Презентация "Основы механики" по физике – проект, доклад

Механика

Механика – это наука о движении и равновесии тел. Механика, как и другие физические теории, строится индуктивно, на базе основных законов или принципов. Эти принципы не могут быть доказаны логически, они проверяются сравнением их следствий с данными опытов. Впервые принципы механики сформулировал И. Ньютон в сочинении «Математические начала натуральной философии», вышедшем в 1687 г.

Макроскопическими называются обычные, окружающие нас тела, состоящие из огромного количества молекул или атомов. Медленные или нерелятивистские движения – это движения, скорости которых малы по сравнению со скоростью света в вакууме с = 300 000 км/с. Опыты показали, что ньютоновская механика неприменима к описанию движения тел, скорости которых близки к скорости света. Движение таких тел описывается релятивистской механикой, построенной на основе теории относительности.

Другая граница, как для ньютоновской, так и для релятивистской механики, определяется размерами описываемых с их помощью тел. Эксперименты с микроскопическими телами – атомами, молекулами, электронами и т.д. показали, что понятия и законы макроскопической физики неприменимы (точнее, ограничено применимы) к описанию таких тел. То есть классический подход к исследованию микромира, при котором последний рассматривается просто как уменьшенная копия макромира оказывается неверным. Адекватное описание явлений микромира дает квантовая механика.

Механика традиционно подразделяется на кинематику, статику и динамику. Кинематика – раздел механики, в котором формулируются способы описания движения тел независимо от причин, вызывающих это движение. В рамках динамики рассматриваются причины, определяющие движение тел, а в статике – законы и условия равновесия системы тел.

Основы кинематики

Движением в механике называется изменение положения тела в пространстве с течением времени. Можно говорить лишь об относительном движении, т.е. об изменении положения тела относительно других тел. Понятие движения «как такового» безотносительно к другим телам не имеет содержания.

Тело, относительно которого определяется движение, называется телом отсчета. Для количественного описания движения необходимо связать с телом отсчета координатные оси, например оси декартовой прямоугольной системы координат и часы – устройство для измерения промежутков времени. Такая, связанная с телом отсчета система координат в совокупности с часами называется системой отсчета.

Движение точки полностью определяется, если в любой момент времени известно ее положение относительно выбранной системы отсчета. Если для определения положения использовать прямоугольные декартовы координаты x,y,z, то описание движения сводится к нахождению этих координат как функций времени: (1.1) или, если рассматривать координаты как проекции радиус-вектора точки, к нахождению одной векторной функции: (1.2) Уравнения (1.1) (или (1.2)) называются кинематическими уравнениями движения или законом движения материальной точки.

Отношение перемещения к промежутку времени Δt называется средней скоростью точки за время между t и t + Δt: (1.3) Средняя скорость зависит не только от момента t, но и от промежутка времени Δt. Если теперь, оставляя t неизменным, брать промежуток времени Δt все меньше и меньше, устремляя его к нулю, то к нулю будет стремиться и перемещение . Однако, как показывает опыт, отношение /Δt будет стремиться к зависящему только от t пределу, который называется истинной или мгновенной скоростью материальной точки в момент времени t:

Из определения мгновенной скорости следует, что эта величина сама является функцией времени v = v(t). Производная по времени этой функции называется ускорением материальной точки или мгновенным ускорением: . (1.5) Учитывая, что мгновенная скорость есть производная координаты по времени, ускорение можно определить как вторую производную координаты по времени:

ускорение точки может быть представлено в виде векторной суммы тангенциального и нормального ускорений , (1.11) которые рассчитываются по формулам (1.9) и (1.10) соответственно. А поскольку тангенциальное и нормальное ускорения взаимно перпендикулярны, . (1.12)