1. Введение в теоретическую механику. Кинематика точки.

Введение в теоретическую механику.

Кинематика точки.

 

  1. Предмет теоретической механики. Основные абст­ракции.
  2. Предмет кинематики. 
  3. Способы задания движения точки.
  4. Определение скорости и ускорения точки при векторном способе задания ее движения.

 

1. Предмет теоретической механики. Основные абстракции.

  

 

Теоретическая механика— это наука, в которой изучаются общие законы механического движения и механического взаимодействия материальных тел

Механическим движением называется перемещение тела по отношению к другому телу, происходящее в пространстве и во времени.

 

Механическим взаимодействием называется такое взаимодействие материальных тел, которое изменяет характер их механического движения.

 

Статика — это раздел теоретической механики, в котором изучаются методы преобразования систем сил в эквивалентные системы и устанавливаются условия равновесия сил, приложенных к твердому телу.

Кинематика  это раздел теоретической механики, в котором изучаетсядвижение материальных тел в пространстве с геометрической точки зрения, независимо от действующих на них сил.

Динамика — это раздел механики, в котором изучается движение материальных тел в пространстве в зависимости от действующих на них сил.

 

Объекты изучения в теоретической механике:

материальная точка,

система материальных точек,

        абсолютно твердое тело.

 

Абсолютное пространство и абсолютное время независимы одно от другого. Абсолютное пространство — трехмерное, однородное, неподвижное евклидово пространство. Абсолютное время — течет от прошлого к будущему непрерывно, оно однородно, одинаково во всех точках пространства и не зависит от движения материи.

 

2. Предмет кинематики.

Кинематика - это раздел механики, в котором изучаются геометрические свойства движения тел без учета их инертности (т.е. массы) и действующих на них сил

Для определения положения движущегося тела (или точки) с тем телом, по отношению к которому изучается движение данного тела, жестко, связывают какую-нибудь систему координат, которая вместе с телом образует систему отсчета.

Основная задача кинематики состоит в том, чтобы, зная закон движения данного тела (точки), определить все кинематические величины, характеризующие его движение (скорость и ускорение).

 

3. Способы задания движения точки

 

·        Естественный способ

Должно быть известно:

 -- траектория движения точки;

 -- начало и направление отсчета;

 -- закон движения точки по заданной траектории в форме (1.1)

  

Рисунок. Естественный способ задания движения точки

 

 

 

 

 

 

 

Формула. Закон движения точки по заданной траектории  (1.1)

 

 ·        Координатный способ

 

Рисунок. Координатный способ задания движения точки.

Формула. Уравнения движения точки.    (1.2)

 

Уравнения (1.2) – уравнения движения точки М.

 

Уравнение траектории точки М можно получить, исключив параметр времени «t» из уравнений (1.2)

 

 

·        Векторный способ

 

Рисунок. Векторный способ задания движения точки.

                  (1.3)

 

 

Связь между координатным и векторным способами задания движения точки

 

         (1.4)

 

Связь между координатным и естественным способами задания движения точки

 

         --  определить траекторию точки, исключив время из уравнений (1.2);

  -- найти закон движения точки по траектории (воспользоваться выражением для дифференциала дуги)

 

 

После интегрирования получим закон движения точки по заданной траектории:

 

 

Связь между координатным и векторным способами задания движения точки определяется уравнением (1.4)

 

 

4. Определение скорости точки при векторном способе задания движения.

 

Пусть в момент времени положение точки определяется радиусом-вектором  , а в момент времени t1– радиусом-вектором  , тогда за промежуток времени точка совершит перемещение .

Рисунок. 4.	Определение скорости точки при векторном способе задания движения

 

 

Формула. Средняя скорость точки          (1.5)

средняя скорость точки,

 

направлен вектор также как и вектор

 

 

 

Скорость точки в данный момент времени

 

         Чтобы получить скорость точки в данный момент времени, необходимо совершить предельный переход

   (1.6)

 

Формула. Скорость точки в данный момент времени  (1.7)

 

Вектор скорости точки в данный момент времени равен первой производной от радиуса-вектора по времени  и направлен по касательной к траектории в данной точке.

(единица измерения ¾ м/с, км/час)

 

Ускорение точки при векторном способе задания движения

 

Рисунок. Ускорение точки при векторном способе задания движения

(1.8)

 

    (1.9)

 

Формула. Ускорение точки при векторном способе задания движения.(1.10)

Вектор среднего ускорения имеет то же направление, что и вектор Δv, то есть, направлен в сторону вогнутости траектории.

Вектор ускорения точки в данный момент времени равен первой производной от вектора скорости или второй производной от радиуса-вектора точки по времени.

(еденица измерения - )

Как располагается вектор  по отношению к траектории точки?

При прямолинейном движении вектор  направлен вдоль прямой, по которой движется точка. Если траекторией точки является плоская кривая, то вектор ускорения , также как и вектор ср лежит в плоскости этой кривой и направлен в сторону ее вогнутости. Если траектория не является плоской кривой, то вектор ср будет направлен в сторону вогнутости траектории и будет лежать в плоскости, проходящей через касательную к траектории в точке М и прямую, параллельную касательной в соседней точке М1. В пределе, когда точка М1 стремится к М эта плоскость занимает положение так называемой соприкасающейся плоскости. Следовательно, в общем случае вектор ускорения  лежит в соприкасающейся плоскости и направлен в сторону вогнутости кривой.