Движение твердого тела определяется из движения любой точки и вращательного движения вокруг точки.

Существует три вида движения твердых тел:

Поступательное движение –отсутствует вращение, определяется движением конкретно выбранной точки

Вращательное движение –движение совершается относительно выбранной точки

Плоское движение – движение при котором траектории всех точек лежат в плоскостях параллельно и определяется одним из сечений тела, а сечение тела положением двух его точек

Движение сплошной среды. Здесь движение отдельных частиц независимы друг от друга, по этому число определяющих координат бесконечно .

Механика состоит из следующих разделов:

• Теоретическая механика –область науки, изучающая передвижение тел и их общие законы.
• Техническая или прикладная механика раскрывает функции работы этих механизмов, а также их устройство.
• Квантовая механика –область физики изучающая физические явления и всевозможные процессы, а также занимается описанием квантовых законов движения.

Разберем и подробно опишем каждую часть механики.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА.

Как и говорилось ранее теоретическая механика – это наука изучающая движение тел и их законы.Под теоретической механикой понимается механика, основанная на трех законах Ньютона.

Теоретическая механика втянула в себя фундаментальное основание в виде аксиоматики, выделилась в самостоятельную науку и стала широко развиваться благодаря важным функциям в технике и естествознании. Теоретическая механика была и остается дисциплиной дающей глубокие познания в природе.

В физике теоретическая механика изучает математические методы механики, альтернативные прямому применению законов Ньютона.

В технических науках теоретическая механика облегчает расчеты механизмов, летательных аппаратов и т.д.

Теоретическая механика имеет следующие разделы:

Статика твердого тела

Кинематика

Динамика

Статика твердого тела

Статика – один из разделов теоретической механики в котором рассматривают задачи на равновесия твердых тел и преобразование одних сил в другие.

Основные понятия и законы статики

V Абсолютно твердое тело – это любое материальное тело в котором расстояние между любыми точками не изменяется

V Свободное тело – это тело на которое нет никаких ограничений на перемещение

V Несвободное тело – это тело на которое наложено ограничение на движение

V Связи – это тела препятствующие перемещению какого-либо объекта

V Реакция связи – это сила которая характеризует действие связи на твердое тело

V Механическая система – это совокупность тел и материальных точек связанных между собой

v Сила – это векторная величинаявляющаяся мерой воздействия на данное тело других тел

v Линия действия силы – это прямая по которой направляется вектор силы

v Сосредоточенная сила – это точка к которой приложили всю силу

v Распределенные силы – это силы которые действуют на все точки тела

v Внешняя сила – это сила которая действует со стороны тела

v Внутренняя сила – это сила которая действует на точку со стороны другой точки

v Система сил – это совокупность сил действующих на механическую систему

v Плоская система сил – это система сил действия которой лежат в одной плоскости

v Пространственная система сил – это система сил действия которой не лежат в одной плоскости

v Система сходящихся сил – это система сил действия которой пересекаются в одной точке

V Произвольная система сил – это система сил действия которой не пересекаются в одной точке

V Равновесие – это состояние при котором тело под действием каких-либо сил находится в неподвижном состоянии или движется прямолинейно

Кинематика

Это один из разделов теоретической механики в котором изучаются и рассматриваются геометрические свойства механических движений происходящие во времени и пространстве, а движущиеся тела рассматриваются как геометрический объект.

История развития кинематики.
Кинематика возникла позднее динамики и статики в начале второй половины XIXвека. Первые изучения кинематики начались с изобретением огнестрельного оружия. Исследователей привлекали вопросы о уточнении понятий о криволинейном и неравномерном движении точки, а также определение траектории полета снарядов. Первый кто экспериментально занялся изучением вопроса об свободном вертикальном падении тяжелых тел был Леонардо да Винчи. Как бы то ни было толькоблагодаря трудам Галилео Галилея развитие механики стало тесно связано с механизмами и техникой того времени.Галилею принадлежит введение понятия об ускорении и доказательство того, что траекторией движения снаряда является парабола. Законы, найденные Галилеем, были развиты Э. Торричелли в его исследованиях. Он установил формулу пропорцио­нальности скорости падения тела корню квадратному из высоты падения. Обобщение понятия ускорения на случай криволинейного движения было получено X. Гюйгенсом, он первым обратил внимание на разложение ускорения при криволинейном движении на касательное и нормальное. Однако строгое доказательство этого было дано Л. Эйлером. Эйлеру принадлежат основополагающие исследования по ки­нематике точки в случае естественного способа задания движения, по кинематике вращательного движения твердого тела вокруг непо­движной точки. Он создал широко применяемый метод кинематиче­ского описания движения твердого тела с помощью трех углов, назы­ваемых углами Эйлера.
Только бурный рост машиностроения в XIX века повлек за собой широкое развитие кинематики как науки. По предложению Ампе­ра в 1851 году кинематика выделилась в особый раздел теоретической механики. Появляется ряд глубоких исследований по кинематике твердого тела французских ученых М. Шаля (1793—1886), Л. Пуансо, Г. Кориолиса (1792—1843). П. Л. Чебышев (1821—1894) создал в России научную школу по кинематике механизмов. Богатое науч­ное наследие Чебышева разрабатывается советскими учеными, среди которыхследует отметить Н. И. Мерцалова (1860—1948), И. И. Артоболевского, А. П. Котельникова (1865—1940), Д. С. Зернова, Л. В. Асура (1878—1920), Я. Л. Геронимуса.

Основные понятия кинематики:

v Закон движения точки – это зависимость положения точки в пространстве от времени.Задать движение точки — значит задать изменение ее положения по отношению к выбранной системе отсчета.

Существуют три основные системы отсчета:векторная, координатная, естественная.
В векторной системе положение точки относительно начала отсчета задается радиус-вектором.
В системе координат OHKS положение точки задается тремя координатами H, K, S.
В естественной системе отсчета положение точки задается расстоянием S от начала отсчета до этой точки вдоль траектории.
Движение точки, при естественном способе задания движения, определено если известны:
1) Траектория движения.
2) Начало и направление отсчета дуговой координаты.
3) Уравнение движения.
При естественном способе задания движения, в отличии от других способов, используются подвижные координатные оси, движущиеся вместе с точкой по траектории. Такими осями являются:
Касательная (τ) – направлена в сторону возрастания дуговой координаты по касательной к траектории.
Главная нормаль (n) – направлена в сторону вогнутости кривой.
Бинормаль (b) – направлена перпендикулярно к осям τ, n.

v Траектория точки – это местоположение точки в геометрическом пространстве при ее движении.
В векторной системе отсчета траектория описывается выражением: .
В координатной системе отсчета траектория определяется по закону движения точки и описывается выражениями z = f(x,y) — в пространстве, или y = f(x) – в плоскости.
В естественной системе отсчета траектория задается заранее.

v Скорость точки – это изменение положения точки в пространстве в течении времени.
При задании движения точки в векторной системе координат отношение перемещения к интервалу времени называют средним значением скорости на этом интервале времени.
Принимая интервал времени бесконечно малой величиной, получают значение скорости в данный момент времени.
Вектор средней скорости направлен вдоль вектора в сторону движения точки, вектор мгновенной скорости направлен по касательной к траектории в сторону движения точки.

v Ускорение точки – это изменения во времени скорости тела.

Динамика

Это раздел теоретической механики, в котором изучают механические движения материальных тел в зависимости от вызывающих их причин.
Первое представление об инерции былонаписано Галилео Галилеем( 1632 г.)но великий ученый И. Ньютон (1687 г.) обобщил выводы Галилея и включил их в основные законы движения. Три закона динамики, сформулированные Ньютоном, лежат в основе так называемой классической механики.
Первый закон Ньютона из всего многообразия систем отсчета выделяет класс так называемых инерциальных систем.

Основные понятия динамики: