Механическое движение. Система отсчета. Материальная точка

Механическое движение – это процесс изменения положения данного тела в пространстве с течением времени относительно другого тела, которое мы считаем неподвижным.

Тело, условно принятое за неподвижное – тело отсчета.

Тело отсчета – это тело, относительно которого опре-деляется положение другого тела.

Обычно в качестве тела отсчета выбирается земля, но может быть и движущийся относительно земли предмет: автомобиль, лодка, самолет и т.д.

Рис. 1.

Пример. Автомобиль (рис. 1) движется относительно тела отсчета – дерева. Человек вместе с автомобилем движется относительно этого тела отсчета, но относительно другого тела отсчета (автомобиль) находится в покое.

Механическое движение всегда относительное.

Механический покой всегда относительный.

Система отсчета – это тело отсчета, система координат, жестко связанная с ним, и прибор для измерения времени движения.

Простейшей системой координат является прямоугольная декартова система (рис. 2). Система координат нужна для определения положения тела относительно тела отсчета. Выбор системы отсчета зависит от условий дан-ной задачи.

Рис. 2.

Движение реальных тел, как правило, сложное. Для упрощения рас-смотрения движений пользуются моделями. Одними из первых моделей реальных тел являются абсолютное твердое тело и материальная точка.

Абсолютно твердым телом называется тело, рас-стояние между любыми двумя точками которого остается постоянным при любых внешних воздействиях.

Эта модель позволяет исключить деформацию тел при движении. Изу-чив движение абсолютно твердого тела, мы понимаем закономерности движения реальных твердых тел.

Простейшими видами механического движения абсолютно твердого тела являются поступательное (рис. 3) и вращательное (рис. 4).

Рис. 3

Рис. 4

Поступательным движением называется движение, при котором любая прямая, соединяющая две произ-вольные точки тела, перемещается параллельно самой себе. При поступательном движении траектории всех точек тела одинаковы. Таким образом, для описания поступательного движения тела достаточно описать движение какой-либо одной его точки (т.е. рассмотреть кинематику прямолинейного движения материальной точки).

Вращательным движением называется такое движе-ние, при котором все точки тела описывают окружности в параллельных плоскостях, а центры этих окружностей лежат на одной прямой, называемой осью вращения (неподвижная ось – рис. 3). Любое плоское движение можно представить как результат поступательного движения вдоль ВВ' и «чистого вращения» на угол А'В'А'' – рис. 4. Изучая характер движения Земли, планет относительно Солнца, мы можем не учитывать размеры этих тел и считать их материальными точками (т.е. рассмотреть кинематику криволинейного движения материальной точки).

Материальной точкой называется тело, размерами и формой которого можно пренебречь в данной задаче. Данное понятие является математической абстракцией. Одно и то же тело в одних задачах можно рассматривать как материальную точку, а в других задачах – нельзя. Например, радиус Земли R_Земли равен 6400 км, расстояние между Солнцем и Землей L равно 150 000 000 км (L > > R_Земли). Рассматривая движение Земли относительно Солнца, радиусом Земли можно пре-небречь и считать, что Земля – материальная точка. Однако если нужно выяснить причины смены времен года, то Землю уже нельзя считать матери-альной точкой, а надо учитывать ее размеры, вращение вокруг оси и т.д. Мы будем изучать механическое движение материальной точки для того, чтобы потом определить движение реального тела.