Физика. Кинематика

Физика

Физика – это фундаментальная наука, предметом изучения которой является материя и формы её движения, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи. Базовыми разделами физики являются: макроскопическая физика (механика, термодинамика, электродинамика, оптика) и микроскопическая физика.

Механика – это раздел макроскопической физики, в котором изучается механическое движение материальных тел с течением времени, а также происходящие при этом взаимодействия между телами.

Механическое движение – это взаимное перемещение тел или их частей в пространстве с течением времени. Механика включает в себя следующие основные разделы: кинематика, динамика, статика.

Кинематика

Кинематика – это раздел механики, в котором изучается движение тел без указания причин, которые это движение вызывают. В кинематике объектами изучения являются идеализированные тела, такие как материальная точка и абсолютно твёрдое тело.

Материальная точка - это тело, имеющее массу, но размерами и формой которого можно пренебречь.

Абсолютно твёрдое тело - это тело, расстояние между любыми двумя точками которого остается постоянным при любых внешних воздействиях.

Тело отсчёта – это тело, относительно которого определяется положение другого тела. Обычно в качестве тела отсчёта выбирается земля, но телом отсчёта может быть и любой движущийся относительно земли предмет.

Система координат X, Y, Z (декартова или прямоугольная система координат) – это набор величин, которые определяют положение тела на плоскости и в пространстве. Эта система координат имеет три координатные оси , а каждая координатная ось имеет свой единичный вектор , соответственно.

Система отсчёта - это система координат, связанная с телом отсчёта, и выбранный способ измерения времени.

Естественная система отсчёта – это система отсчёта жёстко связанная с движущимся телом, при этом одна ось естественной системы отсчёта направлена по касательной к траектории движения тела в направлении его вектора скорости, а другая направлена перпендикулярно к ней в направлении центра кривизны траектории. Первая ось – это касательная ось, имеющая единичный вектор , а перпендикулярная к ней ось – это нормальная ось, имеющая единичный вектор .

Траектория – это воображаемая линия в пространстве, по которой движется тело. Уравнение траектории движения тела представляет собой зависимость одной координаты от другой. Траектория может быть прямолинейной и криволинейной.

Путь S – это длина траектории, описываемой телом за определённое время. Путь является скалярной величиной и измеряется в единицах длины, то есть в метрах (м).

Радиус-вектор  – это вектор, проведённый из начала системы координат в точку нахождения тела в данный момент времени. Выражение радиус-вектора через его проекции на координатные оси имеет вид: .

Перемещение тела – это вектор, соединяющий начальное положение тела с его положением в данный момент времени. Перемещение измеряется в единицах длины, то есть в метрах (м).

Начальное перемещение   – это перемещение тела в начальный момент времени, то есть при .

Скорость  – это кинематическая мера движения тела, характеризующая быстроту и направление перемещения тела в пространстве. Скорость всегда направлена по касательной к траектории, причём её направление совпадает с направлением совершаемого перемещения тела. Единицей измерения скорости является метр в секунду (м/с). Скорость является векторной величиной и определяется соотношением: .

Начальная скорость   – это скорость тела в начальный момент времени, то есть при .

Средняя путевая скорость тела  – это отношение пути ко всему времени прохождения этого пути. Средняя путевая скорость является скалярной величиной и определяется соотношением: .

Относительная скорость – это физическая величина, равная векторной разности скоростей, заданных относительно выбранной системы отсчёта. Если два тела движутся в одной и той же системе отсчёта со скоростями  и , то скорость первого тела относительно второго определяется соотношением: .

Закон сложения скоростей Галилея позволяет определять скорость движения тела в подвижной системе отсчёта относительно неподвижной системы отсчёта. Закон сложения скоростей Галилея: скорость движения тела в подвижной системе отсчёта равна векторной сумме скорости этого тела относительно подвижной системы отсчёта и скорости относительно неподвижной системы отсчёта той точки подвижной системы отсчёта, в которой в данный момент времени находится тело : .

Ускорение  – этокинематическая мера быстроты и направления изменения скорости во времени. Другими словами, ускорение - это скорость изменения скорости. Ускорение направлено в сторону изменения скорости. Единицей измерения ускорения является метр в секунду в квадрате (м/с²). Ускорение является векторной величиной и определяется соотношением: .

Тангенциальное ускорение  –это кинематическая мера быстроты изменения величины скорости во времени. Тангенциальное ускорение направлено по касательной к траектории движения тела (как и скорость), оно также называется касательным ускорением. Величина тангенциального ускорения определяется соотношением: .

Нормальное ускорение –это кинематическая мера быстроты изменения направления скорости во времени. Нормальное ускорение направлено перпендикулярно траектории движения по направлению к центру кривизны траектории (R - это радиус кривизны траектории в точке нахождения тела в данный момент), оно также называется центростремительным ускорением. Величина нормального ускорения определяется соотношением: .

Полное ускорение  состоит из тангенциального, направленного по касательной к траектории движения тела, и нормального, направленного к центру кривизны траектории. Величина полного ускорения определяется соотношением: .

Закон движения тела – это уравнение, которое описывает положение тела в заданной системе координат. Положение тела задаётся его координатами  или его радиус-вектором  (t).

Равномерное движение тела – это движение тела с постоянной скоростью, то есть когда скорость не изменяется по величине, а значит за равные промежутки времени перемещения тела одинаковы. Равномерное движение может быть прямолинейным и криволинейным.

Закон равномерного прямолинейного движения тела определяется соотношением: .

Равнопеременное движение тела – это движение тела с постоянным ускорением, то есть когда ускорение не изменяется по величине, а значит за равные промежутки времени изменения скорости тела одинаковы. Равнопеременное движение может быть прямолинейным и криволинейным.

Скорость тела при равнопеременном движении определяется соотношением: .

Закон равнопеременного прямолинейного движения тела определяется соотношением: .

Равноускоренное движение тела – это движение тела с постоянным ускорением, причём ускорение параллельно скорости, то есть величина скорости увеличивается.

Равнозамедленное движение тела – это движение тела с постоянным ускорением, причём ускорение антипараллельно скорости, то есть величина скорости уменьшается.

Свободное падение - это движение тела, обусловленное силой притяжения Земли при отсутствии начальной скорости тела и сопротивления среды. Свободно падающее тело движется поступательно, прямолинейно и равноускоренно. Ускорение, с которым движется тело, называется ускорением свободного падения.

Ускорение свободного падения  - это физическая постоянная, которая характеризует взаимодействие тела с Землёй. Ускорение свободного падения всегда направлено вертикально вниз (к центру Земли) и, в общем случае, является постоянной величиной: .

 Равномерное движение тела по окружности – это криволинейное движение тела, которое совершается при постоянном значении линейной скорости по величине, однако, направление скорости при таком движении непрерывно изменяется, из-за наличия постоянного по величине нормального (центростремительного) ускорения. Тангенциальное (касательное) ускорение при таком движении отсутствует. Равномерное движение по окружности радиуса  характеризуется периодом и частотой обращения.

Период обращения  — это время, за которое тело совершает один полный оборот. Время является скалярной величиной. Так как при равномерном движении время определяется отношением пройденного пути к скорости движения тела , а за один оборот тело проходит расстояние равное длине окружности, то период обращения определяется соотношением: .

Частота обращения  - это скалярная величина, которая показывает количество полных оборотов тела за единицу времени, то есть за 1 секунду. Если тело совершило  оборотов за время , то частота обращения определяется соотношением: .

Вращательное движение тела – это движение тела, когда все его точки поворачиваются на одинаковый угол, но описывают окружности разных радиусов в зависимости от степени удалённости точки тела от оси вращения. Это движение характеризуется углом поворота точек тела вокруг оси, жёстко связанной с телом, а также угловой скоростью точек тела. Если тело закреплено на неподвижной оси или в точке, то оно будет вращаться относительно оси вращения или точки закрепления. Если тело является свободным, то оно будет вращаться вокруг мнимой оси, проходящей через его центр тяжести, которым для тел правильной геометрической формы является их центр симметрии.

Угол поворота  — это векторная величина, которая отсчитывается как угол между двумя лучами, выходящими из одной точки на оси вращения и перпендикулярными ей. Единицей измерения угла поворота является радиан (рад).

Начальный угол поворота   – это угол поворота тела в начальный момент времени, то есть при .

Угловая скорость  — это векторная величина, характеризующая быстроту и направление вращения тела вокруг неподвижной оси. Угловая скорость направлена по оси вращения (нет точки приложения, то есть она является скользящим вектором) так, что с конца вектора угловой скорости вращение тела происходит против часовой стрелки. Единица измерения угловой скорости определяется соотношением угла поворота к интервалу времени, в течение которого этот поворот совершён. То есть угловая скорость измеряется в радианах в секунду (рад/с) и определяется соотношением: .

Связь между линейной  и угловой  скоростями определяется соотношением: .

Связь между значением угловой скорости  и периодом (частотой ) вращения определяется соотношением: .

Начальная угловая скорость   – это угловая скорость тела в начальный момент времени, то есть при .

Угловое ускорение  – это мера быстроты и направления изменения угловой скорости во времени. Другими словами, угловое ускорение - это скорость изменения угловой скорости. Угловое ускорение направлено по оси вращения (нет точки приложения, то есть оно является скользящим вектором) в сторону изменения угловой скорости. Единицей измерения углового ускорения является радиан в секунду в квадрате (рад/с²). Угловое ускорение является величиной векторной и определяется соотношением: .

Связь между значениями углового ускорения и тангенциального ускорения определяется соотношением: .

Равномерное вращательное движение тела – это движение тела с постоянной угловой скоростью вокруг неподвижной оси, а значит за равные промежутки времени углы поворота тела одинаковы.

Закон равномерного вращательного движения тела определяется соотношением: .

Равнопеременное вращательное движение тела – это движение тела с постоянным угловым ускорением вокруг неподвижной оси, а значит за равные промежутки времени изменения угловой скорости тела одинаковы. В зависимости от направления векторов углового ускорения и угловой скорости, равнопеременное вращательное движение делится на равноускоренное и равнозамедленное вращательное движение.

Скорость тела при равнопеременном вращательном движении определяется соотношением: .

Закон равнопеременного вращательного движения тела определяется соотношением: .

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: