Механическое движение. СО. Траектория, путь и перемещение

Движенья нет, сказал мудрец брадатый,

Другой смолчал и стал пред ним ходить.

Сильнее бы не мог он возразить;

Хвалили все ответ замысловатый,

Но, господа, забавный случай сей

Другой пример на память мне приводит:

Ведь каждый день пред нами Солнце ходит,

Однако ж прав упрямый Галилей.

А. С. Пушкин «Движение»

В окружающем нас мире все находится в непрерывном движении. Под движением, в общем смысле этого слова, понимают любые изменения, происходящие в природе. Наиболее простым видом движения является механическое движение.

Механическое движение — это изменение положения тел (или частей тела) в пространстве относительного других тел с течением времени.

Чтобы изучать движение тела, т. е. изменение его положения в пространстве, нужно прежде всего уметь определять само это положение. Но здесь возникает некоторое затруд­нение. Каждое тело имеет определенные размеры, следовательно, разные его части, разные точки тела находятся в разных местах простран­ства. Как же определить положение всего тела? В общем слу­чае это сделать трудно. Но оказывается, во многих случаях нет необхо­димости указывать положение каждой точки движущего­ся тела.

Зачем описывать движение каждой точки санок, на которых мальчик съезжает с горы, если эти движения ничем не различаются между собой?

Движение тела, при котором все его точки движутся одина­ково, называют поступа­тельным.

Не нужно описывать движение каждой точки тела и тогда, когда размеры тела малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит, или по сравнению с расстояниями от него до дру­гих тел.

На­пример, океанский лайнер мал по сравнению с протяженностью его рейса, и поэтому корабль считают точкой при описании его движения в океане.

Так же поступают в астрономии при изучении движений небесных тел.

Планеты, звезды, Солнце, конечно, не малые тела. Но, например, расстояние от Земли до Солнца в среднем  составляет 149 600 000 км, а радиус Земли всего 6 400 км, что почти в 23 000 раза меньше. Поэтому можно считать Землю точ­кой, которая движется вокруг другой точки — центра Солнца.

И говоря в дальнейшем о движении тела, мы в действительности будем иметь в виду движение какой-нибудь точки этого тела. Не надо забывать при этом, что эта точка ма­териальна, т. е. она отличается от обычных тел лишь тем, что она не имеет размеров.

Материальная точка — это тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь.

Но как же определить положение тела? Положение тела или точки можно задать только относительно какого-нибудь другого тела. Такое тело, обычно, называют телом отсчета.

Тело отсчета — это тело (или группа тел), принимаемое в данном случае за неподвижное, относительно которого рассматривается движение других тел.

Тело отсчета можно выбрать совершенно произвольно. Им может служить, например, железнодорожная станция, маяк на берегу моря, или вагон поезда, в котором мы едем.

Если тело отсчета выбрано, то через какие-нибудь его точки проводят оси координат и положе­ние любой точки тела опреде­ляют ее координатами.

Например, положение автомобиля на дороге. В качестве тела отсчета выберем дерево, стоящее на обочине дороги.

Так, как автомобиль движется по прямой, то достаточно провести одну ось координат, например Ох, и положение тела на прямой будет определяется одной коорди­натой. Если тело может двигаться в пределах некоторой плоскости (например, лодка на озере), то через выбранные на теле отсчета точки, проводят две оси коорди­нат Ох и Оу.

И, что бы определить положение лодки, из любой ее точки, опускают 2 перпендикуляра на ось Х и ось У. Таким образом, положение точки на пло­скости определяют двумя координатами — х и у.

И, наконец, чтобы задать положение тела в пространстве (например, положе­ние самолета в воз­духе), нужно провести через тело отсчета три взаимно перпен­дикулярные оси координат: Оx, Оy и Oz.

Соответственно этому положение тела  в пространстве определяется тремя координа­тами: х, уи z.

Система координат, тело отсчета, с которым она связана, и указание способа измерения вре­мени образуют систему отсчета, относительно которой и рассматривается движение тела.

Если материальная точка движется равномерно вдоль некоторой заданной линии, то его положение на этой линии в любой момент времени находится просто. Из курса фи­зики 7 класса известно, что, умножив скорость тела на время, протекшее до интере­сующего нас момента, можно получить длину пройденного пути.

Но задача решается так просто только тогда, когда известна линия, вдоль которой дви­жется тело, или, как говорят, известна траектория движения тела.

Путь — это скалярная физическая величина определяемая длиной траектории, описанной телом за некоторый промежуток времени.

В тех случаях, когда траектория движе­ния не известна, определить положение те­ла, т. е. его координаты, в конце пути нель­зя, даже если известны начальное положе­ние тела и длина пройденного им пути.

Допустим, известно, что некоторое тело начинает двигаться из точки О и за 1 час проходит 20 километров.

Для ответа на вопрос, где будет находиться тело спустя 1 час после его выхода из точки О, не хватает информации о его движении. Тело могло, например, двигаться прямолинейно в северном направлении и оказаться в точке А, находящейся на расстоянии 20 км.

А могло также, дойдя до точки В, находящейся на расстоянии 10 км от точки О, повернуть на юг и вернуться в точку О. При этом пройденный путь также окажется равным 20 км.

При заданном значении пути, тело могло оказаться и в точке C,  и в точке D. И вообще, в любой точке в радиусе 20 км.

Чтобы избежать такой неопределенности, для нахождения положения тела в пространстве в заданный момент времени, была введена физическая величина, называемая перемещением.

Перемещение тела — это направленный отрезок пря­мой, соединяющий начальное положение тела с его последующим положением. Обратите внимание на то, что перемещение — величина векторная. Перемещение обозначается той же буквой, что и путь, только со стрелкой над ней. Как и путь, в системе СИ перемещение измеряется в метрах.

Основные выводы:

– Механическое движение — это изменение положения тел (или частей тела) в пространстве относительного других тел с течением времени.

– Траектория — это линия, которую описывает тело вследствие своего движения.

– Путь — это скалярная физическая величина определяемая длиной траектории, описанной телом за некоторый промежуток времени.

– Перемещением тела называют направленный отрезок пря­мой, соединяющий начальное положение тела с его последующим положением.

– Материальная точка — это тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь.

– Движение любого тела рассматривается относительно какой-либо системы отсчета. Система отсчета — это система координат, тело отсчета, с которым она связана, и указание способа измерения вре­мени.