однозначное как можно подумать. Существует два вида скорости с точки зрения промежутка времени за который рассчитывается изменение тела в пространстве: средняя скорость и мгновенная скорость.
Средняя скорость - это отношение всего пройденного пути и всего времени наблюдения. То есть в расчёт времени берётся не только время движения, но и время остановок тела. К примеру, если тело прошло путь 100км за 1 час, потом 1 час покоилось, после чего проехало 50 км за 1 час - расчёт будет следующий:
Мгновенная скорость - это скорость в конкретный момент времени в данной точке пространства. Ещё говорят, что это отношение пути пройденного телом за бесконечно малый промежуток времени (производная в математике). Например, на спидометре машины показывается именно мгновенная скорость.
Заключение
В этой статье мы рассмотрели основные термины, понятия и законы механики. Более детально по каждому разделу мы пройдёмся в следующих статьях. Хоть и получилось достаточно "душно", но без этого никак не обойтись, формальности есть везде. Эти термины, к сожалению, придётся запомнить и понять для успешной сдачи ЕГЭ. На этих терминах строятся условия задач и на незнании сути терминов (к примеру путь и перемещение) - составители экзамена любят ловить. Но не стоит переживать, следующие темы будут иметь более прикладной характер.
В следующих статьях я буду более детально рассматривать каждый из подразделов механики, готовьтесь к большому количеству математики ;)
автор - Фатуллаев Глеб
Контакты:
mr.gleb-fatullaev@yandex.ru