Механическое движение

Механи́ческим движе́нием называют изменение пространственного положения тела или его частей относительно других тел с течением времени.

При этом взаимодействие тел приводит к изменению их скоростей или к их деформации. Механическое движение изучает механика. Раздел механики, в котором изучаются геометрические свойства движения точки или тела вне зависимости от их массы и причин, вызывающих это движение, называется кинематикой; причины же движения изучает динамика.

В более общем значении движением называют изменение состояния физической системы с течением времени. Например, можно говорить о движении волны в среде.

Относительность движения

Два стрелка неподвижны относительно друг друга, но движутся, если рассматривать другие системы отсчёта.

Для описания движения следует выбрать систему отсчёта, состоящую из системы координат (для указания положения в пространстве) и часов (для указания времени). Вообще говоря, движение тела зависит от выбора системы отсчёта, т.е. относительно. Не указав систему отсчёта, не имеет смысла говорить о движении.

Виды механического движения

Механическое движение можно рассматривать для разных механических объектов:

• Движение материальной точки полностью определяется изменением её координат во времени (например, для плоскости — изменением абсциссы и ординаты). Изучением этого занимается кинематика точки. В частности, важными характеристиками движения являются траектория материальной точки, перемещение, скорость и ускорение.
  • Прямолинейное движение точки (когда она всегда находится на прямой, скорость параллельна этой прямой)
  • Криволинейное движение — движение точки по траектории, не представляющей собою прямую, с произвольным ускорением и произвольной скоростью в любой момент времени (например, движение по окружности).
• Движение твёрдого тела складывается из движения какой-либо его точки (например, центра масс) и вращательного движения вокруг этой точки. Изучается кинематикой твёрдого тела.
  • Если вращение отсутствует, то движение называется поступательным и полностью определяется движением выбранной точки. Движение при этом не обязательно является прямолинейным.
  • Для описания вращательного движения — движения тела относительно выбранной точки, например закреплённого в точке, — используют Углы Эйлера. Их количество в случае трёхмерного пространства равно трём.
  • Также для твёрдого тела выделяют плоское движение — движение, при котором траектории всех точек лежат в параллельных плоскостях, при этом оно полностью определяется одним из сечений тела, а сечение тела — положением любых двух точек.
• Движение сплошной среды. Здесь предполагается, что движение отдельных частиц среды довольно независимо друг от друга (обычно ограничено лишь условиями непрерывности полей скорости), поэтому число определяющих координат бесконечно (неизвестными становятся функции).

Время спуска под действием только силы тяжести не зависит от расположения начальной точки на дуге циклоиды.

Движение под действием однородного гравитационного поля.

Геометрия движения

• По прямой
• По окружности (см. Первая космическая (круговая) скорость);
• По эллипсу;
• По параболе (см. Вторая космическая (параболическая) скорость), под действием однородного гравитационного поля;
• По гиперболе;
• Равномерное движение;
  • Квадратриса;
  • Кривая погони. Эволюта (огибающая нормалей) трактрисы: $y(x)=a~\operatorname {ch} {\frac {x}{a}}$ (цепная линия, поверхность которой — катеноид);
• Под действием однородного гравитационного поля;
  • Кривая скорейшего спуска;
  • Лемниската Бернулли: материальная точка, движущаяся по кривой под действием однородного гравитационного поля, пробегает дугу за то же время, что и соответствующую хорду. При этом ось лемнискаты составляет угол $45^{\circ }$ с вектором напряжённости поля, а центр лемнискаты совпадает с исходным положением движущейся точки.

См. также

• Инерциальная система отсчёта
• Специальная теория относительности

Литература

• Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Издание 5-е, стереотипное. — М..: Физматлит, 2006. — Т. I. Механика. — 560 с.
• «Справочник по физике» / Под ред. Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. — М.: «Наука», 1980. — 507 с.

Ссылки

• Механическое движение (видео, программа 10 класса)
•  Равномерное и неравномерное движение