«Движенья нет» - сказал мудрец брадатый.
Другой смолчал и стал пред ним ходить.
Сильнее он не мог бы возразить.
Хвалили все ответ замысловатый»
А.С. Пушкин
Приступаем к разделу, посвященному ознакомлению с взаимодействием тел. В рамках данной темы будет рассмотрено механическое движение.
Конечно, не нужно быть мудрецом, чтобы найти примеры движения. Можно привести большое количество примеров движения. Например, бегущие по небу облака: можно видеть, как они двигаются. Летящий самолёт: можно видеть, как какое-то время он летит, а потом он скрывается из виду, то есть, перемещается. Примером механического движения может послужить автомобиль, идущий путник. Необходимо разобраться, как определить, двигается тело, или нет? Конечно, можно заметить, что, например, мотоциклист проезжает мимо дерева, значит, он двигается. То есть, положение мотоциклиста изменяется, относительно дерева. То же самое можно сказать и о холмике, на котором подпрыгнул мотоциклист – он, несомненно, двигался относительно него. Но вот двигался ли мотоциклист относительно своего мотоцикла? Здесь правильно дать отрицательный ответ. На протяжении всего движения, мотоциклист оставался сидеть на своём мотоцикле, то есть, его положение, относительно мотоцикла не изменялось.
Из этого примера, надо сделать вывод: говоря о движении, всегда нужно уточнять, относительно чего вы рассматриваете движение. Итак, механическое движение – это изменение положения тела относительно других тел с течением времени. Только указав, относительно чего рассматривается движение, можно получить однозначный ответ на вопрос о том, двигается тело, или нет. Рассмотрим еще один пример: допустим, мимо пешехода проезжает машина. Конечно, можно сказать, что она двигается. Но вот, водитель, находящийся в этой машине, двигается вместе с ней. Значит, относительно него, машина покоится. Можно привести еще один пример: человек заметил НЛО, улетающий от самолета на восток.
Скорость НЛО больше скорости самолета. С точки зрения человека на земле, и НЛО, и самолет удаляются от него на восток. А вот пилоту в кабине самолета представляется совсем иная картина: от него удаляется НЛО в одну сторону, а человек на земле – в другую сторону. А с точки зрения пилота НЛО вообще будет казаться, что и самолет, и человек удаляются от него, причем не на восток, а на запад. Таких примеров можно найти тысячи.
Возникает вопрос: как можно утверждать, что человек движется, если он будет стоять неподвижно? Однако и здесь, можно сказать, что человек движется. Для этого необходимо понимать, что человек находится на планете Земля, а Земля вращается вокруг Солнца (причем двигаясь с огромной скоростью – почти 30 километров в секунду). Поэтому человек относительно Солнца постоянно двигается.
Впервые об относительности движения заговорил Галилео Галилей.
При дальнейшем изучении физики познакомимся с его принципом, который называется «принцип относительности Галилея». Галилей предложил такой мысленный эксперимент: если в абсолютный штиль вас поместить на корабль, сможете ли вы, определить, двигается корабль или нет? В данном опыте, если не выглядывать за пределы корабля, человек никогда не будет уверен, двигается корабль или покоится.
Итак, механическое движение всегда относительно. Когда тело двигается в пространстве, оно двигается по некоторой линии. Эта линия называется траекторией. Например, когда самолет пролетает в небе, он оставляет за собой след – эту линию мы можем называть траекторией. Траектория может быть прямой или кривой, она вообще может быть сколь угодно сложной. Например, рассмотренный ранее прыжок мотоциклиста на трамплине – это пример кривой траектории. Выполняя пике, самолет тоже будет двигаться по кривой траектории. А если рассмотреть тормозной путь автомобиля, то он, как правило, будет представлять собой прямую траекторию.
Если же рассмотреть беспорядочное движение молекулы, то это будет ломаная линия, состоящая из множества отрезков.
Длину траектории можно измерить. Эта величина называется путём. Итак, путь – это физическая величина, равная длине траектории, по которой двигалось тело в течение данного промежутка времени. Известно что, у каждой физической величины (да и не только физической) есть обозначение. В физике, путь обозначается латинской буквой s. В международной системе СИ, путь измеряется в метрах (м).
Обратите внимание на запись, обозначающую, что путь в системе СИ измеряется в метрах: буква s (которой обозначается путь) берется в квадратные скобки, ставится знак «равно» и далее обозначение соответствующей единицы измерения тоже в квадратных скобках (то есть, буква м, которая означает «метр» в нашем случае). В отдельных случаях, могут применяться кратные или дольные приставки, поэтому, часто используются такие единицы длины как километр, дециметр, сантиметр, миллиметр и так далее.
Рассмотрим конкретный пример: мальчик съехал с горки на санках.
Его траектория будет представлять собой ломаную линию, состоящую из двух отрезков, которые обозначены как AB и BC. Пусть AB равно 7 м, а BC – 5 м. Длина траектории будет равна сумме этих отрезков, то есть 12 м. Таким образом, путь составил 12 м. Но, иногда удобнее использовать и другие единицы измерения. Скажем, автомобиль преодолел 30 километров и вернулся обратно. Конечно, в данной ситуации нет надобности переводить километры в метры. Таким образом, его путь составил 60 километров. Однако для решения задач часто необходимо переводить все величины в единицы системы СИ.
Для удобства при рассмотрении механического движения часто используется такое понятие как материальная точка. Материальная точка – это тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи. Рассмотрим на примере, что это значит. Если рассмотреть движение мяча по лавочке, то размерами мяча никак нельзя пренебречь, поскольку лавочка не так уж велика по сравнению с мячом.
Если, например, рассмотрим движение лодки по реке, то размерами лодки, конечно, можно пренебречь. То есть, учитывая то, что длина реки составляет несколько километров, а может и несколько десятков километров, лодку, размеры которой измеряются в метрах (ну или в десятках метров), можно считать за точку. Или, машину, движущуюся по автомагистрали, тоже можно считать за материальную точку, поскольку размеры машины в десятки тысяч раз меньше пройденного пути.
Упражнения:
Упражнение 1. Автомобиль проехал 12 км на восток, потом 3 км на север, а потом 6 км на запад. Нарисуйте траекторию движения автомобиля и найдите, сколько метров проехал автомобиль.
Решение:
Упражнение 2. Считая, что траектория движения Земли вокруг Солнца является окружностью, найдите, путь, который Земля проходит за год. Расстояние от Земли до Солнца равно 150 млн км.
Решение:
Основные выводы:
– Механическое движение – это изменение положения тела, относительно других тел с течением времени.
– Траектория – это линия, по которой двигается тело. Траектория может быть прямой или кривой.
– Путь – это физическая величина, равная длине траектории, по которой двигалось тело, в течение данного промежутка времени.
– В системе СИ путь измеряется в метрах.
– Материальная точка – это тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи.