Елементи кінематики

Елементи кінематики

Найпростішою формою руху матерії є механічних рух, що полягає в переміщенні тіл чи їх частин одна відносно іншої у просторі із часом.

Механіка – це розділ фізики, що вивчає закономірності механічного руху тіл. При цьому під механічною дією розуміють таку взаємодію з боку інших тіл, яка призводить до зміни стану механічного руху даного тіла або до його деформації.

Розвиток механіки, як науки починається з III ст. до н. е., коли древньогрецький вчений Архімед (287—212 до н. е.) сформулював закон рівноваги важеля і закони рівноваги плаваючих тіл. Основні закони механіки встановлені італійським фізиком і астрономом Г. Галілеєм (1564 – 1642) і остаточно сформульовані англійським ученим І. Ньютоном (1643 – 1727), тому механіку макроскопічних тіл, що рухаються з малими швидкостями (в порівнянні із швидкістю світла у вакуумі c = 3∙10⁸ м/с), називають класичною, або ньютонівською механікою. Релятивістська механіка вивчає рух тіл із швидкістю, що наближається до швидкості світла. Вона базується на спеціальній теорії відносності А. Ейнштейна. Механіку мікросвіту – світу атомів, молекул, електронів тощо – вивчає квантова фізика.

Механіка поділяється на три розділи:

Кінематика ­– це розділмеханіки, в якому досліджується механічний рух тіл, не розглядаючи причини, що цей рух зумовлюють.

Динаміка ­– це розділмеханіки, в якому досліджуються причини, які викликають чи змінюють механічний рух тіл.

Статика ­– це це розділмеханіки, в якому досліджуються закони рівноваги системи тіл. Якщо відомі закони руху тіл, то із них можна встановити і закони рівноваги. Тому закони статики окремо від законів динаміки фізика не розглядає.

Для опису механічного руху тіл в залежності від умов конкретної задачі, механіка використовує різні фізичні моделі. Найпростішою моделлю є матеріальна точка – це тіло, що характеризується масою і розмірами якого в даній задачі можна знехтувати. Поняття матеріальної точки – абстрактне, але його введення полегшує розв’язок практичних задач. Наприклад, вивчаючи рух планет по орбітах навколо Сонця, можна прийняти їх за матеріальні точки.

Структура курсу механіки виглядає наступним чином: спочатку вивчають рух однієї матеріальної точки, далі переходять до вивчення руху системи матеріальних точок.

Рух тіл відбувається у просторі і у часі. Тому для опису руху матеріальної точки необхідно знати, в яких місцях простору ця точка знаходилась і в які моменти часу вона проходила те чи інше положення. Положення матеріальної точки визначається по відношенню до якого-небудь іншого, довільно вибраного тіла, що називається тілом відліку. Звичайно із тілом відліку пов’язують деяку систему координат: декартову (рис.1.3, а), циліндричну (рис.1.3, б), сферичну (рис.1.3, в).

Сукупність просторової системи координат, зв’язаної з тілом відліку, і синхронізованих годинників називається системою відліку. Найчастіше використовується декартова система координат, тому у майбутньому для опису руху ми користуватися саме нею.