Графический метод описания движения

Способы описания движения тела

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Кинематическое описание движения – это задание положения тела относительно данной системы отсчета в любой момент времени или, другими словами, задание закона движения тела.

Существует три основных способа описания механического движения: векторный, координатный и естественный. Выбор способа описания зависит от условий конкретной задачи.

Векторный способ описания движения

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Векторный способ описания движения – это описание изменения радиус-вектора материальной точки в пространстве с течением времени.

Рассмотрим движение точки в некоторой системе отсчета (рис.1). Зададим радиус-вектор точки — вектор, соединяющий начало координат с этой точкой.

При движении точки вектор будет с течением времени изменяться, т.е. будет каким-то образом зависеть от времени. Эта зависимость представляет собой закон движения в векторном виде.

В процессе движения конец радиус-вектора будет описывать траекторию, а его изменение – перемещение точки.

Координатный способ описания движения

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Координатный способ описания движения – описание изменения во времени координат точки в выбранной системе отсчета.

При координатном способе положение точки в пространстве задается тремя координатами (рис.2). Выбор системы координат зависит от конкретной задачи. Можно работать в декартовой (прямоугольной) системе, иногда удобнее бывает сферическая или цилиндрическая системы координат.

В декартовой системе координат положение точки определяется тройкой чисел — ее декартовыми координатами.

Чтобы задать закон движения точки, необходимо знать значения ее координат в каждый момент времени. Закон движения в координатном виде в общем случае представляет собой систему трех уравнений:

Между векторным и координатным способом описания движения существует непосредственная связь, а именно: числовые значения проекций радиус-вектора движущейся точки на координатные оси системы с тем же началом отсчета равны координатам точки:

Естественный способ описания движения

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Естественный способ описания движения – описание движения вдоль траектории. Этим способом пользуются, когда траектория точки заранее известна.

Пусть точка движется вдоль траектории в системе отсчета (рис.3). Выберем на траектории какую-нибудь неподвижную точку , которую будем считать началом отсчета, и определим положительное и отрицательное направления. Тогда положение точки M будет определяться расстоянием от точки . При движении точка переместится в точку , соответственно изменится ее расстояние от точки . Таким образом, расстояние зависит от времени, а характер этой зависимости позволит определить положение точки на траектории в любой момент времени. Закон движения в этом случае имеет вид: .

Примеры решения задач по теме «Способы описания движения»

ПРИМЕР 1

Задание	Тело переместилось из точки с координатами в точку с координатами . Сделать чертеж. На чертеже показать радиус-векторы. Определить перемещение и его проекции на оси координат.
Решение	Сделаем чертеж – радиус-вектор точки , – радиус-вектор точки . Вектор — вектор перемещения. Проекции вектора перемещения на координатные оси на чертеже выделены зеленым цветом и равны (проекция на ось ) и (проекция на ось ). Модуль вектора перемещения: (масштабных единиц)
Ответ	Перемещение тела равно 6,7 масштабных единиц.

ПРИМЕР 2