Механическое движение
Одним из самых простых физических явлений является механическое движение тел. Кто из вас не наблюдал, как движется автомобиль, летит самолет, идут люди и т. д.! Если, однако, спросить, движется ли сейчас здание, в котором вы находитесь, вы, наверное, ответите, что нет. И будете не правы!
А движется ли сейчас самолет, который вы видите в небе? Если вы уверены, что он движется, то снова заблуждаетесь! Но если вы скажете, что он покоится, то и в этом случае ваш ответ не будет верным.
Как же определить, движется то или иное тело или нет? Для этого нужно сначала понять, что такое механическое движение.
Механическим движением тела называется процесс изменения его положения относительно какого-либо другого тела, выбранного за тело отсчета.
Тело отсчета — это тело, относительно которого рассматривается положение остальных тел. Тело отсчета выбирают произвольно. Это может быть что угодно: Земля, здание, автомобиль, теплоход и т. д.
Чтобы судить о том, движется тело (например, самолет) или нет, надо сначала выбрать тело отсчета, а затем посмотреть, меняется ли положение рассматриваемого тела относительно выбранного тела отсчета. При этом тело может двигаться относительно одного какого-либо тела отсчета и одновременно с этим не двигаться по отношению к другому телу отсчета.
Например, человек, сидящий в поезде, движется относительно полотна железной дороги, но находится в покое относительно вагона поезда. Лежащий на земле камень покоится относительно Земли, но движется (вместе с Землей) относительно Солнца. Самолет в небе движется относительно облаков, но покоится относительно сидящего в кресле пилота.
Вот почему, не указав тело отсчета, нельзя говорить о том, движется данное тело или нет. Без указания тела отсчета любой данный вами ответ будет лишен смысла.
Покоится ли здание, в котором вы сейчас находитесь? Ответ на этот вопрос зависит от выбора тела отсчета. Если телом отсчета является Земля, то да, покоится. Но если телом отсчета является проезжающий мимо здания автомобиль, то относительно него здание будет двигаться.
Какую роль играют размеры тела при описании его движения? В некоторых случаях без указания размеров тела и его частей обойтись нельзя. Когда, например, автомобиль въезжает в гараж, то размеры гаража и автомобиля для его владельца будут играть достаточно важную роль. Но есть и много таких ситуаций, когда размеры тела неважны. Если, например, тот же автомобиль движется из Москвы в Санкт-Петербург и требуется рассчитать время движения автомобиля, то нам будет безразлично, каковы у него размеры.
Если размеры тела много меньше расстояний, характерных для рассматриваемого в задаче движения, то размерами тела пренебрегают и тело представляют в виде материальной точки. Словом «материальная» подчеркивается ее отличие от геометрической точки. Геометрическая точка не обладает никакими физическими свойствами. Материальная же точка может обладать массой, электрическим зарядом и некоторыми другими характеристиками.
В современной механике (теория движения тел) материальные точки иначе называют частицами. Мы в дальнейшем будем использовать оба эти термина. Иногда, говоря о механическом движении частиц, мы будем использовать термин «тело», но при этом не следует забывать, что это тело рассматривается в таких условиях, когда его можно принять за материальную точку.
Перемещаясь из одного места в другое, частица (или материальная точка) движется по некоторой линии. Линию, по которой движется частица, называют траекторией.
Траектории могут иметь разную форму. О форме траектории иногда удается судить по видимому следу, оставляемому движущимся телом. Такие следы иногда оставляют пролетающие самолеты или проносящиеся в ночном небе метеоры (рис. 8).
Траектории движения разных тел могут отличаться друг от друга не только формой, но и длиной.
Длина траектории, по которой двигалось тело, называется пройденным путем.
На рисунке 10 штриховой линией показана траектория лыжника, прыгающего с трамплина. Длина траектории ОА есть путь, пройденный лыжником за время спуска с горы.
Когда измеряют путь, пользуются единицей пути. Единицей пути является единица длины — метр (1 м). На практике используются и другие единицы длины, например:
1 км = 1000 м, 1 дм = 0,1 м, 1 см = 0,01 м, 1 мм = 0,001 м.
1. Что такое механическое движение? 2. Какое тело называют телом отсчета? 3. Почему нужно указывать, относительно какого тела отсчета происходит движение? 4. В каких случаях тело можно рассматривать как материальную точку? 5. Как иначе называется материальная точка? 6. Что такое траектория? 7. Чем отличается путь от траектории? 8. Что на самом деле движется: Земля вокруг Солнца или Солнце вокруг Земли? 9. Кто находится в движении: пассажир, едущий в автобусе, или человек, стоящий у автобусной остановки? 10. Можно ли считать материальной точкой земной шар?