Елементи кінематики

Завдання механіки полягає у вивчення різних рухів та встановленні їх законів, які дають можливість наперед передбачати потрібні рухи і конструювати механізми та машини. Спочатку виникла та розвивалась так звана класична механіка, основні закони якої були сформульовані Ньютоном. Вона вивчає рухи макроскопічних тіл, швидкості яких малі порівняно із швидкістю світла. Макроскопічні тіла – це звичайні тіла, що оточують нас, тобто тіла, які складаються з великої кількості молекул та атомів. Рухи тіл, швидкості яких близькі до швидкості світла, вивчаються у релятивістській механіці, основою якої є теорія відносності. Рухи мікроскопічних тіл (атомів, протонів, нейтронів, електронів та інших елементарних частинок) вивчає квантова механіка.

Традиційно вивчення курсу фізики починається з класичної механіки. Це зумовлено тим, що основні її питання і методи при відповідних узагальненнях використовуються у всіх інших розділах фізики. Щодо підходу вивчення механічних рухів механіку поділяють на:

§ кінематику, яка вивчає змину положення тіл або їхніх частин у просторі або в часі без урахування взаємодії з іншими тілами;

§ динаміку – це основний розділ механіки, в якому встановлюються закони механічних рухів у зв’язку з тими механічними взаємодіями тіл, які ведуть до зміни їх механічних станів;

§ статику, яка вивчає умови рівноваги тіл. Її закони можна вивести із законів динаміки, тому статику розглядають як окремий випадок динаміки.

Оскільки поняття простору і часу – категорії філософські, то фізика тільки встановлює властивості, притаманні саме їм. На основі дослідних даних у фізиці вважається, що властивості простору і часу не залежать від наявності матеріальних тіл, що простір - тривимірний, однорідний, неперервний та ізотропний.

Однорідність простору означає, що в будь-якому його місці фізичні явища при однакових умовах відбуваються однаково. Ізотропність простору означає, що повертання системи взаємодіючих тіл на деякий кут не впливає на перебіг фізичних процесів. Класична фізика вважає, що час також однорідний, неперервний і не залежить від наявності матеріальних тіл.

Об’єктами вивчення механіки є не реальні тіла в усій їх багатогранності, а ідеалізовані об’єкти – моделі - це деякий уявний образ явища, що спирається на відомі поняття і дозволяє побудувати корисну аналогію:

§ матеріальна точка;

§ абсолютно тверде тіло;

§ ідеальна рідина, тощо.

Такі наукові абстракції дають можливість зосередити дослідження на з’ясуванні основних законів механічного руху, опускаючи другорядні деталі явищ, а також дають можливість використовувати математичний апарат при вивченні механічних рухів. За видом об’єктів дослідження механіку поділяють на:

§ механіку матеріальної точки;

§ механіку твердого тіла;

§ механіку суцільних середовищ (гідродинаміку, газодинаміку, теорію пружності).

Матеріальна точка – найпростіший об’єкт, рух якого вивчає механіка - макроскопічне тіло, розмірами якого в даному випадку можна нехтувати, маса якого зосереджена в одній геометричній точці. Поняття про те, коли реальне тіло можна вважати матеріальною точкою, залежить не стільки від самого тіла, скільки від характеру руху, а також від змісту тих запитань, на які необхідно отримати відповіді. Абсолютні розміри тіла не відіграють ні якої ролі. Важливими є відносні розміри, тобто відношення розмірів тіла до деяких відстаней, характерних для конкретної задачі. Одне і те саме тіло в одних умовах можна вважати матеріальною точкою, в інших – ні. Так, вивчаючи рух Землі навколо Сонця, Землю можна вважати матеріальною точкою, оскільки її діаметр становить 0,0001 радіуса земної орбіти. Тіло протяжних розмірів можна замінити матеріальною точкою в тих випадках, коли важливими є не розміри і форма тіла, і його маса. Механіка однієї матеріальної точки в класичній фізиці є основою для вивчення механіки взагалі, оскільки макроскопічне тіло, або систему тіл, можна уявити як сукупність малих тіл, кожне з яких можна вважати матеріальною точкою.

РУХ МАТЕРІАЛЬНОЇ ТОЧКИ. ВЕКТОР ПЕРЕМІЩЕННЯ [3-5,7]

Положення точок у просторі можна характеризувати різними способами, згідно з якими можна описувати і рух точки.