Дайте определението за механично движение на референтна система. Относителност на механичното движение

Какво е механично движение и как се характеризира? Какви параметри се въвеждат, за да се разбере този тип движение? Какви термини се използват най-често в този случай? В тази статия ще отговорим на тези въпроси, ще разгледаме механичното движение от различни гледни точки, ще дадем примери и ще се занимаваме с решаването на задачи от физиката по съответната тема.

Основни понятия

Още от училище ни учат, че механичното движение е промяна в позицията на тялото във всеки момент от времето спрямо други тела в системата. Всъщност това е така. Нека вземем обикновената къща, в която се намираме, като нула на координатната система. Визуално си представете, че къщата ще бъде началото на координатите, а абсцисата и ординатната ос ще излизат от нея във всяка посока.

В този случай нашето движение в къщата, както и извън нея, ясно ще демонстрира механичното движение на тялото в референтната рамка. Представете си, че една точка се движи по координатна система, като във всеки момент променя координатите си спрямо абсцисната и ординатната ос. Всичко ще бъде просто и ясно.

Характеристики на механичното движение

Какъв вид движение може да бъде това? Няма да навлизаме твърде дълбоко в джунглата на физиката. Нека разгледаме най-простите случаи, когато възниква движение материална точка. Разделя се на праволинейно движение и криволинейно движение. По принцип всичко вече трябва да е ясно от заглавието, но нека поговорим за това по-конкретно, за всеки случай.

Праволинейното движение на материална точка ще се нарича такова движение, което се случва по траектория под формата на права линия. Е, например, кола се движи точно под път, който няма завои. Или по участък от подобен път. Това ще бъде линейно движение. В този случай тя може да бъде равномерна или равномерно ускорена.

Криволинейно движение на материална точка ще се нарича такова движение, което се извършва по траектория, която няма формата на права линия. Траекторията може да бъде прекъсната или затворена линия. Тоест кръгова траектория, елипсоидална и т.н.

Механично движение на населението

Този тип движение няма почти абсолютно нищо общо с физиката. Въпреки че зависи от каква гледна точка го възприемаме. Какво най-общо се нарича механично движение на населението? Отнася се за преместване на индивиди, което се случва в резултат на миграционни процеси. Това може да бъде както външна, така и вътрешна миграция. Въз основа на продължителността механичното движение на населението се разделя на постоянно и временно (плюс махало и сезонно).

Ако разгледаме този процес от физическа гледна точка, тогава може да се каже само едно: това движение ще демонстрира отлично движението на материалните точки в референтната система, свързана с нашата планета - Земята.

Равномерно механично движение

Както подсказва името, това е вид движение, при което скоростта на тялото има определена стойност, която се поддържа постоянна по модул. С други думи, скоростта на тяло, което се движи равномерно, не се променя. IN Истински животедва ли можем да забележим идеални примери за равномерно механично движение. Съвсем основателно можете да възразите, че можете да карате кола със скорост от 60 километра в час. Да, определено скоростомер превозно средствоможе да демонстрира подобна стойност, но това не означава, че всъщност скоростта на автомобила ще бъде точно шестдесет километра в час.

За какво става дума? Както знаем, първо, всички измервателни уреди имат определена грешка. Линийки, везни, механични и електронни инструменти - всички те имат определена грешка, неточност. Можете да видите това сами, като вземете дузина линийки и ги прикрепите една към друга. След това може да забележите някои несъответствия между милиметровите маркировки и тяхното приложение.

Същото важи и за скоростомера. Има определена грешка. За инструментите неточността е числено равна на половината от стойността на делението. При автомобилите скоростомерът ще бъде неточен с 10 километра в час. Ето защо в определен момент е невъзможно да се каже със сигурност, че се движим с една или друга скорост. Вторият фактор, който ще доведе до неточност, ще бъдат силите, действащи върху колата. Но силите са неразривно свързани с ускорението, така че ще говорим за тази тема малко по-късно.

Много често равномерното движение се среща в задачи от математически характер, а не от физически. Там мотоциклетисти, камиони и автомобили се движат с еднаква скорост, еднаква по големина в различни моменти от време.

Равноускорено движение

Във физиката този тип движение се среща доста често. Дори в задачите от част „А” и на 9-ти, и на 11-ти клас има задачи, в които трябва да можете да извършвате операции с ускорение. Например „A-1“, където е начертана графика на движението на тялото в координатни оси и трябва да изчислите колко разстояние е изминала колата за определен период от време. Освен това един от интервалите може да демонстрира равномерно движение, докато във втория е необходимо първо да се изчисли ускорението и едва след това изминатото разстояние.

Откъде знаеш, че движението е равномерно ускорено? Обикновено задачите предоставят информация за това директно. Тоест има или цифрова индикация за ускорението, или са дадени параметри (време, промяна на скоростта, разстояние), които ни позволяват да определим ускорението. Трябва да се отбележи, че ускорението е векторна величина. Това означава, че може да бъде не само положително, но и отрицателно. В първия случай ще наблюдаваме ускорението на тялото, във втория - неговото забавяне.

Но се случва информацията за вида на движението да се преподава на ученика в малко потайна, ако можете да го наречете така, форма. Например, казва се, че нищо не действа върху тялото или сумата от всички сили е нула. Е, в този случай трябва ясно да разберете, че говорим за равномерно движение или покой на тяло в определена координатна система. Ако си спомняте втория закон на Нютон (който гласи, че сборът от всички сили не е нищо повече от произведението на масата на тялото и ускорението, придадено под действието на съответните сили), лесно ще забележите един интересно нещо: Ако сборът на силите е нула, тогава произведението на масата и ускорението също ще бъде нула.

Заключение

Но масата е постоянна величина за нас и априори не може да бъде нула. В този случай логичният извод би бил, че при липса на действие външни сили(или при тяхното компенсирано действие) тялото няма ускорение. Това означава, че е или в покой, или се движи с постоянна скорост.

Формула за равномерно ускорено движение

Понякога се среща в научна литератураподход, според който първо се дават прости формули, а след това, като се вземат предвид определени фактори, те се усложняват. Ние ще направим обратното, а именно ще разгледаме първо равномерно ускорено движение. Формулата, по която се изчислява изминатото разстояние е следната: S = V0t + at^2/2. Тук е V0 начална скоростна тялото, a е ускорението (може да бъде отрицателно, тогава знакът + във формулата ще се промени на -), а t е времето, изминало от началото на движението до спирането на тялото.

Формула за равномерно движение

Ако говорим за равномерно движение, не забравяйте, че в този случай ускорението е нула (a = 0). Заместете нула във формулата и получете: S = V0t. Но скоростта по целия маршрут е постоянна, грубо казано, тоест ще трябва да пренебрегнем силите, действащи върху тялото. Което, между другото, се практикува навсякъде в кинематиката, тъй като кинематиката не изучава причините за движението, динамиката се занимава с това. Така че, ако скоростта по целия участък от пътя е постоянна, тогава нейната първоначална стойност съвпада с всяка междинна, както и крайната. Следователно формулата за разстоянието ще изглежда така: S = Vt. Това е всичко.

Механично движение тяло се нарича промяна в положението му в пространството спрямо други тела с течение на времето. Например, човек, който се вози на ескалатор в метрото, е в покой спрямо самия ескалатор и се движи спрямо стените на тунела

Видове механични движения:

праволинейни и криволинейни - според формата на траекторията;
равномерни и неравномерни - според закона на движението.

Механично движение относително. Това се проявява във факта, че формата на траекторията, изместването, скоростта и други характеристики на движението на тялото зависят от избора на референтна система.

Тялото, спрямо което се разглежда движението, се нарича референтно тяло. Формират се координатната система, референтното тяло, с което е свързана, и устройството за отчитане на времето справочна система , спрямо които се разглежда движението на тялото.

Понякога размерът на тялото в сравнение с разстоянието до него може да бъде пренебрегнат. В тези случаи се разглежда тялото материална точка.

Определянето на позицията на тялото по всяко време е основната задача на механиката.

Важни характеристики на движението са траектория на материална точка, преместване, скорост и ускорение. Линията, по която се движи материална точка, се нарича траектория . Дължината на траекторията се нарича път (L). Единицата за измерване на пътя е 1 m. Векторът, свързващ началната и крайната точка на траекторията, се нарича изместване (). Изместващ агрегат-1 м.

Най-простият вид движение е равномерното линейно движение. Движение, при което тялото извършва едни и същи движения през равни интервали от време, се нарича праволинейно равномерно движение. Скорост() - вектор физическо количество, характеризираща скоростта на движение на тялото, числено равна на съотношението на движението за кратък период от време към стойността на този интервал. Определящата формула за скорост има формата v = s/t. Единица за скорост - Госпожица. Скоростта се измерва със скоростомер.

Движението на тяло, при което скоростта му се променя еднакво за всеки период от време, се нарича равномерно ускореноили еднакво променлива.

— физическо количество, което характеризира скоростта на промяна на скоростта и е числено равно на отношението на вектора на промяна на скоростта за единица време. SI единица за ускорение — m/s 2 .

равномерно ускорено, ако модулът на скоростта нараства, условието за равномерно ускорено движение. Например ускоряващи превозни средства - автомобили, влакове и свободно падащи тела близо до повърхността на Земята ( = ).

Еднакво редуващо се движение се нарича еднакво бавно, ако скоростният модул намалява. — състояние на равномерно забавено движение.

Мигновена скорост равномерно ускорено праволинейно движение

Механично движениее промяна в положението на тялото в пространството спрямо други тела.

Например, кола се движи по пътя. В колата има хора. Хората се движат заедно с колата по пътя. Тоест хората се движат в пространството спрямо пътя. Но спрямо самата кола хората не се движат. Това показва относителността на механичното движение. След това ще разгледаме накратко основни видове механични движения.

Движение напред- това е движение на тяло, при което всички негови точки се движат еднакво.

Например, същата кола прави пътуване по пътя движение напред. По-точно, само тялото на автомобила извършва постъпателно движение, докато колелата му извършват въртеливо движение.

Ротационно движениее движението на тялото около определена ос. При такова движение всички точки на тялото се движат в кръгове, чийто център е тази ос.

Колелата, които споменахме, извършват въртеливо движение около осите си, като в същото време колелата извършват постъпателно движение заедно с купето на автомобила. Тоест колелото извършва въртеливо движение спрямо оста и постъпателно движение спрямо пътя.

Осцилаторно движение- Това е периодично движение, което се случва последователно в две противоположни посоки.

Например, махало в часовник извършва колебателно движение.

Прогресивен и въртеливо движение- най-простите видове механично движение.

Относителност на механичното движение

Всички тела във Вселената се движат, така че няма тела, които да са в абсолютен покой. По същата причина е възможно да се определи дали едно тяло се движи или не само спрямо някое друго тяло.

Например, кола се движи по пътя. Пътят се намира на планетата Земя. Пътят е неподвижен. Следователно е възможно да се измери скоростта на автомобил спрямо неподвижен път. Но пътят е неподвижен спрямо Земята. Самата Земя обаче се върти около Слънцето. Следователно пътят заедно с колата също се върти около Слънцето. Следователно колата извършва не само транслационно движение, но и ротационно движение (спрямо Слънцето). Но спрямо Земята колата прави само постъпателно движение. Това показва относителността на механичното движение.

Относителност на механичното движение– това е зависимостта на траекторията на тялото, изминатото разстояние, движението и скоростта от избора референтни системи.

Материална точка

В много случаи размерът на тялото може да бъде пренебрегнат, тъй като размерите на това тяло са малки в сравнение с разстоянието, което това тяло се движи, или в сравнение с разстоянието между това тяло и други тела. За да се опростят изчисленията, такова тяло може условно да се счита за материална точка, която има масата на това тяло.

Материална точкае тяло, чиито размери могат да бъдат пренебрегнати при дадени условия.

Колата, която споменахме много пъти, може да се приеме за материална точка спрямо Земята. Но ако човек се движи вътре в тази кола, тогава вече не е възможно да се пренебрегне размерът на колата.

Като правило, когато решаваме задачи по физика, ние разглеждаме движението на тялото като движение на материална точка, и оперират с такива понятия като скорост на материална точка, ускорение на материална точка, импулс на материална точка, инерция на материална точка и др.

Референтна рамка

Материалната точка се движи спрямо други тела. Тялото, по отношение на което се разглежда това механично движение, се нарича референтно тяло. Референтно тялосе избират произволно в зависимост от задачите, които се решават.

Свързан с референтния орган координатна система, която е отправна точка (начало). Координатната система има 1, 2 или 3 оси в зависимост от условията на движение. Позицията на точка върху линия (1 ос), равнина (2 оси) или в пространството (3 оси) се определя съответно от една, две или три координати. За да се определи позицията на тялото в пространството във всеки момент от времето, е необходимо също да се зададе началото на отброяването на времето.

Референтна рамкае координатна система, референтно тяло, с което е свързана координатната система, и устройство за измерване на времето. Движението на тялото се разглежда спрямо отправната система. В същото тяло, относително различни телаброим в различни системикоординатите могат да бъдат напълно различни координати.

Траектория на движениесъщо зависи от избора на референтна система.

Видове отправни системимогат да бъдат различни, например неподвижна отправна система, подвижна отправна система, инерциална отправна система, неинерциална отправна система.

статия взета от сайта av-physics.narod.ru

Днес ще говорим за систематичното изучаване на физиката и нейния първи раздел - механика. Проучвания по физика различни видовепромени или процеси, протичащи в природата, и какви процеси са били от интерес за нашите предци? Разбира се, това са процеси, свързани с движението. Те се чудеха дали копието, което хвърлиха, ще достигне мамута; те се чудеха дали пратеникът с важни новини ще има време да стигне до съседната пещера преди залез слънце. Всички тези видове движение и механичното движение като цяло се изучават от раздела, наречен механика.

Накъдето и да погледнем, около нас има много примери за механично движение: нещо се върти, нещо скача нагоре и надолу, нещо се движи напред-назад, а други тела могат да бъдат в покой, което също е пример за механично движение, чиято скорост е нула.

Определение

Механично движениесе нарича промяната в положението на телата в пространството спрямо други тела с течение на времето (фиг. 1).

Ориз. 1. Механично движение

Както физиката е разделена на няколко раздела, така и механиката има свои раздели. Първият от тях се нарича кинематика. Раздел механика кинематикаотговаря на въпроса как се движи тялото. Преди да започнете да работите върху изучаването на механичното движение, е необходимо да дефинирате и научите основните понятия, така наречената ABC на кинематиката. В този урок ще научим:

Изберете референтна система за изучаване на движението на тялото;

Опростете задачите, като мислено замените тялото с материална точка;

Определете траекторията на движение, намерете път;

Разграничете видовете движения.

При определянето на механичното движение изразът е от особено значение спрямо други тела. Винаги трябва да избираме така нареченото референтно тяло, тоест тялото, спрямо което ще разглеждаме движението на обекта, който изучаваме. Прост пример: преместете ръката си и ми кажете дали се движи? Да, разбира се, по отношение на главата, но по отношение на копчето на ризата ви няма да мръдне. Следователно изборът на референция е много важен, тъй като спрямо едни тела има движение, но спрямо други тела движение не се извършва. Най-често за референтно тяло се избира тялото, което винаги е под ръка, или по-скоро под краката, - това е нашата Земя, която в повечето случаи е референтното тяло.

Учените отдавна спорят дали Земята се върти около Слънцето или Слънцето се върти около Земята. Всъщност, от гледна точка на физиката, от гледна точка на механичното движение, това е просто спор за отправното тяло. Ако считаме Земята за референтно тяло, тогава да, Слънцето се върти около Земята; ако считаме Слънцето за референтно тяло, тогава Земята се върти около Слънцето. Следователно референтното тяло е важно понятие.

Как да опишем промяна в позицията на тялото?

За да уточним точно положението на тялото, което ни интересува спрямо референтното тяло, е необходимо да свържем координатна система с референтното тяло (фиг. 2).

Когато едно тяло се движи, координатите се променят и за да опишем промяната им, ни трябва устройство за измерване на времето. За да опишете движението, трябва да имате:

Еталонно тяло;

Координатна система, свързана с референтното тяло;

Устройство за измерване на времето (часовник).

Всички тези обекти заедно образуват референтна рамка. Докато не сме избрали референтна система, няма смисъл да описваме механичното движение - няма да сме сигурни как се движи тялото. Прост пример: куфар, лежащ на рафт в купето на влака, който се движи, е просто в покой за пътника, но за човек, стоящ на платформата, той се движи. Както виждаме, едно и също тяло се движи и е в покой, целият проблем е, че референтните системи са различни (фиг. 3).

Ориз. 3. Различни системи за отчетност

Зависимост на траекторията от избора на отправна система

Нека отговорим на един интересен и важен въпрос: дали формата на траекторията и пътя, изминат от тялото, зависят от избора на отправна система. Помислете за ситуация, в която има пътник от влака, до когото има чаша вода на масата. Каква ще бъде траекторията на стъклото в системата за отчитане, свързана с пътника (референтното тяло е пътникът)?

Разбира се, стъклото е неподвижно спрямо пътника. Това означава, че траекторията е точка, а преместването е равно (фиг. 4).

Ориз. 4. Траекторията на стъклото спрямо пътника във влака

Каква ще бъде траекторията на стъклото спрямо пътника, който чака влака на перона? За този пътник ще изглежда, че стъклото се движи по права линия и има различен от нула път (фиг. 5).

Ориз. 5. Траекторията на стъклото спрямо пътника на платформата

От горното можем да заключим, че траекторията и пътя зависят от избора на отправна система.

За да се опише механичното движение, първо е необходимо да се вземе решение за референтна система.

Ние изучаваме движението, за да предвидим къде ще бъде този или онзи обект в желания момент. Основната задача на механиката- определяне на позицията на тялото по всяко време. Какво означава да се опише движението на тяло?

Нека разгледаме един пример: автобус пътува от Москва до Санкт Петербург (фиг. 6). Интересуваме ли се от размера на автобуса в сравнение с разстоянието, което ще измине?

Ориз. 6. Автобусно движение от Москва до Санкт Петербург

Разбира се, размерът на автобуса в този случай може да бъде пренебрегнат. Можем да опишем автобуса като една движеща се точка, иначе се нарича материална точка.

Определение

Тяло, чиито размери могат да бъдат пренебрегнати в тази задача, се нарича материална точка.

Едно и също тяло, в зависимост от условията на задачата, може да бъде или да не е материална точка. При преместване на автобус от Москва до Санкт Петербург автобусът може да се счита за материална точка, тъй като размерите му не са сравними с разстоянието между градовете. Но ако муха влетя в автобуса и ние искаме да проучим движението му, тогава в този случай размерите на автобуса са важни за нас и той вече няма да бъде материална точка.

Най-често в механиката ще изучаваме движението на материална точка. При движение материалната точка последователно преминава позиция по определена линия.

Определение

Линията, по която се движи тяло (или материална точка), се нарича траектория на движение на тялото (ориз. 7).

Ориз. 7. Траектория на точка

Понякога наблюдаваме траектория (например процеса на оценяване на урок), но най-често траекторията е някаква въображаема линия. Ако разполагаме с измервателни уреди, можем да измерим дължината на траекторията, по която се е движило тялото и да определим величина, т.нар. път(фиг. 8).

Определение

Пътекапреминат от тялото за известно време е дължина на участъка от траекторията.

Ориз. 8. Пътека

Има два основни вида движение - праволинейно и криволинейно движение.

Ако траекторията на тялото е права линия, тогава движението се нарича праволинейно. Ако едно тяло се движи по парабола или по друга крива, говорим за криволинейно движение. Когато се разглежда движението не само на материална точка, а движението на реално тяло, се разграничават още два вида движение: транслационно движение и ротационно движение.

Транслационно и ротационно движение. Пример

Кои движения се наричат транслационни и кои ротационни? Нека разгледаме този въпрос на примера на виенско колело. Как се движи кабината на виенското колело? Нека маркираме две произволни точки от кабината и да ги свържем с права линия. Колелото се върти. След известно време маркирайте същите точки и ги свържете. Получените линии ще лежат на успоредни линии (фиг. 9).

Ориз. 9. Движение напред на кабината на виенското колело

Ако права линия, прекарана през които и да е две точки на тялото, остане успоредна на себе си по време на движение, тогава движениеНаречен прогресивен.

В противен случай имаме работа с ротационно движение. Ако правата линия не беше успоредна на вас, тогава пътникът най-вероятно би изпаднал от кабината на колелото (фиг. 10).

Ориз. 10.Въртеливо движение на колелото на кабината

Ротационене движение на тяло, при което неговите точки описват окръжности, лежащи в успоредни равнини. Правата, свързваща центровете на окръжностите, се нарича ос на въртене.

Много често трябва да имаме работа с комбинация от постъпателно и въртеливо движение, така нареченото постъпателно-въртеливо движение. Най-простият пример за такова движение е движението на скок във вода (фиг. 11). Той извършва въртене (салто), но в същото време центърът на масата му се измества напред по посока на водата.

Ориз. 11. Постъпателно-въртеливо движение

Днес изучавахме ABC на кинематиката, тоест основните, най-важни понятия, които по-късно ще ни позволят да преминем към решаване основна задачамеханика - определяне на позицията на тялото по всяко време.

Библиография

Тихомирова С.А., Яворски Б.М. Физика ( основно ниво на) - М.: Мнемозина, 2012.
Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Физика 10 клас. - М.: Мнемозина, 2014.
Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика - 9, Москва, Образование, 1990г.

Интернет портал „Av-physics.narod.ru” ().
Интернет портал „Rushkolnik.ru” ().
Интернет портал „Testent.ru“ ().

Домашна работа

Помислете какво е референтното тяло, когато казваме:

книгата лежи неподвижно върху маса в купето на движещ се влак;
стюардеса минава през пътническата кабина на самолета след излитане;
Земята се върти около оста си.

Механично движениее промяна в положението на тялото в пространството спрямо други тела.

Основни видове механични движения:

Движение напред- това е движение на тяло, при което всички негови точки се движат еднакво.

Например същата кола се движи напред по пътя. По-точно, само тялото на автомобила извършва постъпателно движение, докато колелата му извършват въртеливо движение.

Например, махало в часовник извършва колебателно движение.

Транслационните и ротационните движения са най-простите видове механични движения.

Материална точка

Материална точкае тяло, чиито размери могат да бъдат пренебрегнати при дадени условия.

Референтна рамка

Референтна рамкае координатна система, референтно тяло, с което е свързана координатната система, и устройство за измерване на времето. Движението на тялото се разглежда спрямо отправната система. Едно и също тяло спрямо различни референтни тела в различни координатни системи може да има напълно различни координати.

Траектория на движениесъщо зависи от избора на референтна система.