Физика 9. Механическое движение. Материальная точка

Автомобиль едет по дороге, пассажир перемещается вместе с поездом, Земля обращается вокруг Солнца. Во всех этих случаях положение тела со временем изменяется. Чтобы описать движение точно, необходимо указать, относительно чего рассматривается положение тела и какие величины измеряются.

Механическое движение

Механическое движение — изменение положения тела относительно других тел с течением времени.

Слова «тело движется» без дополнительного указания неполны. Пассажир, сидящий в вагоне, неподвижен относительно кресла, но движется относительно станции. Движение и покой относительны: их всегда рассматривают по отношению к выбранному телу.

Тело, относительно которого определяют положение других тел, называют телом отсчёта. На первом этапе решения задачи достаточно ясно назвать его: дорога, здание, Земля, вагон или другое тело.

Траектория и путь

Траектория — линия, вдоль которой движется тело.

По форме траектории движение бывает:

• прямолинейным, если траектория является прямой;
• криволинейным, если траектория представляет собой кривую линию.

Путь — длина участка траектории, пройденного телом. Путь обозначают буквой s. В Международной системе единиц путь измеряется в метрах:

[s] = м

Путь — скалярная величина: для его задания достаточно числового значения и единицы измерения. Он не может быть отрицательным и увеличивается по мере движения.

Перемещение

Перемещение — направленный отрезок, соединяющий начальное положение тела с конечным.

Перемещение является векторной величиной. Для него важны модуль и направление. Путь и модуль перемещения в общем случае не равны.

Модуль перемещения не превышает путь. Они равны только при прямолинейном движении в одном направлении.

Материальная точка

При описании движения реальное тело часто заменяют упрощённой моделью.

Материальная точка — тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.

Материальная точка имеет массу, но её размеры и форму не учитывают. Возможность такого упрощения зависит не от самого тела, а от поставленной задачи.

Одна и та же машина при расчёте времени поездки может рассматриваться как материальная точка, а при проверке возможности въезда в гараж — нет.

Как описать простое движение

Для первоначального описания движения нужно:

1. выбрать тело отсчёта;
2. указать начальное положение тела;
3. описать траекторию;
4. измерить время движения;
5. определить путь и, если требуется, перемещение.

Например, ученик прошёл по прямому коридору 12 м от двери кабинета к лестнице. Тело отсчёта — здание школы, траектория — прямая, путь равен 12 м. Если движение происходило только в одном направлении, модуль перемещения также равен 12 м и направлен от кабинета к лестнице.

Главное

• Механическое движение — изменение положения тела относительно других тел с течением времени.
• Движение и покой относительны и зависят от выбранного тела отсчёта.
• Траектория — линия движения, а путь — длина пройденного участка траектории.
• Перемещение соединяет начальное положение тела с конечным и имеет направление.
• Материальная точка — модель тела, размерами которого в данной задаче можно пренебречь.
• Возможность считать тело материальной точкой определяется условиями задачи.

Вопросы и задания

1. Основные понятия

1. Что называют механическим движением?
2. Почему необходимо указывать тело отсчёта?
3. Чем путь отличается от перемещения?
4. В каком случае путь равен модулю перемещения?
5. Что называют материальной точкой?

2. Движение или покой

Пассажир идёт по вагону движущегося поезда. Опишите его состояние относительно пола вагона, сидящего пассажира и железнодорожной станции.

3. Путь и перемещение

Турист прошёл 4 км на восток, затем 3 км на запад. Определите пройденный путь, а также модуль и направление перемещения.

4. Материальная точка

Определите, можно ли считать автомобиль материальной точкой:

1. при расчёте времени поездки между двумя городами;
2. при выборе места на парковке;
3. при определении средней скорости на трассе;
4. при ремонте двигателя.

Объясните каждый ответ.

5. Анализ движения

Спортсмен пробежал два полных круга по дорожке длиной 400 м и остановился в точке старта. Найдите путь и модуль перемещения.

6. Наблюдение

Выберите движущееся тело и опишите его по плану: тело отсчёта — траектория — начальное положение — конечное положение — путь — направление перемещения.