Кинематика поступательного движения.
Механика.
Механика — наука о движении и равновесии тел.

Материальная точка - это тело, размеры и форма которого в условиях данной задачи несущественны.
Абсолютно твёрдое тело - это система материальных точек, расстояния между которыми не меняются в процессе движения.
Механическое движение - это изменение положения тела в пространстве с течением времени.
- Виды механического движения:
- Поступательное.
- Вращение вокруг неподвижной оси.
- Вращение вокруг неподвижной точки.
- Плоское движение.
- Свободное движение.
Поступательное - это такое движение твёрдого тела, при котором любая прямая, связанная с телом, всё время остаётся параллельной своему начальному положению.
Плоское - это такое движение твёрдого тела, при котором каждая его точка движется в плоскости, параллельной некоторой неподвижной (в данной системе отсчёта) плоскости.
Описание механического движения.
Тело отсчёта — это тело, относительно которого задаётся положение данного тела или данной точки.
Система отсчёта — совокупность тела отсчёта, связанной с ним системы координат, и синхронизованных между собой часов.
Декартова система координат.

Цилиндрическая система координат.

Сферическая система координат.

Элемент объема в декартовой системе координат.

Элемент объема в цилиндрической системе координат.

Элемент объема в сферической системе координат.

Измерение времени.
Часы — тело или система тел, в которых совершается периодический процесс, служащий для измерения времени.
1 секунда равна 9102631700 колебаниям электромагнитного излучения между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133.
Измерение расстояний.
Один метр — длина пути, проходимая светом в вакууме в течение 1/299792458 секунды.
Принципы, используемые при построении классической механики.
- Однородность пространства — все пространственные точки эквивалентны между собой (начало отсчёта можно выбрать в любой точке).
- Изотропность пространства — все направления в пространстве эквивалентны (систему координат можно поворачивать произвольным образом).
- Однородность времени — все моменты времени эквивалентны (в любой момент можно начать отсчёт времени).
Радиус-вектор.
Радиус-вектор точки - это вектор, проведённый из начала координат в данную точку.

Основные понятия кинематики.
![]() |
Пусть за интервал времени от t1 до t2 материальная точка переместилась из положения 1 в положение 2. О - начало отсчёта. r1 и r2 - радиусы-векторы точки в моменты времени t1 и t2 соответственно. l - траектория материальной точки. S - путь, пройденный материальной точкой за интервал времени от t1 до t2. |
Перемещение материальной точки за интервал времени от t1 до t2:

Перемещение материальной точки за интервал времени от t=t1 до t=t2 - это вектор, проведенный из её положения в момент времени t1 в её положение в момент времени t2.
Траектория материальной точки - это линия, которую она описывает при своём движении.
Длина пути S - это сумма длин всех участков траектории, пройденных материальной точкой за рассматриваемый промежуток времени.
Скорость и ускорение.

Среднее ускорение:

Мгновенное ускорение:

Векторный способ описания движения.
![]() |
Для того, чтобы описать движение материальной точки, необходимо указать зависимость её радиус-вектора от времени. ![]() ![]() |
Скорость и ускорение материальной точки.
![]() |
Средняя скорость материальной точки в интервале времени от t1 до t2: ![]() Мгновенная скорость: ![]() |
Среднее ускорение материальной точки в интервале времени от t1 до t2:

Мгновенное ускорение:

Скорость материальной точки в момент времени t:

Радиус-вектор материальной точки в момент времени t:

V0, r0 - скорость и радиус-вектор материальной точки в момент времени t=0.
Перемещение материальной точки в момент времени t:

Координатный способ описания движения.

Вектор скорости материальной точки. Проекции вектора скорости на оси координат:

Модуль вектора скорости:

Косинусы углов, которые вектор скорости составляет с осями Ox, Оу, Oz:

Для ускорения все выглялит аналогично.
Перемещение материальной точки за интервал времени от t1 до t2 Проекции вектора перемещения на оси координат:

Приращение радиус-вектора материальной точки (перемещение).
Проекции приращения радиус-вектора на оси координат:

Модуль приращения радиус-вектора:

Косинусы углов, которые приращение радиус-вектора составляет с осями Ox, Оу, Oz:

Траекторный способ описания движения.
Используется, когда траектория движения материальной точки известна заранее. Положение материальной точки задаётся с помощью дуговой координаты l, отсчитываемой от выбранного на траектории начала.

Скорость материальной точки:


Модуль вектора скорости равен производной от пути по времени.

Полное ускорение материальной точки:

Радиус кривизны траектории.
RA и RB - радиусы окружностей, аппроксимирующих траекторию в данных точках.

Выразим нормальное ускорение материальной точки через радиус кривизны её траектории:

Пример:
Камень брошен со скоростью v0 под углом к горизонту. Определите его нормальное и тангенциальное ускорение, и радиус кривизны траектории в начальный момент времени.
Решение:

Движение с постоянным ускорением.
Зависимость скорости материальной точки от времени:

Зависимость радиус-вектора материальной точки от времени:

Перемещение материальной точки за интервал времени от 0 до t:

Формула для разности квадратов скоростей.

Приращение координаты материальной точки за интервал времени от 0 до t:

Проекция на ось Ох перемещения материальной точки за интервал времени от О до t:

Средняя скорость прохождения отрезка пути.
Средней путевой скоростью движения точки называется скалярная величина равная отношению пути, пройденного точкой за интервал времени t2-t1, к его продолжительности.

Пример 1:
Материальная точка прошла путь из точки А в точку В со скоростью v1 и обратно со скоростью V2. Вычислите среднюю путевую скорость.
Решение:

Пример 2:
Материальная точка движется вдоль оси ОX. По графику зависимости Vx(t) вычислим:


Пример 3:
По графику зависимости x(t) вычислим Vx(t'):

Пример 4:
Материальная точка движется вдоль оси Ох. По графику зависимости x(t) вычислим Vср:








