Физические основы механики. Лекция 1.1

Предмет физики
ВВЕДЕНИЕ
Греческое слово «physis» в переводе означает «природа»
Наука, изучающая общие закономерности явлений природы, простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материи называется физикой
Мореплавание, военное дело и строительство
К началу XVIII века был заложен фундамент физической науки. В ос­нову физики в средние века легли великие идеи Исаака Ньютона (1643-1727), Николая Коперника (1478-1543), Галилео Галилея (1564-1642), Михаила Ломо­носова (1711-1765)
Начиная с конца XVIII в. развитие физики сопровождается бурным прогрессом техники. Изучение тепловых процессов привело к созданию нового раздела физики - термодинамики, а ее законы позволили конструировать тепловые машины. В конце XIX в. и в начале ХХ в. появилось много новых открытий в об­ласти электричества и магнетизма. В физике выделяются новые разделы: электродинамика, радиотехника, радиоэлектроника. Начиная со второй половины ХХ века, физикой интенсивно изучались свойства атомов, атомных ядер, элементарных частиц, получили и научились управлять атомной и ядерной энергией

Понятие материи и движения
Весь окружающий мир, вся природа представляет собой материю. Материя - это вся объективная реальность, существующая независимо от нашего соз­нания. В современной науке всё многообразие материи делят условно на следующие виды: физический вакуум, физические поля, элементарные частицы, атомы и молекулы, макроскопические тела различных размеров, планеты, звезды, галактики, системы галактик. Особый тип макроскопических тел - живая материя.
Неотъемлемым свойством материи и формой ее существования является движение. Движение включает в себя все происходящие измене­ния и процессы, начиная от простого перемещения и кончая мышлением. В мире нет материи без движения, нет движения без материи. Современная наука выделяет три основные группы форм движения мате­рии: в неорганической природе, в живой природе, в обществе. В каждой из групп имеется множество форм движения, что обусловлено множеством видов материи. Все формы движения связаны между собой. К первой группе относятся: пространственное перемещение; изменение полей; процессы прев­ращения элементарных частиц; тепловые процессы; звуковые колебания; изменения в космических системах и др. Перечисленные формы движения изучает физика. Процессы взаимодействия и движения атомов и молекул составляют химическую форму движения. Этот тип движения изучает химия. Вторую и третью группы, включающие биологическую и социальную формы движений, изучают биология и различные общественные науки

Понятие материи и движения
Механика - часть физики, изучающая закономерности механического движе­ния и причины, вызывающие или изменяющие это движение. Механическое движение - это изменение взаимного расположения материальных точек, тел или их час­тей в пространстве с течением времени.
Механика, изучающая движение макроскопических тел со скоростями, значительно меньшими скорости света в вакууме (с=3⋅108м/с), называется классической механикой Галилея-Ньютона. Законы движения макроскопических тел со скоростями, сравнимыми со скоростью света, изучаются релятивисткой механикой, в основе которой лежит специальная теория относительности А.Эйнштейна.
Законы движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, элементарных частиц), обладающих двойственной природой (они обладают и свойствами частицы, и свойствами волны), описываются с помощью квантовой механики, которая была разработана М.Планком, Э.Шредингером, В.Гейзенбергом, П.Дираком. Квантовая механика делится на нерелятивистскую квантовую механику, изучающую движение микрочастиц со скоростями, значительно меньшими скорости света и релятивистскую квантовую механику, изучающую движение микрочастиц со скоростями, сравнимыми со скоростью света.
Механика делится на три раздела: статику, кинематику, динамику. Статика изучает законы равновесия системы тел. Она подробно изучается в курсе теоретической механики

1. КИНЕМАТИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО И ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причины, вызываю­щие это движение.
1.1. Система отсчета. Радиус‑вектор материальной точки.
Простейшим примером механического движения является движение материальной точки. Материальная точка – это модель реального тела, размерами которого в данной задаче можно пренебречь. Для описания механического движения необходимо ввести тело отсчета и систему отсчета.
Тело отсчета – это тело, условно принятое за неподвижное.
Система отсчета – совокупность системы координат и часов, связанных с те­лом отсчета. Для решения большинства физических задач систему отсчета связывают либо с Солнцем, либо с Землей. Система отсчета, центр которой со­вмещен с Солнцем, называется гелиоцентрической (гелиос - по-гречески Солнце). Система отсчета, центр которой совмещен с Землей называется геоцентрической (геос - по-гречески Земля). Правильный выбор системы координат часто упрощает решение поставленной физической задачи. Важнейшими пространственными системами координат, применяемых в механике, являются прямоугольная декартова и системы криволинейных координат (цилиндрическая, сферическая, эллипсоидная и др.).

Рис.1.1.
Радиус-вектор и его составляющие в декартовой системе координат

1.2. Кинематические характеристики и уравнения поступательного движения
Поступательное движение твердого тела - это такое движение, при котором любая прямая, жестко связанная с телом, остается параллельной самой себе (рис.2.1).
Поступательное движение твердого тела будет прямолинейным, если траектории всех его точек - параллельные прямые линии; криволинейным, если траектории произвольной формы.
Рис.2.1. Пример поступательного движения твердого тела

Векторная физическая величина, характеризующая изменение радиус-вектора с течением времени, называется скоростью
Математически, вектор мгновенной скорости равен первой производной от радиуса-вектора по времени.
Рис.3.1. Путь и перемещение точки.