Основні види механічного руху. Шкільна енциклопедія Що таке характер руху у фізиці

Механічне рух

Визначення 1

Зміну розташування тіла (або його частин) щодо інших тіл називають механічним рухом.

Приклад 1

Наприклад, людина, що рухається на ескалаторі в метро, ​​перебуває у спокої щодо самого ескалатора і рухається порівняно з стінами тунелю; гора Ельбрус перебуває у спокої умовно Землі і рухається разом із Землею щодо Сонця.

Ми, що треба зазначити точку, щодо якої розглядається переміщення, це називається тілом відліку. Точка відліку та система координат, з якою вона з'єднана, а також обраний метод вимірювання часу становлять концепцію відліку.

Переміщення тіла, де всі точки рухаються однаково, називається поступальним. Щоб знайти швидкість $V$ з яким рухається тіло, потрібно шлях $S$ розділити на час $T$.

$ \frac(S)(T) = (V)$

Рух тіла навколо деякої осі є обертальним. При такому ході всі точки тіла здійснюють просування місцевістю, центром яких вважається ця вісь. І хоча колеса роблять обертальний рух навколо своїх осей, водночас відбувається поступальний рух разом із кузовом машини. Отже, порівняно осі колесо здійснює обертальний рух, а щодо дороги – поступальний.

Визначення 2

Коливальний рух – таке періодичне переміщення, яке тіло здійснює по черзі у двох протилежних напрямках. Найпростіший приклад - маятник у годиннику.

Поступальний і обертальний - найпростіші види механічного пересування.

Якщо точка $X$ змінює своє розташування щодо точки $Y$, то $Y$ змінює своє положення щодо $X$. Інакше висловлюючись, тіла рухаються щодо одне одного. Механічне рух вважається відносним - для його опису потрібно вказати, щодо якої точки він розглядається

Простими видами руху матеріального тіла є рівномірне та прямолінійне пересування. Рівномірним воно є, якщо модуль вектора швидкості не змінюється (напрямок може змінюватися).

Рух називається прямолінійним, якщо курс вектора швидкості постійний (а величина при цьому здатна змінюватися). Траєкторією вважається пряма лінія, де знаходиться вектор швидкості.

Приклади механічного руху бачимо у повсякденному житті. Це машини, що проїжджають, летять літаки, кораблі, що пливуть. Прості приклади ми формуємо самі, проходячи біля інших людей. Кожну секунду наша планета проходить у двох площинах: навколо Сонця та своєї осі. І це також зразки механічного руху.

Різновиди руху

Поступальний рух - автоматичне переміщення твердого тіла, при цьому будь-який етап прямий, чітко пов'язаний з точкою, що рухається, залишається синхронним своєму первісному положенню.

Важливою характеристикою руху тіла вважається її траєкторія, що представляє просторову криву, яку можна показати як сполучених дуг різного радіусу, що виходить кожен зі свого центру. Різного для будь-яких точок тіла положення, яке може змінюватися з часом.

Поступово рухається кабіна ліфта чи кабіна колеса огляду. Поступальний рух проходить у 3-х мірному просторі, та його головна відмінна риса - збереження паралельності будь-якого відрізка себе, залишається у силі.

Період позначаємо літерою $T$. Щоб знайти період обігу, треба час обертання поділити на число обертів: frac(\delta t)(N) = (T)$

Обертальний рух - матеріальна точка описує коло. При обертальному процесі твердого тіла всі його точки описують коло, які знаходяться в паралельних площинах. Центри цих кіл лежать при цьому на одній прямій, перпендикулярній до площин кіл і називаються віссю обертання.

Вісь обертання може бути розташована всередині тіла та за ним. Вісь обертання в системі буває рухомою та нерухомою. Наприклад, у системі відліку, з'єднаної із Землею, вісь обертання ротора генератора на станції нерухома.

Іноді вісь обертання отримує складний обертальний рух - сферичне, коли точки тіла рухаються сферами. Точка пересувається навколо нерухомої осі, що не проходить через центр тіла або матеріальну точку, що обертається, такий рух називається круговим.

Характеристики прямолінійного руху: рух, швидкість, прискорення. Стають їх аналогами при обертальному русі: кутове переміщення, кутова швидкість, кутове прискорення:

• роль пересування у обертальному процесі має кут;
• величина кута повороту за одиницю часу є кутовою швидкістю;
• Зміна кутової швидкості в проміжок часу - це кутове прискорення.

Коливальний рух

Рух у двох протилежних напрямках, коливальний. Розгойдування, які відбуваються у замкнутих концепціях, називають незалежними або власними коливаннями. Коливання, що відбуваються під дією зовнішніх сил, називають вимушеними.

Якщо аналізувати розгойдування згідно з характеристиками, що змінюються (амплітуда, частота, період та ін.), тоді їх можна поділити на затухаючі, гармонійні, наростаючі (а також прямокутні, складні, пилкоподібні).

При вільних коливаннях у системах завжди відбуваються втрати енергії. Енергія витрачається працювати з подолання сили опору повітря. Сила тертя зменшує амплітуди коливань і вони припиняються через деякий час.

Вимушені розгойдування незагасаючі. Тому треба поповнювати втрати енергії за кожну годину коливань. Для цього необхідно діяти на тіло іноді, що змінюється силою. Вимушені коливання відбуваються із частотою, що дорівнює змінам зовнішньої сили.

Амплітуда вимушених коливань досягає найбільшого значення тоді, коли даний коефіцієнт такий самий, як і частота коливальної системи. Це називається резонансом.

Наприклад, якщо періодично смикати канат у такт його коливань, ми побачимо збільшення амплітуди його розгойдування.

Визначення 3

Матеріальна точка – це тіло, величиною якого за певних умов можна нехтувати.

Найчастіше згадуваний нами автомобіль можна сприймати як матеріальну точку порівняно Землі. Але якщо люди переміщуються всередині цієї машини, то вже не можна нехтувати розмірами автомобіля.

Коли ви вирішуєте завдання з фізики, розцінюють рух тіла як рух матеріальної точки і користуються такими поняттями, як швидкість точки, прискорення матеріального тіла, інерція матеріальної точки тощо.

Система відліку

Матеріальна точка переміщається порівняно з інерцією інших тіл. Тіло, відповідно до якого розглядається це автоматичне переміщення, називається тілом відліку. Тіло відліку вибирають вільно залежно від поставлених завдань.

З тілом відліку в'яжеться система місцезнаходження, що передбачає точку відліку (підстава координат). Концепція розташування має 1, 2 або 3 осі у зв'язку з умовою переміщення. Стан точки на лінії (1 вісь), площині (2 осі) або в місці (3 осі) встановлюють відповідно до цього однією, двома або трьома координатами.

З метою встановлення положення тіла у просторовій ділянці у будь-який період часу необхідно встановити старт відліку часу. Пристрій для виміру часу, система координат, точка відліку, з яким з'єднана система координат - це система відліку.

Щодо цієї системи розглядається рух тіла. У однієї й тієї точки в порівнянні з різними тілами відліку в різних концепціях координат можуть бути зовсім інші координати. Система відліку також залежить від вибору траєкторії руху

Різновиди систем відліку можуть бути різноманітними, наприклад: нерухома система відліку, рухома система відліку, інерційна система відліку, неінерційна система відліку.

Якщо положення даного тіла щодо навколишніх предметів з часом змінюється, то це тіло рухається. Якщо становище тіла залишається незмінним, тіло перебуває у спокої. За одиницю часу у механіці приймається 1 сек. Під проміжком часу мається на увазі число t сік, що відокремлюють два якихось послідовних явища.

Спостерігаючи рух якогось тіла, часто можна побачити, що рухи різних точок тіла різні; так при кочення колеса по площині центр колеса рухається по прямій лінії, а точка, що лежить на колі колеса, описує криву (циклоїду); шляхи, пройдені цими двома точками за те саме час (за 1 оборот), також різні. Тому вивчення руху тіла починають із вивчення руху окремої точки.

Лінія, що описується точкою, що рухається в просторі, називається траєкторією цієї точки.

Прямолінійним рухом точки називається такий рух, траєкторія якого пряма лінія.

Криволінійний рух - це рух, траєкторія якого не є прямою лінією.

Рух визначається напрямом, траєкторією та пройденим за певний проміжок часу (період) шляхом.

Рівномірним рухом точки називається такий рух, у якому відношення пройденого шляху S до відповідного проміжку часу зберігає постійну величину для будь-якого проміжку часу, тобто.

S/t = const(Постійна величина). (15)

Це постійне відношення шляху до часу називається швидкістю рівномірного руху та позначається буквою v. Таким чином, v = S/t. (16)

Вирішуючи рівняння щодо S, отримаємо S = vt, (17)

т. е. величина шляху, пройденого точкою при рівномірному русі, дорівнює добутку швидкості тимчасово. Вирішуючи рівняння щодо t, знаходимо, що t = S/v,(18)

тобто час, протягом якого точка при рівномірному русі проходить даний шлях, дорівнює відношенню цього шляху до швидкості руху.

Ці рівність є основними формулами рівномірного руху. За цими формулами визначається одна із трьох величин S, t, v, коли дві інші відомі.

Розмірність швидкості v = довжина/час = м/сек.

Нерівномірним рухом називається такий рух точки, у якому ставлення пройденого шляху до відповідного проміжку часу перестав бути постійної величиною.

При нерівномірному русі точки (тіла) часто задовольняються знаходженням середньої швидкості, яка характеризує швидкість руху за цей проміжок часу, але не дає уявлення про швидкість руху точки в окремі моменти, тобто про справжню швидкість.

Справжня швидкість нерівномірного руху - це та швидкість, з якою рухається точка в даний момент.

Середня швидкість руху точки визначається за формулою (15).

Майже часто задовольняються середньою швидкістю, приймаючи її як справжню. Наприклад, швидкість столу біля поздовжньо-стругального верстата постійна, за винятком моментів початку робітника і початку холостого ходів, але цими моментами в більшості випадків нехтують.

У поперечно-стругального верстата, у якого обертальний рух перетворюється на поступальний кулісним механізмом, швидкість повзуна нерівномірна. На початку ходу вона дорівнює нулю, потім зростає до якоїсь найбільшої величини в момент вертикального положення куліси, після чого починає зменшуватися і до кінця ходу знову стає рівною нулю. Найчастіше при розрахунках користуються середньої швидкістю v ср повзуна, яку сприймають як справжню швидкість різання.

Швидкість повзуна поперечно-стругального верстата з кулісним механізмом можна охарактеризувати як рівномірно-змінну.

Поступово-змінний рух - це рух, при якому за однакові проміжки часу швидкість збільшується або зменшується на однакову величину.

Швидкість рівномірно-змінного руху виражається формулою v = v 0 + at, (19)

де v-швидкість рівномірно-змінного руху в даний момент, м/сек;

v 0 - швидкість на початку руху, м/сек; а - прискорення, м/сек 2 .

Прискорення називається зміна швидкості в одиницю часу.

Прискоренняа має розмірність швидкість/час = м/сек 2 і виражається формулою a = (v-v 0)/t. (20)

При v0 = 0, a = v/t.

Шлях, пройдений при рівномірно-змінному русі, виражається формулою S=((v 0 +v)/2)* t = v 0 t+(at 2)/2. (21)

Поступальним рухом твердого тіла називається такий рух, у якому всяка пряма, взята цьому тілі, переміщається паралельно самої себе.

При поступальному русі швидкості та прискорення всіх точок тіла однакові і в будь-якій точці є швидкістю та прискоренням тіла.

Обертальним рухом називається такий рух, при якому всі точки деякої прямої лінії (осі), взятої в цьому тілі, залишаються нерухомими.

При рівномірному обертанні у рівні проміжки часу тіло повертається однакові кути. Кутова швидкість характеризує величину обертального руху та позначається буквою ω (омега).

Зв'язок між кутовою швидкістю ω і числом оборотів за хвилину виражається рівнянням: ω =(2πn)/60 = (πn)/30 град/сек. (22)

Обертальний рух є окремим випадком криволінійного руху.

Швидкість обертального руху точки спрямована по дотичній траєкторії руху і за величиною дорівнює довжині дуги, пройденої точкою за відповідний проміжок часу.

Швидкість руху точки тіла, що обертаєтьсявиражається рівнянням

v = (2πRn)/(1000*60)= (πDn)/(1000*60) м/сек, (23)

де п - число оборотів за хвилину; R - радіус кола обертання.

Кутове прискорення характеризує збільшення кутової швидкості за одиницю часу. Позначається воно буквою ε (епсілон) та виражається формулою ε = (ω - ω 0) / t. (24)

Подробиці Категорія: Механіка Розміщено 17.03.2014 18:55 Переглядів: 15751

Механічне рух розглядають для матеріальної точки тадля твердого тіла.

Рух матеріальної точки

Поступальний рух абсолютно твердого тіла - це механічний рух, в процесі якого будь-який відрізок прямий, пов'язаний з цим тілом, завжди паралельний собі в будь-який момент часу.

Якщо подумки з'єднати прямі дві будь-які точки твердого тіла, то отриманий відрізок завжди буде паралельним собі в процесі поступального руху.

При поступальному русі всі точки тіла рухаються однаково. Тобто вони проходять однакову відстань за однакові проміжки часу та рухаються в одному напрямку.

Приклади поступального руху: рух кабіни ліфта, чашок механічних ваг, санок, що мчать з гори, педалей велосипеда, платформи залізничного складу, поршнів двигуна щодо циліндрів.

Обертальний рух

При обертальному русі всі точки фізичного тіла рухаються навкруги. Всі ці кола лежать у площинах, паралельних одна одній. А центри обертання всіх точок розташовані на одній нерухомій прямій, яка називається віссю обертання. Кола, що описуються точками, лежать у паралельних площинах. І ці площини перпендикулярні до осі обертання.

Обертальний рух зустрічається дуже часто. Так, рух точок на обід колеса є прикладом обертального руху. Обертальний рух описує пропелер вентилятора та ін.

Обертальний рух характеризують такі фізичні величини: кутова швидкість обертання, період обертання, частота обертання, лінійна швидкість точки.

Кутовою швидкістю тіла при рівномірному обертанні називають величину, що дорівнює відношенню кута повороту до проміжку часу, протягом якого цей поворот відбувся.

Час, за який тіло проходить один повний оборот, називається періодом обертання (T).

Число оборотів, які тіло здійснює в одиницю часу, називається частотою обертання (f).

Частота обертання та період пов'язані між собою співвідношенням T = 1/f.

Якщо точка знаходиться на відстані R від центру обертання, її лінійна швидкість визначається за формулою:

Механічним рухом Тіла (точки) називається зміна його положення в просторі щодо інших тіл з плином часу.

Види рухів:

А) Рівномірний прямолінійний рух матеріальної точки: Початкові умови

. Початкові умови

г) Гармонійний коливальний рух.Важливим випадком механічного руху є коливання, у яких параметри руху точки (координати, швидкість, прискорення) повторюються через певні проміжки часу.

Про писання руху . Існують різні способи опису руху тіл. При координатному способі Завдання положення тіла в декартовій системі координат рух матеріальної точки визначається трьома функціями, що виражають залежність координат від часу:

x= x(t), y= у (t) та z= z(t) .

Ця залежність координат від часу називається законом руху (або рівнянням руху).

При векторному способі положення точки у просторі визначається у будь-який момент часу радіус-вектором r= r(t) , проведеним із початку координат до точки.

Існує ще один спосіб визначення положення матеріальної точки у просторі при заданій траєкторії її руху: за допомогою криволінійної координати l(t) .

Всі три способи опису руху матеріальної точки еквівалентні, вибір будь-якого з них визначається міркуваннями простоти одержуваних рівнянь руху та наочності опису.

Під системою відліку розуміють тіло відліку, що умовно вважається нерухомим, систему координат, пов'язану з тілом відліку, і годинник, також пов'язані з тілом відліку. У кінематиці система відліку вибирається відповідно до конкретних умов завдання опису руху тіла.

2. Траєкторія руху. Пройдений шлях. Кінематичний закон руху.

Лінія, якою рухається деяка точка тіла, називається траєкторієюрухуцієї точки.

Довжина ділянки траєкторії, пройденої точкою під час її руху, називається пройденим шляхом .

Зміна радіус- вектора з часом називають кінематичним законом :
При цьому координати точок будуть координатами за часом: x= x(t), y= y(t) таz= z(t).

При криволінійному русі шлях більше модуля переміщення, так як довжина дуги завжди більше довжини хорди, що стягує її

Вектор, проведений з початкового положення точки, що рухається в положення її в даний момент часу (прирощення радіус-вектора точки за аналізований проміжок часу), називається переміщенням. Результуючий рух дорівнює векторній сумі послідовних переміщень.

При прямолінійному русі вектор переміщення збігається з відповідною ділянкою траєкторії, і модуль переміщення дорівнює пройденому шляху.

3. Швидкість. Середня швидкість. Проекція швидкості.

Швидкість - Швидкість зміни координати. При русі тіла (матеріальної точки) нас цікавить як його становище у обраної системі відліку, а й закон руху, т. е. залежність радіус-вектора від часу. Нехай моменту часу відповідає радіус-вектор рухомої точки, а близькому моменту часу - радіус-вектор . Тоді за малий проміжок часу
точка зробить мале переміщення, що дорівнює

Для характеристики руху тіла вводиться поняття середньої швидкості його руху:
Ця величина є векторною, що збігається у напрямку з вектором
. При необмеженому зменшенні Δtсередня швидкість прагне граничного значення, яке називається миттєвою швидкістю :

Проекція швидкості.

А) Рівномірний прямолінійний рух матеріальної точки:
Початкові умови

Б) Рівноприскорений прямолінійний рух матеріальної точки:
. Початкові умови

В) Рух тіла по дузі кола з постійною за модулем швидкістю:

Щоб знайти координати тіла, що рухається в будь-який момент часу, потрібно знати проекції вектора переміщення на осі координат, а значить, і сам вектор переміщення. Що для цього треба знати. Відповідь залежить від того, який рух робить тіло.

Розглянемо спочатку найпростіший вид руху - прямолінійний рівномірний рух.

Рух, при якому тіло за будь-які рівні проміжки здійснює однакові переміщення, називають прямолінійним рівномірним рухом.

Щоб знайти рух тіла в рівномірному прямолінійному русі за якийсь проміжок часу t, Треба знати, яке переміщення здійснює тіло за одиницю часу, оскільки за будь-яку іншу одиницю часу воно здійснює таке ж переміщення.

Переміщення, яке здійснюється за одиницю часу, називають швидкістюруху тіла і позначають буквою υ . Якщо переміщення на цій ділянці позначити через , а проміжок часу через tто швидкість можна висловити ставленням до . Оскільки переміщення - векторна величина, а час - скалярна, швидкість теж векторна величина. Вектор швидкості спрямований як і вектор переміщення.

Швидкістю рівномірного прямолінійного рухутіла називають величину, що дорівнює відношенню переміщення тіла до проміжку часу, протягом якого це переміщення відбулося:

Таким чином, швидкість показує, яке переміщення робить тіло в одиницю часу. Отже, щоб знайти рух тіла, треба знати його швидкість . Переміщення тіла обчислюється за такою формулою:

Вектор переміщення спрямований так само, як і вектор швидкості, час t- Величина скалярна.

За формулами, написаними у векторній формі, обчислення вести не можна, оскільки векторна величина має як чисельне значення, а й напрям. При обчисленнях користуються формулами, які входять не вектори, які проекції на осі координат, оскільки над проекціями можна проводити алгебраїчні дії.

Оскільки вектори рівні, то рівні їх проекції на вісь X, звідси:

Тепер можна отримати формулу для обчислення координати xточки у будь-який момент часу. Нам відомо, що

З цієї формули видно, що при прямолінійному рівномірному русі координата тіла лінійно залежить від часу, а це означає, що за її допомогою можна описати рівномірний прямолінійний рух.

Крім того, з формули випливає, що для знаходження положення тіла у будь-який момент часу при прямолінійному рівномірному русі потрібно знати початкову координату тіла x 0та проекцію вектора швидкості на вісь, уздовж якої рухається тіло.

Необхідно пам'ятати, що у цій формулі v x- проекція вектора швидкості, отже, як і будь-яка проекція вектора, може бути позитивної і негативної.

Прямолінійний рівномірний рух зустрічається рідко. Найчастіше доводиться мати справу з рухом, за якого за рівні проміжки часу переміщення тіла можуть бути різними. Це означає, що швидкість тіла з часом якось змінюється. Зі змінною швидкістю рухаються автомобілі, поїзди, літаки і т. д., кинуте вгору тіло, що падають на Землю тіла.

При такому русі для обчислення переміщення формулою користуватися не можна, оскільки швидкість змінюється в часі і вже не йдеться про якусь певну швидкість, значення якої можна підставити в формулу. У таких випадках користуються так званою середньою швидкістю, яка виражається формулою:

Середня швидкістьпоказує, чому дорівнює переміщення, яке тіло в середньому здійснює за одиницю часу.

Однак, за допомогою поняття середньої швидкості основне завдання механіки – визначити положення тіла у будь-який момент часу – вирішити не можна.