Движения в природе изучается многими разделами науками, один из которых называется кинематика. Познакомимся с кинематикой материальной точки подробнее.
Раздел физики, изучающий движение тел, называется механикой. Механика, в свою очередь, разделяется на три подраздела – кинематика, динамика и статика. Кинематика изучает само движение тел, динамика изучает причины этого движения, статика изучает причины отсутствия движения (равновесия).
Материальная точка в кинематике
Любое материальное тело занимает некоторый объем, а значит, с геометрической точки зрения состоит из множества точек. В общем случае, каждая из этих точек движется по-своему, однако зачастую разницей движений различных точек можно пренебречь. Движущееся тело заменяется одной точкой, описание движения которой и изучает кинематика. Это позволяет сильно упростить расчеты и решение задач, сохраняя, однако, необходимую точность вычислений.
Замена тела материальной точкой в кинематике может быть произведена не всегда. Могут быть ситуации, когда такая замена приводит к ошибкам, или даже к невозможности решения задачи. Например, если необходимо описать траекторию движения Земли вокруг Солнца – и Солнце, и планету можно заменить материальными точками. Однако, если необходимо описать процесс вращения Земли вокруг своей оси – заменить Землю материальной точкой нельзя. Надо учитывать форму и размеры.
Основные законы кинематики
В школьном курсе кинематики изучается равноускоренное движение и его частный случай – равномерное движение.
Поскольку движение заключается в изменении положения тела относительно Системы Отсчета, то основные законы кинематики описывают перемещение и скорость тела в произвольный момент времени $t$:
$$overrightarrow x=overrightarrow x_0+overrightarrow v_0t+{overrightarrow at^2over 2}$$
$$overrightarrow v=overrightarrow v_0 + overrightarrow at$$
где:
- $x$ – перемещение тела в момент времени $t$;
- $v$ – скорость тела тела в момент времени $t$;
- $x_0$ – перемещение тела в начальный момент;
- $v_0$ – скорость тела в начальный момент;
- $a$ – ускорение, с которым тело движется на всем промежутке времени;
Подчеркнем векторный характер кинематических уравнений движения материальной точки. Все величины, входящие в них (кроме времени), имеют направление, которое может быть различным. Поэтому применять эти формулы необходимо с соблюдением законов сложения векторов, проецируя их на оси координат, и лишь затем выполняя действия непосредственно.
Нередко оказывается полезным после проецирования векторов выразить время из одной формулы, и подставить его в другую, получив выражение, связывающее текущую, начальную скорости, перемещение и ускорение:
$$v=sqrt{v_0^2 + 2ax}$$
Применение такой формулы для проекций зачастую заметно упрощает решение задач.
Что мы узнали?
Кинематика – это один из разделов механики. Кинематика материальной точки описывает движение тела, без изучения причин этого движения.
