Курс общей физики Том 1 Механика, колебания и волны, молекулярная физика - Савельев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Движение одного и того же тела относительно различных тел может иметь разный характер. Если, например, тело 1 относительно нас покоится, а тела 2 и 3 движутся в одну и ту же сторону с одинаковой скоростью, то тело 3 перемещается относительно тела I, однако покоится относительно тела 2. Поэтому для описания движения необходимо условиться, относительно какого другого тела (или группы неподвижных друг относительно друга тел) будет отсчитываться перемещение данного тела. Выбранное для этой цели тело (или группа тел) образует систему отсчета.
Практически для описания движения приходится связывать с телами, образующими систему отсчета, какую-либо систему координат, например декартову или прямоугольную систему координат.
Координаты тела позволяют определить его положение в пространстве. Однако движение происходит как в пространстве, так и во времени (пространство и время — неотъемлемые формы существования материи). Поэтому для описания движения необходимо также отсчитывать время. Это делается с помощью часов.
9
Располагая координатной системой, связанной с выбранной системой отсчета, и часами, можно приступить к описанию движения тел.
Движение тел обычно происходит в условиях, когда на них действуют сили. Действие этих сил наряду с
дует иметь в виду, что абсолютно твердых (т. е. совер' шенно недефордшруедшх) тел в природе не существует. Только пренебрежимо малая роль деформаций при дви* жении тел в определенных условиях дает возможность рассматривать их как абсолютно твердые.
Иногда при рассмотрении движения тел можно пренебречь их размерами. Это бывает в тех случаях, когда размеры тела во много раз меньше прочих размеров, с которыми приходится иметь дело в условиях данной задачи. Например, при определении пути, проходимого автомобилем при переезде из Ленинграда в Москву, размерами автомобиля вполне можно пренебречь.
J-I уи[ЛЇ11Л.
Очень часто деформации настолько незначительны, что ими можно пренебречь при описании движения тела. Тело, деформациями которого в условиях рассматриваемой задачи можно пренебречь, называется абсолютно твердым телом. Сле-
тем, что определяет ха-* рактер движения, вызывает также деформацию тел, т. е. изменение их размеров и формы.
и
А
Рис. 1.
6)
Рис. 2.
10
Тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь, называется материальной точкой. Вопрос о том, можно ли данное конкретное тело рассматривать как материальную точку или нет, зависит не от размеров самого тела, а от условий задачи. Одно и то же тело в одних случаях может быть сочтено за материальную точку, в других же — должно рассматриваться как протяженное тело. Так, например, при вычислении траектории, по которой Земля движется вокруг Солнца, Землю можно рассматривать как материальную точку. При рассмотрении же движения тел по поверхности Земли она должна рассматриваться как протяженное тело.
Всякое движение твердого тела можно разложить на два основных вида движения — поступательное и вращательное.
Поступательное движение — это такое движение, при котором любая прямая, связанная с движущимся телом, остается параллельной самой себе (рис. 1).
При вращательном движении все точки тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной и тай же прямой, называемой осью вращения (рис. 2). Ось вращения может находиться вне тела (рис. 2,6).
Поскольку, говоря о каком-либо теле как о материальной точке, мы отвлекаемся от его протяженности, понятие вращательного движения вокруг проходящей через него оси к такому телу неприменимо.
Механика подразделяется на три раздела: 1) кинематику, 5) статику и 3) динамику. Кинематика изучает движение тел вне зависимости от тех причин, которые обусловливают это движение, статика изучает условия равновесия тел и, наконец, динамика изучает движение тел в связи с теми причинами (взаимодействиями между телами), которые обусловливают тот или иной характер движения. Поскольку равновесие есть частный случай движения, законы статики оказываются естественным следствием законов динамики. По этой причине в курсах физики статика обычно отдельно не изучается.
ГЛАВА I
КИНЕМАТИКА
§ 1. Перемещение точки. Векторы и скаляры
Материальная точка при своем движении описывает некоторую линию. Эта линия называется траекторией. В зависимости от формы траектории различают прямолинейное движение, движение
ки 1 до точки 2, отсчитанное вдоль траектории, представляет собой пройденный путь. Мы будем обозначать его буквой s.
Отрезок прямой, проведенный из точки 1 в точку 2, называется перемещением. Обозначим его г12. Перемещение характеризуется, кроме своей величины (равной длине отрезка г)2), также и направлением. Действительно, рассмотрим два одинаковых по величине перемещения г!2 и Гіз (рис. 4). Несмотря на равенство длин этих отрезков, они явно представляют собой совершенно различные перемещения.
Величины, подобные перемещению, подчиняются особому правилу сложения, которое можно уяснить на следующем примере. Пусть точка совершает последовательно два перемещения: Tj2 и г23 (рис. 5). Суммой этих двух перемещений естественно назвать такое переме-
