Узнать цену работы
Статьи по теме

Механическое движение и его виды

  1. Механическое движение
  2. Разновидности движения
  3. Колебательное движение
  4. Система отсчёта

Механическое движение

Механическим движением называется изменение положения тела (или какой-либо его части) по отношению к другому телу (телам).

Примером такого движения может быть спускающийся или поднимающийся на эскалаторе в метро человек. Находясь в состоянии покоя относительно самого эскалатора, человек всё же перемещается по отношению к стенам туннеля. По такому же принципу гора Эльбрус пребывает в состоянии покоя относительно планеты Земля, всё же движется вместе с ней по отношению к Солнцу.

Из приведённых выше примеров видно, что для изучения перемещений, прежде всего, необходимо определить точку (в дальнейшем называемую точкой отсчёта), по отношению к которой оно будет рассматриваться. Данная точка, связанная с ней система координат и определённый метод замера времени являются составляющими системы отсчёта. Поступательным движением тела называется его перемещение относительно точки отсчёта, причём, все принадлежащие ему точки перемещаются одновременно. Скорость движения тела V определяется по средствам деления пройденного им пути S на величину временного отрезка T, в течение которого оно происходит:

V=S/T.

В качестве примера поступательного движения можно рассмотреть перемещающийся по дороге автомобиль. Однако поступательно в этом случае движется исключительно кузов автомобиля, поскольку его колёса во время перемещения по дороге постоянно выполняют вращательное движение.

Вращательным движением называется движение, совершаемое вокруг какой-либо оси. Данный тип движения характеризуется перемещением всех точек, принадлежащих телу, по замкнутой траектории, центром которой является эта ось. Возвращаясь к примеру с автомобилем можно сделать вывод о том, что колёса, совершающие вокруг своей оси вращательные движения, одновременно движутся поступательно вместе с автомобильным кузовом. Таким образом, в отношении оси колёса осуществляют вращательное движение, а по отношению к дорожному полотну – движутся поступательно.

Периодическое перемещение, поочерёдно совершаемое телом в противоположных двух направлениях, получило название движения колебательного. Простейшим примером подобного движения является перемещение маятника часов.

Самыми простыми видами движения являются движения поступательные и движения вращательные.

В случае, когда точка X изменяет своё положение по отношению к точке Y, одновременно происходит изменение положения точки Y в отношении точки X. Другими словами движение обеих точек происходит друг относительно друга. Относительным считается такое механическое движение, при котором его описание требует определения точки, относительно которой будет рассматриваться данное движение.

К простым типам движения, осуществляемым материальной точкой, относятся перемещения, выполняемые равномерно и перемещения по прямолинейной траектории. Движение считается равномерным в том случае, когда модуль вектора, характеризующего скорость, остаётся неизменным, направление при этом может изменяться.

Прямолинейным называют движение, при котором неизменным остаётся направление вектора скорости, в то время как его величина способна изменять своё значение. Линия, на которой располагается вектор скорости, именуется траекторией.

В повседневной жизни человек постоянно сталкивается с многочисленными примерами механического движения – это и движущиеся мимо автомобили, проплывающие корабли и летящие самолёты и т.п. Простейшие примеры формируются самими людьми, проходящими около других людей. Наша планета каждую секунду осуществляет движение двух видов: вокруг собственной оси и вокруг Солнца, что, по сути, тоже является примером механического движения.

Разновидности движения

Механическое движение, осуществляемое твёрдым телом, считается поступательным в том случае если отрезок, соединяющий две любые точки тела, находящегося в любой точке траектории, остаётся параллельным и неизменным по величине относительно отрезка соединяющего эти же его точки в начальной точке траектории. Примером поступательного движения может служить поднимающаяся или опускающаяся кабина лифта, либо кабина, установленная на колесе обозрения.

Траектория является важным параметром, характеризующим движение. По сути это пространственная кривая, нередко имеющая вид сопряжённых дуг, обладающих своим центром и соответствующим радиусом. Положение центра траектории для разных точек тела отличается и способно меняться с течением времени.

Хотя поступательное движение может осуществляться в 3-х мерном пространстве, тем не менее, главной его отличительной особенностью остаётся сохраняемая параллельность любого отрезка по отношению к самому себе в любой точке траектории.

Движение материальной точки по траектории, имеющей форму окружности, называется вращательным движением. Все точки абсолютно твёрдого тела, совершающего вращательное движение, перемещаются по окружностям, находящимся на параллельных плоскостях. Центры этих окружностей располагаются на одной прямой, перпендикулярно расположенной к плоскостям, на которых они лежат, именуемой осью вращения. Она может находиться как внутри движущегося тела, так и за его пределами.

Период обращения, обозначаемый буквой T, представляет собой время, в течение которого тело совершает полный оборот. Он определяется путём деления времени Δt, на протяжении которого осуществлялось вращение, на количество оборотов N:

T=Δt/N.

В системе возможно неподвижное и подвижное состояние оси вращения. К примеру, ось вращения установленного на электростанции генератора находится в неподвижном состоянии относительно связанной с Землёй системы координат.

В некоторых случаях ось вращения совершает сложное вращение, заставляя точки тела двигаться по сферическим траекториям. Подобное движение называется сферическим. Перемещение материальной точки или тела вокруг оси находящейся в неподвижном состоянии за его пределами носит название движения кругового.

Базовыми характеристиками прямолинейного движения являются: скорость, перемещение, ускорение. Для движения вращательного аналогичными показателями являются:

  • угловое перемещение – в роли перемещения, в случае с вращательным движением, выступает угол;
  • угловая скорость – характеризующая величину угла, на который выполнен поворот, за единицу времени;
  • угловое ускорение – представляющее собой изменение угловой скорости, происходящее в определённый временной промежуток.

Колебательное движение

Выполнение периодических перемещений в двух противоположных друг другу направлениях называется колебательным движением. Процесс колебаний, происходящих в замкнутых системах, именуется колебаниями собственными или независимыми. Колебательные движения, вызываемые под воздействием сил приложенных из вне, являются колебаниями вынужденными.

Использование для анализа колебаний изменяемых показателей, таких как частота, амплитуда, период и др. позволило разделить их на колебания гармоничные, затухающие и нарастающие. Кроме этого они могут быть сложными, прямоугольными, пилообразными.

В случае свободных колебаний происходящих в действительных системах неизбежно происходят потери энергии. Затраты энергии связаны с преодолением сил сопротивления воздуха и сил трения снижающих амплитуду колебаний и способных окончательно их прекратить по прошествии некоторого времени.

Вынужденные колебания не являются затухающими по причине постоянного восполнения потерь энергии, происходящего на протяжении всего времени колебаний. Это осуществляется путём периодического воздействия на тело силой разной величины. Частота вынужденных колебаний пропорциональна изменениям, прилагаемой внешней силы.

Максимальное значение амплитуды вынужденных колебаний достигается при совпадении их частоты с собственной частотой колебательной системы. Данный процесс называется резонансом.

К примеру, амплитуда раскачивания каната будет постоянно увеличиваться в случае периодического подталкивания его в такт с его собственными колебаниями.

Тело, размерами которого можно в определённых условиях пренебречь, называется материальной точкой.

Рассматриваемый выше автомобиль может быть принят в качестве материальной точки, если его рассматривать в сравнении с Землёй. Однако пренебречь размерами машины невозможно в случае рассмотрения перемещения людей, находящихся внутри неё.

Задачи, решаемые в физике, подразумевают расценивание движения, выполняемого телом, как движение, осуществляемое материальной точкой, применяя для анализа такого движения такие понятия как скорость, ускорение, инерция материальной точки и т.д.

Система отсчёта

Рассмотрение перемещений, осуществляемых материальной точкой, выполняется относительно других тел, находящихся в состоянии покоя. Телом отсчёта называется тело, относительно которого рассматривается анализируемое механическое движение. Выбор тела отсчёта осуществляется произвольно в зависимости от задания стоящего перед исследователем.

К выбранному телу отсчёта привязывается соответствующая система координат, предполагающая наличие точки отсчёта или центра координат. Такая система, как правило, обладает в зависимости от характера движения одной, двумя или тремя осями. Положение точки находящейся на линии (1 ось), на плоскости (2 оси) или в пространстве (3 оси) описывается соответственно по средствам 1-й, 2-х или 3-х координат.

Для определения пространственного положения тела в любой промежуток времени требуется определение момента начала временного отсчёта. Таким образом, система отсчёта представляет собой комплекс, включающий в себя систему координат со связанной с ней точкой отсчёта и устройство, способное произвести замер времени.

Движение тела рассматривается по отношению к этой системе координат. Координаты одной и той же точки в отношении разных тел отсчёта, обладающих отличными друг от друга системами координат, в большинстве случаев совершенно разные. Траектория движения также в немалой степени влияет на выбор системы отсчёта.

По своей сути могут быть совершенно разные системы отсчёта, к примеру: подвижные и неподвижные системы, инерционные и неинерционные системы координат.

Узнать цену работы
Узнай цену
своей работы
Нужны оригинальность, уникальность и персональный подход?
Закажи свою оригинальную работу
УЗНАТЬ СТОИМОСТЬ