Динамика системы материальных точек кратко

Обновлено: 04.07.2024

Динамика системы материальных точек является наиболее важным и интересным разделом теоретической механики. Именно этот раздел дает наиболее полное представление о механическом движении. В динамике системы в основном рассматриваются задачи о движении систем материальных точек с конечным числом степеней свободы (максимальным числом независимых параметров, определяющих положение системы). Главная задача динамики системы — изучение основных методов составления и исследования уравнений движения механических систем и общих свойств движения.

Наиболее примитивный подход к исследованию движения системы, состоящей из материальных точек, будет, очевидно, сводиться к рассмотрению движений каждой отдельной точки системы. При таком подходе должны быть определены все силы, действующие на каждую точку системы, в том числе и все силы взаимодействия между точками. Определяя теперь ускорения каждой точки в соответствии с законом Ньютона, получим для каждой точки три скалярных дифференциальных уравнения движения второго порядка или дифференциальных уравнений движения для всей системы. Дальнейшее исследование сведется в первую очередь к исключению лишних неизвестных и затем к интегрированию уравнений. Зачастую оказывается, что движение определяется меньшим числом параметров, чем имеется уравнений. Поэтому возникает проблема — отыскать такие методы решения задач, которые бы приводили к уравнениям, не содержащим лишних параметров и сразу дающим представление о движении механической системы. Первая такая попытка дать общие методы принадлежит швейцарскому математику и механику Якову Бернулли (1654—1705), который, изучая движение маятника, пытался сводить задачу о движении к задаче о равновесии. Дальнейшее развитие принципа принадлежит Даламберу.

Мы начнем изучать динамику системы с анализа связей, накладываемых на систему материальных точек.

Основы динамики системы материальных точек

Совокупность материальных точек, связанных между собой силами взаимодействия, называется механической системой.

Любое материальное тело в механике рассматривается как механическая система, образуемая совокупностью материальных точек.

Из определения механической системы следует, что движение каждой из точек, входящих в систему, зависит от движения остальных точек.

Силы, действующие на точки системы, делятся на внешние и внутренние. Силы взаимодействия между точками этой системы называют внутренними. К внешним силам относятся силы, действующие со стороны точек, не входящих в эту систему.

Примерами внешних сил являются сила тяжести, сила давления, сила трения и др.

К внутренним силам относятся силы упругости.

Движение механической системы зависит не только от внешних сил, но и от суммарной массы системы где — масса отдельных точек механической системы.

Движение системы зависит и от положения центра масс ей стемы — условной точки, в которой сосредоточена вся масса тела. Обычно считают, что в центре масс приложены все внешние силы.

Движение центра масс определяет движение всей системы толь ко при поступательном движении, при котором все точки тела дви жутся одинаково.

Основное уравнение динамики при поступательном движении тела

Для определения движения тела (системы материальных точек можно использовать второй закон динамики

Основы динамики системы материальных точек

где — суммарная масса тела; — ускорение центра масс тела.

В поле земного притяжения центр масс совпадает с центров тяжести.

Основное уравнение динамики вращающегося тела

Пусть твердое тело под действием внешних сил вращается вокруг оси с угловой скоростью (рис. 17.3).

Рассматривая твердое тело как механическую систему, разобьем ее на множество материальных точек с массами . Каждая точка движется по окружности радиуса с касательным ускорением и нормальным ускорением где — угловое ускорение.

Используем для каждой точки принцип Даламбера и приложим силы инерции:

Основы динамики системы материальных точек

— касательную ;

Основы динамики системы материальных точек

— нормальную .

Система сил, действующих на точку, по принципу Даламбера, находится в равновесии.

Поэтому алгебраическая сумма моментов относительно оси вращения должна быть равна нулю: , где — момент внешних сил.

Моменты нормальных сил инерции равны нулю, т. к. силы пересекают ось . Силы, направленные по касательной к окружности, равны

Основы динамики системы материальных точек

Основы динамики системы материальных точек

где — общая величина, угловое ускорение тела.

Подставив значение силы в формулу для определения моментов, получим

Основы динамики системы материальных точек

Основы динамики системы материальных точек

Величина называется моментом инерции тела относительно оси вращения и обозначается .

Основы динамики системы материальных точек

В результате получим выражение основного уравнения динамики вращающего тела:

Основы динамики системы материальных точек

где — сумма моментов внешних сил относительно оси; — угловое ускорение тела.

Момент инерции тела в этом выражении определяет меру инертности тела при вращении.

Основы динамики системы материальных точек

По выражению для момента инерции можно определить, что единица измерения этой величины в системе СИ .

Видно, что значение момента инерции зависит от распределения массы относительно оси вращения: при одинаковой массе момент инерции больше, если основная часть массы расположена дальше от оси вращения. Для увеличения момента инерции используют колеса со спицами и отверстиями.

Моменты инерции некоторых тел

Основы динамики системы материальных точек

Основы динамики системы материальных точек

Момент инерции сплошного цилиндра (рис. 17.4)

Основы динамики системы материальных точек

Момент инерции полого тонкостенного цилиндра (рис. 17.5) .

Момент инерции прямого тонкого стержня любого поперечного сечения

Основы динамики системы материальных точек

Основы динамики системы материальных точек

Момент инерции шара (рис. 17.7)

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Помощь студентам в учёбе
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal
lfirmal

Образовательный сайт для студентов и школьников

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

26. Динамика материальной точки. Законы Ньютона. Уравнения движения материальной точки

Динамика есть часть теоретической механики, в которой устанавливается и изучается связь между движением материальных тел и действующими на них силами.

В основе динамики лежат эмпирические законы, точно сформулированные и систематически изложенные независимо друг от друга Ньютоном и Галилеем.

Законы Ньютона-Галилея

1. Закон инерции.

Если на материальную точку не действуют никакие силы или действующая система сил является уравновешенной, то материальная точка находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения. Такое состояние точки называется инерциальным.

2. Основной закон динамики.

Если к материальной точке приложить некоторую силу , то эта точка получит ускорение , прямопропорциональное действующей силе, то есть

3. Закон равенства сил действия и противодействия.

Силы, с которыми действуют друг на друга две материальные точки, всегда равны по модулю и направлены по прямой, соединяющей эти точки, в противоположные стороны.

3'. Закон независимости действия сил.

Если на материальную точку действует система сил, то точка получит ускорение равное геометрической сумме ускорений, которые приобрела бы точка под действием каждой силы в отдельности.

Пусть под действием системы сил материальная точка приобрела ускорение , а под действием каждой силы в отдельности – ускорения , тогда

Поскольку все силы приложены к точке, то , следовательно, можно записать

Уравнение (1) называется основным уравнением динамики точки.

Дифференциальное уравнение движения материальной точки

Из уравнения (1) следует, что , где ; .

Таким образом, можно записать

Уравнение (2) является основным дифференциальным уравнением движения материальной точки, записанное в векторном виде.

Координатная форма записи основного дифференциального уравнения движения точки

Разложим радиус-вектор и результирующую силу по осям координат

Подставим (3) в (2), получим

Система уравнений (5) является координатной формой записи основного дифференциального уравнения движения точки.

В динамике материальной точки поле сил предполагается заданным в каждой точке для каждого момента времени. Но в классической механике силовое поле, действующее на какую-либо материальную точку, само создается другими материальными точками. Таким образом, вполне естественно рассмотреть совокупность взаимодействующих между собой материальных точек и определить характер движения такого ансамбля.

На первый взгляд подобная задача может показаться очень сложной, поскольку каждая материальная точка, входящая в эту систему, перемещается в результате воздействия на нее других материальных точек, что в свою очередь приводит к изменению силы, действующей на данную материальную точку со стороны остальных.

Тем не менее, с математической точки зрения задача формулируется по-прежнему просто: в каждый момент времени произведение массы какой-либо материальной точки на ее ускорение равно действующей на нее силе, которая, разумеется, зависит от положения всех остальных материальных точек системы. Таким образом, для ансамбля, состоящего из N материальных точек, мы получаем систему из 3N дифференциальных уравнений второго порядка по времени для 3N координат всех N материальных точек. Как следует из математического анализа, решение этой системы уравнений полностью определяется заданием положений и скоростей всех материальных точек системы в начальный момент времени. Так обобщается на случай системы материальных точек принцип механического детерминизма, установленный ранее для случая одиночной материальной точки.

Изучение движения системы материальных точек очень упрощается, если ввести понятие центра инерции системы, который, как известно, совпадает с центром тяжести всех материальных точек системы. Оказывается, что если на систему не действуют никакие внешние силы, то ее центр инерции движется прямолинейно и равномерно. Этот результат следует из одного общего свойства сил, вводимых в механике, свойства, которое выражается принципом равенства действия и противодействия. Согласно этому принципу, сила, действующая на материальную точку A со стороны материальной точки B, равна по величине и противоположна по направлению силе, с которой точка A действует на точку B.

В том случае, когда система обладает потенциальной энергией, можно предположить, что потенциальная энергия зависит только от взаимного положения материальных точек – гипотеза с физической точки зрения вполне естественная.

Итак, задача определения движения системы разбивается на две: сначала находится движение центра инерции, а затем – движение системы относительно ее центра тяжести. Ряд хорошо известных теорем облегчает решение этой задачи.

Количество движения системы материальных точек определяется просто как сумма (геометрическая) количеств движения всех входящих в нее материальных точек. Оно выражается в виде суммы произведений масс на соответствующие скорости, т е. также использует понятие скорости. Что касается энергии системы, то она всегда содержит слагаемое, соответствующее кинетической энергии и равное сумме кинетических энергий всех материальных точек, т е. полу сумме произведений массы каждой материальной точки на квадрат ее скорости. Если же система консервативна, то полная энергия включает в себя также потенциальную энергию, которая в свою очередь состоит из двух слагаемых. Первое равно сумме потенциальных энергий всех материальных точек во внешнем поле, действующем на систему (если таковое имеется). Второе слагаемое, отличное от нуля и в том случае, когда внешнее поле отсутствует, есть энергия взаимодействия материальных точек. Оно равно сумме взаимных потенциальных энергий каждой пары частиц.

Весьма существенно, что взаимную потенциальную энергию нельзя представить в виде суммы потенциальных энергий, приписываемых каждой материальной точке в отдельности. Каждая пара взаимодействующих материальных точек дает вклад в полную энергию. Следовательно, индивидуальность материальной точки выражена тем слабее, чем сильнее взаимодействие между ними. Наличие этой взаимной энергии характерно для систем взаимодействующих материальных точек и отличает их, например, от ансамбля невзаимодействующих материальных точек, находящихся в заданном внешнем поле.

Динамика систем материальных точек – основа динамики твердых тел, поскольку последние можно представить в виде системы материальных точек, расстояния между которыми остаются неизменными из-за сил взаимодействия, чрезвычайно быстро возрастающих при отклонении этих точек от своего положения равновесия. Тот факт, что взаимное расположение материальных точек в таких твердых телах остается неизменным, позволяет определить его положение в каждый момент времени заданием всего лишь шести параметров.

Такими параметрами могут служить, например, три координаты какой-либо произвольной точки тела и три угла, определяющих его ориентацию относительно некоторой системы координат.

Если мы имеем задачу о движении нескольких твердых тел, каким-либо образом связанных между собой, то число параметров, необходимых для описания такой системы, возрастает. Однако при написании уравнений движения всегда можно исходить из уравнений для системы материальных точек, предполагая при этом, что твердые тела представляют собой некоторую совокупность таких материальных точек.

Таким образом, предвосхищая развитие атомной физики, механика твердых тел строилась исходя из предположения о дискретности материи. Здесь следует сделать одно замечание. В обычных экспериментах мы имеем дело, как правило, с крупномасштабными телами, а не с материальными точками, и, в частности, большинство методов измерения пространства и времени, необходимых для изучения различных явлений, основано на использовании свойств твердых тел. Именно эти понятия пространства и времени, взятые из повседневной жизни и наблюдений над крупномасштабными телами, в частности твердыми, служат нам для определения законов движения материальных точек. Определив таким образом эти законы, мы снова возвращаемся к изучению механических свойств твердых тел, рассматривая их как совокупность материальных точек. Хотя такой путь и непротиворечив, однако предположение, что понятия пространства и времени, возникшие из наблюдений над твердыми телами, можно без изменений использовать при изучении процессов, происходящих с элементарными частицами, – весьма смелая гипотеза. Можно было бы предположить, что применение этих понятий к элементарным актам потребует их серьезной модификации. Единственное условие, которое при этом на самом деле должно соблюдаться, заключается в требовании, чтобы свойства элементарных частиц были таковы, что, переходя к системам из очень многих частиц, мы имели бы возможность получать уже известные нам свойства материальных тел (в частности, свойства твердых тел) и обычные определения пространства и времени. Правда, это замечание, важность которого недавно подчеркнул Ж.Л. Детуш, не является, по-видимому, серьезным возражением против метода, используемого в классической аналитической механике, поскольку материальную точку там можно было бы определить не как элементарную частицу, а как частицу материи, имеющую пренебрежимо малые размеры, но содержащую все же в себе чрезвычайно большое число элементарных частиц. Иное дело в атомной физике, когда, допуская существование элементарных частиц, пытаются применять к ним классические законы механики материальной точки или какие-либо Другие законы, предполагающие справедливость наших обычных понятий пространства и времени. Здесь это возражение становится серьезным.

1. Кинематика и динамика

1. Кинематика и динамика В этой небольшой главе мы отнюдь не собираемся делать какого-либо, даже краткого, обзора принципов классической механики и, тем более, критически анализировать эту область физики. Для этого недостаточно было бы и целой книги; к тому же эти вопросы

2. Законы Ньютона и динамика материальной точки

2. Законы Ньютона и динамика материальной точки Приняв за основу возможность локализации физических объектов в пространстве и во времени, классическая механика начинает изучение законов движения с наиболее простого случая: с изучения законов движения материальной

3. Релятивистская динамика

3. Релятивистская динамика Классические уравнения ньютоновой механики инвариантны относительно преобразования Галилея. И если рассматривать это преобразование как соотношение, отражающее истинную связь между координатами, измеряемыми двумя наблюдателями,

ДИНАМИКА

ДИНАМИКА Итак, в эпоху Возрождения были разрешены многие проблемы элементарной статики, значительные результаты получены в области кинематики. Динамика же фактически начинала делать только первые шаги.Базой для этих первых шагов было, как и ранее, критическое

АНАЛИТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА СИСТЕМ ТОЧЕК И ТВЕРДЫХ ТЕЛ В ДОВОЕННЫЙ ПЕРИОД

АНАЛИТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА СИСТЕМ ТОЧЕК И ТВЕРДЫХ ТЕЛ В ДОВОЕННЫЙ ПЕРИОД Более интенсивно, чем где бы то ни было за рубежом, в Советском Союзе развивались вариационные методы, велась работа по построению аналитической механики в новых переменных (групповых, неголономных). В

1. Системы и их классификация

1. Системы и их классификация Система – тело или несколько тел, находящихся во взаимодействии между собой (диффузия, теплообмен, химическая реакция) и отделенных от окружающей среды.Состояние системы в термодинамике определяется с помощью набора переменных, называемых

2. Однокомпонентные системы

2. Однокомпонентные системы Пример такой системы – диаграмма состояния воды. В такой системе тройную точку О, координаты которой определяют условия сосуществования трех фаз: лед, вода, пар, – можно рассматривать как геометрический образ с нулевым числом измерений. Число

7. Кибернетические системы

7. Кибернетические системы Кибернетической системой называют упорядоченную совокупность объектов (элементов системы), взаимодействующих и взаимосвязанных между собой, которые способны воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею.

65. Где границы Солнечной системы?

65. Где границы Солнечной системы? У Солнечной системы нет четко определенного края. Это как спрашивать: где край Скалистых гор?Если Солнечную систему определять только как Солнце и планеты, край находится в 4,5 млрд км от Солнца (расстояние до Нептуна). Однако Солнечная

3.5. Динамика тел в Главном поясе. Механизм переноса вещества в область планет земной группы

3.5. Динамика тел в Главном поясе. Механизм переноса вещества в область планет земной группы Главный пояс астероидов — образование, имеющее сложную динамическую структуру. Эта структура в основном определяется силами, действующими на малые тела в этой области со стороны

6.5. Российские информационные системы для работы с орбитальными и физическими характеристиками малых тел Солнечной системы

6.5. Российские информационные системы для работы с орбитальными и физическими характеристиками малых тел Солнечной системы Как уже отмечалось в этой и предыдущих главах, количество открываемых объектов, сближающихся с Землей, быстро растет. С введением в строй новых

XV. ОСОБЕННОСТИ КОПЕРНИКОВОЙ СИСТЕМЫ

XV. ОСОБЕННОСТИ КОПЕРНИКОВОЙ СИСТЕМЫ Несмотря на все свои значительные преимущества, гелиоцентрическая система Коперника в том виде, как она выразилась в его сочинении, заключала в себе значительные астрономические погрешности. Эти недостатки вызваны были тем, что

Измерительные системы

Измерительные системы Свет используется для измерений во многих случаях. Это системы различных интерферометров, позволяющие измерять малые перемещения, контроль поверхности, с высокой точностью порядка длины волны света.Область оптических, бесконтактных,

2. Система отсчета. Декартова система координат. Траектория движения. Кинематическое описание движения материальной точки. Закон движения. Радиус-вектор. Вектор перемещения. Мгновенная скорость. Ускорение.

В декартовой системе координат,используемое наиболее часто,полоджение точки А в данный момент времени по отношению к этой системе характеризуется тремя координатами x,y,z

Или радиусом – вектором r,проведенным из начала системы координат в данную точку.


Траектория – линия, описываемая в пространстве движущейся точкой. В зависимости от формы траектории движение может быть прямолинейным или криволинейным.

Если мы будем определять радиус вектором r(t) то радиус вектор зависит от времени, эта зависимость называется ЗАКОНОМ ДВИЖЕНИЯ.

Радиус вектор- вектор, задающий положения точки в пространстве относительно некоторой заранее фиксированной точки, называемой началом координат.

При неограниченном уменьшении At средняя скорость стремится к предельному значению, которое называется мгновенной скорость v

Ускорение – физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости по модулю и направлению.

3. Движение материальной точки по окружности. Вектор углового перемещения, скорости, ускорения. Связь с линейными характеристиками движения. Нормальное, тангенциальное, полное ускорение при криволинейном движении.

Равномерное движение МТ по окружности - движение материальной точки по окружности, при котором модуль ее скорости не меняется. При таком движении материальная точка обладает центростремительным ускорением.


Угловое перемещение – вектор, численно равный угловому пути и направлен по оси вращения так, чтобы наблюдатель, смотрящий из его конца, видел вращение против часовой стрелки.


Угловой скоростью вращения твердого тела называется вектор w, численно равный первой производной от угла поворота по времени w=dφ/dt и направленный вдоль оси вращения таким образом, чтобы из его конца вращение тела было видно происходящим против часовой стрелки.


Углово́е ускоре́ние — псевдовекторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения угловой скорости твёрдого тела. Линейная скорость вращения точки - произведение угловой на расстояния от центра вращения до точки. Угол поворота , угловая скорость , угловое ускорение .

В общем случае ускорение направлено под углом к скорости. Составляющая ускорения, направленная вдоль скорости, называется тангенциальным ускорением . Она характеризует изменение скорости по модулю.

Составляющая ускорения, направленная к центру кривизны траектории, т.е. перпендикулярно (нормально) скорости, называется нормальным ускорением. Она характеризует изменение скорости по направлению.

Здесь R - радиус кривизны траектории в данной точке.


Тангенциальное и нормальное ускорение взаимноперпендикулярны, поэтому модуль полного ускорения

4. Закон инерции. Определение инерциальной системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Преобразования координат. Следствия из преобразований Галилея. Закон сложения скоростей. Инвариантные величины.

Закон инерции (1ый закон ньютона) - Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий сохраняет величину и направление своей скорости неограниченно долго.
Инерциа́льная систе́ма отсчёта (ИСО) — система отсчёта, в которой справедлив первый закон Ньютона: все свободные тела (то есть такие, на которые не действуют внешние силы или действие этих сил компенсируется) движутся прямолинейно и равномерно или покоятся.
При́нцип относи́тельности — фундаментальный физический принцип, согласно которому все физические процессы в ИСО протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.Отсюда следует, что все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта.
Преобразова́ния Галиле́я (координат) — в классической механике (механике Ньютона) преобразования координат и скорости при переходе от одной (ИСО) к другой.

Инвариантные величины - физическая величина, не меняющая своего числового значения при переходе из одной системы координат в другую.

Закон сложения скоростей - определяет связь между значениями скорости материальной точки по отношению к разл.системам отсчёта, движущимся друг относительно друга.

Определение момента импульса материальной точки и момента силы. Проекция векторов момента импульса и момента силы на выбранную ось Уравнение моментов для материальной точки. При каких условиях сохраняется момент импульса материальной точки?

Момент силы — векторная физическая величина, равная произведению радиус-вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело.

Моментом импульса материальной точки А относительно неподвижной точки Оназывается физическая величина, определяемая векторным произведением:

L = [rp] = [r,mv],

где г — радиус-вектор, проведенный из точки О в точку А; р = mv — импульс

Вектор будет направлен вдоль нормали к плоскости, образованной векторами и ,направление которого определяется по правилу буравчика.

Условие сохранения - остается постоянной, пока на систему не воздействуют внешние силы

5. Система материальных точек. Вывод уравнения движения системы материальных точек на примере двух жестко связанных тел(хз)

Системой материальных точек называется такая их совокупность, в которой положение и движение каждой точки зависит от положения и движения всех точек данной системы. Часто систему материальных точек называют механической системой.

Центр масс системы материальных точек. Определение радиус-вектора центра масс. Свойства центра масс. Скорость центра масс. Вывод уравнения движения центра масс. Закон сохранения координаты центра масс системы материальных точек.

тром масс (или центром инерции)

системы материальных точек называет-

ся воображаемая точка С, положение

которой характеризует распределение

массы этой системы. Ее радиус-вектор


Центр масс замкнутой системы либо движется прямолинейно и равномерно, либо остается неподвижным.

Скорсть центра масс

Для непрерывного распределения массы с плотностью r . Если силы тяжести, приложенные к каждой частице системы, направлены в одну сторону, то центр масс совпадает с центром тяжести. Но если не параллельны, то центр масс и центр тяжести не совпадают.
Взяв производную по времени от , получим:

т.е. полный импульс системы равен произведению ее массы на скорость центра масс.

Подставляя это выражение в закон изменения полного импульса, находим:

Центр масс системы движется как частица, в которой сосредоточена вся масса системы и к которой приложена результирующая внешних сил.

При поступательном движении все точки твердого тела движутся так же, как и центр масс (по таким же траекториям), поэтому для описания поступательного движения достаточно записать и решить уравнение движения центра масс.

Так как , то центр масс замкнутой системыдолжен сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, т.е. =const. Но при этом вся система может вращаться, разлетаться, взрываться и т.п. в результате действия внутренних сил.

Rс(t1) = Rc(t2) закон сохранения координаты центра масс

8. Работа потенциальных (консервативных) силы на примере силы тяжести. Определение потенциальных (консервативных) силовых полей. Введение понятия потенциальной энергии через работу силы. Связь силы и потенциальной энергии

Потенциальная сила - сила, работа к-рой зависит только от начального и конечного положения точки её приложения и не зависит ни от вида траектории, ни от закона движения этой точки. Консервативные силы — такие силы, работа которых по любой замкнутой траектории равна 0.
Потенциальное (консервативное) силовое поле:Потенциальным называется поле, работа которого при переходе из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории. Потенциальными являются поле силы тяжести и электростатическое поле.
Введения понятия потенц. Энергии через работу сил - Потенциальная энергия — скалярная физическая величина, характеризует запас энергии некоего тела (или материальной точки), находящегося в потенциальном силовом поле, который идет на приобретение (изменение) кинетической энергии тела за счет работы сил поля.
Связь силы и потенциальной энергии - Каждой точке потенциального поля соответствует некоторое значение силы , действующей на тело, и некоторое значение потенциальной энергии U. Значит, между силой и U должна быть связь , с другой стороны, dA = –dU,

Механика абсолютно твердого тела.

1​ Модель абсолютно твердого тела (определение). Уравнение движения АТТ на

примере двух жестко связанных материальных точек, вращающихся вокруг оси. Введение понятия момента инерции.

В механике вводится еще одна модель —

абсолютно твердое тело. Абсолютно

твердым называют тело, которое ни

при каких условиях не может деформи-

роваться и при всех условиях расстоя-

ние между двумя точками (или точнее

между двумя частицами) этого тела ос-


2​ Применение момента инерции АТТ при вращательном движении. Его физический

Механические колебания.

1​ Определение гармонических свободных колебаний. Вывод уравнения колебаний на

примере пружинного маятника. Круговая частота и период колебаний. Решение уравнения колебаний.

2​ Гармонические свободные колебания в вязкой среде. Коэффициент сопротивления

Неразрывности струи.

2​ Понятия линии и трубки тока в жидкости. Вывод уравнения Бернулли из закона

Пито - Прандтля.

4​ Возникновение силы внутреннего трения в жидкостях и газах. Формула Ньютона

МЕХАНИКА

Кинематика. Закон инерции.

1. Модели физических объектов. Условия их применения.

является материальная точка — тело,

обладающее массой, размерами которо-

го в данной задаче можно пренебречь.

Материальная точка — понятие абст-

рактное, но его введение облегчает ре-

шение практических задач. Например,

изучая движение планет но орбитам

вокруг Солнца, можно принять их за

В механике вводится еще одна модель —

абсолютно твердое тело. Абсолютно

твердым называют тело, которое ни

при каких условиях не может деформи-

роваться и при всех условиях расстоя-

ние между двумя точками (или точнее

между двумя частицами) этого тела ос-

2. Система отсчета. Декартова система координат. Траектория движения. Кинематическое описание движения материальной точки. Закон движения. Радиус-вектор. Вектор перемещения. Мгновенная скорость. Ускорение.

В декартовой системе координат,используемое наиболее часто,полоджение точки А в данный момент времени по отношению к этой системе характеризуется тремя координатами x,y,z

Или радиусом – вектором r,проведенным из начала системы координат в данную точку.


Траектория – линия, описываемая в пространстве движущейся точкой. В зависимости от формы траектории движение может быть прямолинейным или криволинейным.

Если мы будем определять радиус вектором r(t) то радиус вектор зависит от времени, эта зависимость называется ЗАКОНОМ ДВИЖЕНИЯ.

Радиус вектор- вектор, задающий положения точки в пространстве относительно некоторой заранее фиксированной точки, называемой началом координат.

При неограниченном уменьшении At средняя скорость стремится к предельному значению, которое называется мгновенной скорость v

Ускорение – физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости по модулю и направлению.

3. Движение материальной точки по окружности. Вектор углового перемещения, скорости, ускорения. Связь с линейными характеристиками движения. Нормальное, тангенциальное, полное ускорение при криволинейном движении.

Равномерное движение МТ по окружности - движение материальной точки по окружности, при котором модуль ее скорости не меняется. При таком движении материальная точка обладает центростремительным ускорением.


Угловое перемещение – вектор, численно равный угловому пути и направлен по оси вращения так, чтобы наблюдатель, смотрящий из его конца, видел вращение против часовой стрелки.


Угловой скоростью вращения твердого тела называется вектор w, численно равный первой производной от угла поворота по времени w=dφ/dt и направленный вдоль оси вращения таким образом, чтобы из его конца вращение тела было видно происходящим против часовой стрелки.


Углово́е ускоре́ние — псевдовекторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения угловой скорости твёрдого тела. Линейная скорость вращения точки - произведение угловой на расстояния от центра вращения до точки. Угол поворота , угловая скорость , угловое ускорение .

В общем случае ускорение направлено под углом к скорости. Составляющая ускорения, направленная вдоль скорости, называется тангенциальным ускорением . Она характеризует изменение скорости по модулю.

Составляющая ускорения, направленная к центру кривизны траектории, т.е. перпендикулярно (нормально) скорости, называется нормальным ускорением. Она характеризует изменение скорости по направлению.

Здесь R - радиус кривизны траектории в данной точке.


Тангенциальное и нормальное ускорение взаимноперпендикулярны, поэтому модуль полного ускорения

4. Закон инерции. Определение инерциальной системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Преобразования координат. Следствия из преобразований Галилея. Закон сложения скоростей. Инвариантные величины.

Закон инерции (1ый закон ньютона) - Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий сохраняет величину и направление своей скорости неограниченно долго.
Инерциа́льная систе́ма отсчёта (ИСО) — система отсчёта, в которой справедлив первый закон Ньютона: все свободные тела (то есть такие, на которые не действуют внешние силы или действие этих сил компенсируется) движутся прямолинейно и равномерно или покоятся.
При́нцип относи́тельности — фундаментальный физический принцип, согласно которому все физические процессы в ИСО протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.Отсюда следует, что все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта.
Преобразова́ния Галиле́я (координат) — в классической механике (механике Ньютона) преобразования координат и скорости при переходе от одной (ИСО) к другой.

Инвариантные величины - физическая величина, не меняющая своего числового значения при переходе из одной системы координат в другую.

Закон сложения скоростей - определяет связь между значениями скорости материальной точки по отношению к разл.системам отсчёта, движущимся друг относительно друга.

Динамика материальной точки и системы материальных точек. Законы сохранения.

Читайте также: