Физика 10 класс Сиротюк стандарт часть 1 (стр. 1 из 4)
Механічний рух тіл. Основна задача механіки та її розв’язання
Фізичне тіло і матеріальна точка. Система відліку
Відносність механічного руху
Векторні і скалярні величини. Дії над векторами
Траєкторія руху. Шлях і переміщення
Рівномірний прямолінійний рух. Швидкість руху тіла
Закон додавання швидкостей
Графічне зображення рівномірного прямолінійного руху
Рівноприскорений прямолінійний рух тіла. Прискорення руху тіла
Графічне зображення рівноприскореного руху
Вільне падіння тіл. Прискорення вільного падіння
МЕХАНІЧНИЙ РУХ ТІЛ. ОСНОВНАЗАДАЧА МЕХАНІКИ ТА ЇЇ РОЗВ’ЯЗАННЯ
Фізика розглядає різноманітні природні явища, з якими ви вже ознайо милися раніше, в основній школі: механічні, теплові, електричні, оптичні. У профільній школі будемо вивчати їх детальніше, враховуючи вже набуті вами знання з фізики і математики. Розпочнемо з розгляду механічного руху як одного з найважливіших для практики і найпростіших для спри йняття фізичних явищ.
Усі тіла навколо нас у будьякий момент часу мають певне розташуван ня у просторі. Якщо з часом положення тіл змінюються, то кажуть, що тіла рухаються.
Механічний рух — це зміна з часом взаємного положення у просторі ма теріальних тіл або взаємного положення частин даного тіла.
Розділ фізики, в якому пояснюється механічний рух матеріальних тіл, а також взаємодії, які відбуваються при цьому між тілами, називають механікою.
Термін «механіка» вперше ввів Арістотель, що в перекладі з грецької означає машина або пристрій.
Щоб вивчити рух тіла, треба дослідити, як змінюється його положення у просторі з часом, тобто вміти визначати його координати у будьякий мо мент. Так, астрономи, знаючи закони руху небесних тіл, можуть розраху вати з великою точністю, наприклад, появу в певний момент у певній ділянці неба комети.
Основна задача механіки полягає у визначенні положення тіла у будьякий момент часу.
Така задача має єдиний розв’язок тільки за конкретних початкових умов, тобто коли відоме початкове положення (координати) тіла і початко ва швидкість його руху. Розв’язок основної задачі механіки математично подається у вигляді певної функції (залежності) координат тіла від часу.
У цьому розділі ми будемо досліджувати тільки просторові (геомет ричні) характеристики механічного руху тіла, його траєкторію, координа ти та швидкість, не враховуючи масу тіла та причини, які змінюють стан його руху.
Розділ механіки, в якому вивчають рухи матеріальних тіл без урахування мас цих тіл і сил, що на них діють, називають кінематикою.
Отже, щоб розв’язати основну задачу механіки, насамперед треба з’ясу вати, які існують різновиди руху та їх характеристики.
1. Що таке механічний рух?
2. Сформулюйте завдання механіки як розділу фізики.
3. У чому полягає основна задача механіки та розв’язання її в кінематиці?
4. Що вивчає кінематика?
ФІЗИЧНЕ ТІЛО І МАТЕРІАЛЬНА ТОЧКА.ПОСТУПАЛЬНИЙ РУХ. СИСТЕМА ВІДЛІКУ
Під час дослідження руху якогось тіла постає завдання визначати його положення у просторі у певні моменти часу. Наприклад, ми хочемо описа ти рух каменя, який кинули у річку. Камінь має певні розміри і форму, складається з величезної кількості атомів, під час польоту він безладно об ертається, окремі його точки рухаються порізному. Щоб описати детально рух такого тіла, треба дослідити рух усіх його частинок — це настільки складна задача, що на її розв’язання не вистачить обчислювальних потуж ностей і часу.
Проте у фізиці часто задачу, залежно від її умов, можна розв’язати на ближено й отримати цілком задовільний результат. Для цього замість ре ального тіла розглядають його спрощену ідеальну модель, тобто об’єкт, у якому нехтують несуттєвими для даної задачі властивостями заданого тіла, залишаючи лише його основні, визначальні риси.
Якщо камінь у наведеному прикладі до падіння у воду подолав відстань, значно більшу за його розміри, то вони не будуть суттєво впливати на ха рактер його руху й у граничному випадку тіло можна вважати точкою.
Крім того, на рух тіла не впливають його атомна структура, теплові, електричні, оптичні властивості тощо. Для опису у спрощеній моделі руху тіла, а пізніше і причин цього руху, досить, щоб геометрична точ ка мала масу, що дорівнює масі да ного тіла, і могла рухатись. Таку ідеальну модель реального тіла на зивають матеріальною точкою.Матеріальною точкою є тіло, розмірами якого за даних умов руху можна знехтувати.
У наведеному визначенні дуже важливі слова «за даних умов руху», які виражають обмеженість застосування даного поняття. Ма теріальна точка — поняття від носне, а не абсолютне. Одне й те саме тіло в одній задачі можна роз глядати як матеріальну точку (рух космічного корабля на орбіті, рух океанського лайнера, які є малими порівняно з протяжністю шляхів, що вони долають), а в іншій — як тіло скінченних розмірів і певної форми (стикування одного косміч ного корабля з іншим). У більшості випадків далі у нашому курсі вва жатимемо рухомі тіла матеріальни ми точками. Зрозуміло, що задача опису механічного руху тіл дуже спроститься.
У наведених вище прикладах усі точки рухомого тіла рухалися порізному. Але на практиці дуже часто тіла рухаються так, що всі їх точки рухаються однаково. Одна ково рухаються точки кузова авто мобіля на прямій ділянці дороги, різця токарного верстата, вантажу на канаті підіймального крана (мал. 1, а), кабінок колеса огляду (мал. 1, б), поршня у циліндрі дви гуна автомобіля, шухляди, що ви тягують зі столу, санчат, що опускаються з гори, голки швейної машини, ручки під час писання
(мал. 1, в) тощо.
Рух тіла, під час якого всі його точки рухаються однаково, називають посту/ пальним.
Коли тіло рухається поступально, будьякий виділений напрям у тілі, наприклад пряма вздовж планки висувної шухляди, залишається пара
лельним своєму положенню у будьякий момент часу. Іншими словами, тіло при поступальному русі не обертається. Зрозуміло, що під час дослідження поступальних рухів досить описати рух лише однієї точки тіла, що також значно спрощує розв’язання основної задачі механіки.
Місцезнаходження досліджуваного тіла під час руху можна визначити, вказавши його розташування відносно іншого тіла.
Тіло, відносно якого визначають положення інших тіл у різні моменти часу, нази вають тілом відліку.
Для визначення положення тіла відносно тіла відліку математично ко ристуються певною системою координат. За початок декартової системи координат беруть довільну точку тіла відліку, з якою жорстко пов’язують осі системи. Користуючись одиничним масштабом, можна визначити коор динати х, у, z будьякої точки простору, відкладаючи масштаб у напрямі координатних осей. Положення кожної точки у просторі визначається трьома координатами, на площині — двома, на прямій — однією (мал. 2).
Якщо точка рухається відносно тіла відліку, то потрібно знати не тільки де, а й коли вона перебуває у відповідному місці. Отже, для одержання повної інформації про рух тіла (точки), треба вміти вимірювати час. Час вимірюють, використовуючи якийнебудь перебіг рівномірного періодично го процесу, наприклад хід годинника.
Тіло відліку, з яким пов’язана система координат, і годинник для вимірювання часу утворюють сисему відліку.
Наведемо приклад системи відліку, яка відрізняється від описаної вище. Щоб виявити місцезнаходження літака, радіолокатор поси лає сигнал і через час t приймає відбитий сиг нал (мал. 3). Відстань до літака обчислюється t 8 за формулою l c 
, де с 3 · 10 м/с — стала2
швидкість сигналу.
Місцезнаходження літака відносно радіоло катора у цьому разі визначається також трьома координатами: відстанню до літака l і двома ку тами, які визначають за розташуванням антени під час вимірювань, — кутом азимуту напряму Мал. 3 на літак відносно напряму на північ і кутом між горизонталлю та напря мом на літак.
Під час руху положення тіла змінюється відносно системи координат, тобто з часом змінюються і значення координат певної точки тіла. Розгля немо, як у фізиці визначають зміну фізичної величини з часом. Напри клад, координати точки, відлічені вздовж осей координат у момент часу, який прийняли за початковий (t0 0), дорівнювали відповідно x0, y0, z0. Через певний інтервал часу t – t0 (або просто t, оскільки t0 0) вони зміни лися і набули значень x, y, z. Це означає, що за час t координата x змінила ся на (x – x0), координата y — на (y – y0), координата z — на (z – z0). Кожна з різниць x – x0, y – y0, z – z0 є також фізичною величиною — зміною коор динат x, y, z за відповідний інтервал (зміну) часу t – t0. Щоб визначити зміну будь,якої фізичної величини, треба від її кінцевого значення відня, ти її початкове значення.