Предмет механики. Кинематика и динамика. Основные единицы международной системы единиц механики(СИ).
Механика – часть физики, изучающая закономерности механического движения. Основные
законы механики установлены итальянским физиком и астрономом Г. Галилеем (1564 – 1642) и
окончательно сформулированы английским ученым И. Ньютоном (1643 – 1727).
Механика Галилея-Ньютона называется классической механикой, в ней изучаются законы
движения макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света в
вакууме (V<<с). Законы движения макроскопических тел со скоростями, сравнимыми со
скоростью света в вакууме, изучаются релятивистской механикой, законы движения
микроскопических тел (отдельные атомы и элементарные частицы) – изучаются квантовой
механикой.
Механика делится на три раздела: кинематику, динамику, статику.
Кинематика изучает движение тел, не выясняя причин, его обуславливающих.
Динамика изучает законы движения тел и причины, обуславливающие это движение.
Статика изучает законы равновесия системы тел. Если известны законы движения тел, то
из них можно установить и законы равновесия. Поэтому физика отдельно от законов динамики
законы статики не рассматривает.
3. Физические модели: материальная точка, системы материальных точек, абсолютно твёрдое тело, сплошная среда(кинематика).
Механика для описания движения тел в зависимости от условий конкретных задач
использует разные физические модели. Простейшими моделями являются материальная точка –
МТ и абсолютно твердое тело – АТТ.
Материальная точка (МТ) – тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с
расстояниями до других тел.
Абсолютное твердое тело (АТТ) – тело, деформациями которого в условиях данной задачи
можно пренебречь.
Система материальных точек – совокупность материальных точек, объединяемых общими законами взаимодействия.
Сплошна́я среда́ — механическая система, обладающая бесконечным числом внутренних степеней свободы.
4. Три способа кинематического описания движения материальной точки: векторный, координатный и естественный способ задания движения точки.
Векторный способ. Положение точки можно задать, как известно, и с помощью радиус-вектора. При движении материальной точки радиус-вектор, определяющий ее положение, с течением времени изменяется (поворачивается и меняет длину; рис.1.8), т. е. является функцией времени:
Координатный способ. Будем задавать положение точки с помощью координат (рис.1.7). Если точка движется, то ее координаты изменяются с течением времени. Так как координаты точки зависят от времени, то можно сказать, что они являются функциями времени.
Математически это принято записывать в виде
Скорость и ускорение материальной точки. Виды и характер движения точки.
Для характеристики движения МТ вводится векторная величина – скорость. Она
характеризует как быстроту движения, так и его направление в данный момент.
Ускорением называется физическая величина, характеризующая быстроту изменения
скорости по модулю и направлению.
Кинематика абсолютно твёрдого тела: простейшие виды движения тела, взаимосвязь между линейными и угловыми характеристиками при вращательном движении.
Вращательное движение твердого тела. Вращательным называется такое движение твердого тела, при котором остаются неподвижными все его точки, лежащие на некоторой прямой, называемой осью вращения.
Взаимосвязь между линейными и угловыми характеристиками при вращательном движении.
Сложное движение: динамика.
Абсолютным движением точки назыв. движение по отношению к неподвижной системе координат.
Относительное движение – движение точки по отношению к подвижной системе отсчёта.
Переносное движение – движение подвижной сист. отсчёта по отношению к неподвижной.
Относительной скоростью Vr и относительным ускорением ar точки называются её скорость и ускорение по отношению к подвижной системе отсчёта.
Переносной скоростью Ve и переносным ускорением e a называются скорость и ускорение относительно неподвижной системы отсчёта той точки, неизменно связанной с подвижной системой отсчёта, с которой совпадает в данный момент движущаяся точка.
Теоретическую механику подразделяют на статику, кинематику и динамику
Теоретическую механику подразделяют на статику, кинематику и динамику.
|
Tеоретическая механика изучает законы движения некоторых абстрактных абсолютно твердых тел: В случае, когда размерами тела можно пренебречь, тело заменяют |
Понятие о силе и векторе силы
|
Для определения величины силы используют динамометры (силомеры): |
|
Cила есть величина векторная Совокупность сил, действующих на какое-либо тело, называют системой сил. Уравновешенной (эквивалентной нулю) системой сил называется такая система, которая, будучи приложенной к телу, не изменяет его состояния. Систему сил, действующих на тело, можно заменить одной равнодействующей, действующей так, как система сил. |
Аксиомы статики Все теоремы и уравнения статики выводятся из нескольких исходных положений. Эти положения называют аксиомами статики. Первая аксиома статики. Две силы, равные по модулю и направленные по одной прямой в разные стороны, уравновешиваются |
Вторая аксиома статики. Не нарушая механического состояния тела, можно добавить или убрать уравновешенную систему сил (принцип отбрасывания системы сил, эквивалентной нулю) |
Следствие из второй аксиомы: Силу, действующую на твердое тело, можно перемещать вдоль линии ее действия |
Третья аксиома статики (правило параллелограмма сил) Равнодействующая двух сил, приложенных в одной точке, приложена в той же точке и является диагональю параллелограмма, построенного на этих силах как на сторонах. Вместо параллелограмма можно построить треугольник сил: силы вычерчивают одну за другой в любом порядке; равнодействующая двух сил соединяет начало первой силы с концом второй. |
Четвертая аксиома статики: При взаимодействии тел всякому действию соответствует равное и противоположно направленное противодействие. Несмотря на то., что как и в первой аксиоме, силы, с которыми два тела действуют друг на друга, всегда равны по модулю и направлены вдоль одной прямой в разные стороны, они не уравновешиваются, т.к. силы действующие и противодействующие в данном случае всегда приложены к разным телам, причем в отличие от первой аксиомы, таких сил может быть несколько и, безусловно, они не будут уравновешены. |
Задание (у тела есть масса – активная сила)
Задание (у тела есть масса – активная сила)
Ответы (реактивные силы):
Ответы (реактивные силы):
gigabaza.ru
Что изучает кинематика? Понятия, величины и задача
Образование 5 апреля 2016Что изучает кинематика? С этим вопросом почти сразу же сталкиваются ученики седьмых классов, только начиная изучение физики. Сегодня мы поговорим о том, что изучает кинематика, какие понятия в ней являются наиболее важными. Рассмотрим случаи и основы этого раздела физики, разберемся с тем, какие формулы в ней можно применять и в каких случаях это следует делать.
Что изучает механика, кинематика, динамика?
Прежде всего давайте проведем, так сказать, демаркационные линии между этими тремя понятиями. Механика является одним из физических разделов. О ней можно сказать, что сама механика занимается изучением законов перемещения тел. Но подобные определения читатель может встретить и тогда, когда речь идет о кинематике с динамикой.
Так в чем же разница?
Давайте попробуем для начала разобраться с тем, что изучает кинематика и что эта наука собой представляет. По сути дела, кинематика никогда не была самостоятельной. Она есть не что иное, как раздел механики. Всего их три: кинематика, динамика и статика. Все эти три раздела одинаково относятся к механической категории, то есть изучают взаимодействия тел и особенности их перемещения. Однако каждая из них имеет характерные особенности.
Видео по теме
Тонкости этих разделов
Кинематика, наверное, является наиболее интересным разделом с точки зрения решения задач. Огромное множество комбинаторных решений, действительно огромный простор для их планирования – все это становится краеугольными камнями, на которых базируется популярность кинематики. Кстати, открыв даже тесты для подготовки к экзамену в 9-ом классе, мы сразу же можем наткнуться на простые примеры. Говоря о том, что изучает кинематика, можем упомянуть, что она рассматривает особенности движения тел без учета сил взаимодействий.
Немного сложнее дело обстоит с таким разделом механики, как динамика. В ней также рассматривается движение тел и фигурируют соответствующие величины. Это, например, скорость движения, расстояние, время. Но появляется и ряд сторонних терминов. Здесь простыми законами движения не отделаешься, придется рассматривать механическую систему с учетом сил, действующих на то или иное тело. А вот статика уже изучает правила равновесия в механических системах. Там появляются не просто тела, а рычаги и прочие элементы.
Что составляет основу кинематики?
Итак, мы выяснили, что кинематика изучает движение тел без оглядки на силы, которые действуют на материальные точки. Но что же легло в основу этого раздела механики, кроме основных законов? Понятия и определения – это, конечно, хорошо, но ведь одной теорией при решении задач мы не сможем пользоваться. По крайней мере, чтобы достичь положительного или итогового результата, нам придется прибегнуть к формулам. А чтобы это сделать, сначала разберемся с величинами, которые в них будут фигурировать.
Основные величины, используемые в задачах по кинематике
Для начала хотим напомнить читателям, что они могут иметь неординарный характер. Давайте начнем с простой величины, которую мы называем расстоянием. Это скалярная величина. То есть имеющая только определенное значение. Три метра, на которые откатился мячик. 25 метров, которые проплыл спортсмен. Десять километров, пройденные человеком за целый день. Все это – численные значения величины, которую мы называем расстоянием.
Чуть по-другому дело обстоит со скоростью и ускорением, которые в кинематике (да и вообще) имеют двоякую природу. С одной стороны, мы можем дать скорости численное значение. Пусть это будет пять, десять, двадцать метров в секунду. Но ведь скорость имеет и направление. Оно совпадает с направлением движения тела, это ведь очевидно. Аналогично дело обстоит и с ускорением. Однако скорость и ускорение могут быть направлены в разные стороны. При этом тело будет замедляться. Представьте себе, что автомобиль только начинает ехать, с каждой секундой набирая скорость. При этом скорость и ускорение направлены в одну сторону, за счет чего скорость тела увеличивается с каждой секундой. А вот когда происходит торможение, вектора становятся направленными в разные стороны.
Кинематика – раздел механики, изучающий движение тел. Но каким может быть изучение, если мы не будем использовать для этого временные интервалы? Вот она – еще одна величина, используемая для решения задач и описания законов в этом разделе физики. Она, наряду с расстоянием, ускорением и скоростью, входит в некоторые формулы, наиболее часто используемые для приведения решений. Давайте рассмотрим достаточно простую задачу на эту тему, чтобы окончательно закрепить на практике полученную ранее в ходе статьи теорию.
Задача
Для проверки характеристик автомобиля выделяют стометровый отрезок идеальной дороги. Известно, что его ускорение равно пяти метрам на секунду в квадрате. Узнайте, за какое время автомобиль сможет пройти указанное расстояние, приняв во внимание то, что движение начинается из состояния покоя.
Итак, поскольку кинематика – это раздел механики, изучающий законы движения тел, мы будем пользоваться соответствующими формулами. В общем случае она выглядит так: S = VoT +(-)(at^2)/2. Но мы для нашей задачи проведем изменение вида. Сказано, что движение начинается из состояния покоя. Значит, начальная скорость равна нулю. Следовательно, произведение скорости на время VoT будет равно нулю. Раз уж автомобиль разгоняется, для формулы свойственен знак “+”. В итоге она примет следующий вид: S = (at^2)/2.
Следующим делом выразим квадрат времени. Для этого умножим обе части полученного уравнения на двойку, чтобы переписать его в строчку. А теперь поделим удвоенное расстояние на ускорение. Последним шагом для выражения станет извлечение квадратного корня из этого выражения. Ну вот, мы максимально упростили формулу. Теперь она выглядит так: T = sqrt(2S/a). Остается только подставить числа. В итоге получим, что автомобиль прошел данное расстояние за время, равное примерно 6,32 секунды.
Источник: fb.rumonateka.com
1. Кинематика и динамика. Революция в физике
1. Кинематика и динамика
В этой небольшой главе мы отнюдь не собираемся делать какого-либо, даже краткого, обзора принципов классической механики и, тем более, критически анализировать эту область физики. Для этого недостаточно было бы и целой книги; к тому же эти вопросы уже рассмотрены многими выдающимися учеными. Мы остановимся здесь лишь на некоторых вопросах, которые, на наш взгляд, представляют интерес в связи с излагаемым материалом.
Аналитическая механика состоит из двух разделов, носящих совершенно различный характер: кинематики и динамики, частным случаем которой является статика. Необходимо вкратце остановиться на этом разделении, поскольку оно основывается на предположениях, не оправдавших себя с точки зрения квантовой теории.
В самом деле, что же такое кинематика и почему ее изучают обычно прежде, чем динамику? Кинематика изучает движения тел, происходящие в трехмерном пространстве в течение какого-то времени и совершенно независимо от физических причин этого движения. На первый взгляд кажется вполне естественным предпослать изучению динамики изучение кинематики, ибо представляется совершенно логичным сначала изучить in abstracto различные виды движения в пространстве, а уж затем задаваться вопросом, по какой причине и следуя каким законам то или иное движение возникает в тех или иных условиях. Но этот кажущийся естественным путь в действительности покоится на одной гипотезе, в чем до последнего времени не отдавали себе ясного отчета даже наиболее выдающиеся умы. Действительно, математики, очевидно, вправе заниматься изучением перемещений в пространстве трех измерений в зависимости от параметра, который может быть идентифицирован со временем. Однако речь здесь идет о том, можно ли, как это без всякого анализа предполагалось, применять результаты этого абстрактного изучения к случаю реального движения физических объектов.
Классический переход от кинематики к динамике, по существу, содержит в себе гипотезу о том, что локализация физических объектов в некоторой абстрактной области трехмерного пространства и времени возможна вне зависимости от внутренних свойств
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
fis.wikireading.ru
| Что такое механика?
Механика – основной раздел физики; наука о механическом движении материальных тел и происходящих взаимодействиях между ними. В результате взаимодействия изменяются скорости тел или тела деформируются. Механика подразделяется на статику, кинематику и динамику. греч.Mechanike – наука о машинах. Механическое движение – изменение с течением времени: – положения одного тела относительно другого; или – положения частей тела друг относительно друга. Кинематика. Кинематика, учение о движении, рассматриваемое независимо от причин, его производящих; изучение геометрических свойств движения, скоростей и ускорений. Основываясь на аксиомах чистой математики, К. развивается как путем геометрическим, так и аналитическим, но чаще всего так, что эти методы один другой дополняют. Кинематика-это раздел механики, изучающий способы описания движений и связь между величинами, характеризующими это движение. В кинематики играет большую роль координаты тела относительно тела отсчёта.Если м ырасматриваем тело в двухмерном пространстве(присутствуют время движения, скорость и пройденный путь), то применяют Декартовую систему координат,а если тело может ещё двигаться вверх и вниз , то применяют трёхмерную систему координат.Движение тела задают с помощью вектора,поэтому скорость векторная величина. В кинематике применяют такое понятие как проекция вектора.Проекцией вектора а называется длина отрезка АВ между проекциями начала и конца вектора на эту ось, взятая со знаком плюс или минус.Проекции вектора на координатные оси равны координатам его конца.Проекции суммы векторов на какую-либо ось равна сумме проекций слагаемых векторов на туже ось. Линия по которой движется точка называется траекторией.В зависимости от траектории все движения делятся на прямолинейные и криволинейные.в кииматике и динамике рассматривают прямолинейное движение чем мы и займёмся. Равномерное прямолинейное движение. Движение точки называется равномерным, если она за любые равные промежутки времени проходит одинаковые пути.Уравнение равномерного прямолинейного движения:S=Vt. Упражнение№1. Из пунктов А и В, расстояние между которыми 20 км, одновременно начали двигаться навстречу друг другу равномерно по прямому шоссе два автомобиля. Скорость первого 50 км/ч, а второго 60 км/ч.Определите расстояние между автомобилями через пол часа. Мгновенная скорость. Мгновенной скоростью называется предел отношения перемещения точки к промежутку времени, в течение которого это произошло, при стремлении промежутка к нулю.Понятие мгновенной скорости одно из основных в кинематики.Это понятие относится к точке. Поэтому в дальнейшем, говоря о скорости движения тела, мы в действительности будем иметь ввиду скорость какой-нибудь точки данного тела. Сложение скоростей. Если тело движется относительно некоторой системы отсчёта со скоростью V1 и сама система отсчёта движется относительно другой системы отсчёта со скоростью V2, то скорость тела относительно второй системы отсчёта равна геометрической сумме скоростей V1 и V. Ускорение. Ускорением называется предел отношения изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло, при стремлении промежутка к нулю.(м/с(квадратных)) Прямолинейное движение с постоянным ускорением, при котором модуль скорости увеличивается, называется равноускоренным движением, апрямолинейное движение с постоянным ускорением, при котором модуль скорости уменьшается, называется равнозамедленным.Скорость при таких движениях равна v=v0(начальная скорость)+at.Уравнение движения с постоянным ускорением: S=v0t+(at(время в квадрате)/2) Свободное падение тел. Рассмотрим теперь часто встречающеесядвижение с ускорением, которое называется свободным падениемм тел,Это движение опытным путём изучал великий итальянский учёный Галилео Галилей.Ускорение сообщаемое Землёй одинаковое для всех тел и оно равно g=9,88 м/с(квадратных), но оно меняется на поверхности Земли.Уравнением такого движение будет являться: 1)x=x0+v0x(вэ нулевое икс)t+(axXt(квадрат))/2 2)y=y0+voyXt+(gt(Квадрат))/2 КИНЕМАТИКА ТВЁРДЫХ ТЕЛ. Поступательное движение.Поступательным называется такое движение твёрдого тела, при котором любая прямая,проведённая в этом теле, перемещается параллельно самой себе. Так же существуют угловые и линейные скорости вращения тел. Угловой скоростью при равномерном вращении называется величина, равная отношению угла поворота тела к промежутку времени, за который этот поворот произошёл.угловая скорость обозначается омегой.Стоит отметить следующие формулы: 1)w=2п(пи)/T(период вращения)=2пV(частота вращения). 2)ф=wt 3)v=wR 4)a=w(квадрат)R ДИНАМИКА. ЗАКОНЫ МЕХАНИКИ НЬЮТОНА. Изменение скорости тела всегда вызывается воздействием на данное тело каких-либо тел.Эта фраза содержит главное утверждение механики Ньютона и выражает принцип причинности в механике.Если действий со стороны других тел на данное тело нет, то согласно основному утверждению механики ускорение тела равно нулю, т.е. тело будет покоиться или двигаться с постоянной скоростью. До сих пор мы рассматривали неинерциальные системы отсчёта, т.е. рассматривали движение тела относительно Земли.Система отсчёты, которая связана с Землёй , ускорение тела определяется только действием на него других тел, называется инерциальной. Основные законы механики Ньютона относятся не к произвольным телам, а к точке, обладающей массой,- материальной точке.Она обладает массой, но не имеет геометрических размеров. Законы Ньютона: 1)Существуют системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых свободные тела движутся равномерно и прямолинейно. Количественную меру действия тел друг на друга, в результате которого тела получают ускорения, называют в механике силой. Две силы независимо от их природы считаются равными, если их одновременное действие на тело не меняет его скорости. Силу измеряют с помощью динамометра. 2)Произведение массы на ускорение равно сумме действующих на тело сил. Отношение силы к ускорению есть масса тела. 3)Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулям и направлены по одной прямой в противоположные стороны. Законы сохранения в механике. Закон сохранения импульса. импульсом материальной точки называется величина, равная произведению массы точки на её импульс.Импульс векторная величина.изменение импульса материальной точки пропорционально приложенной к ней силе и имеет такое же направление, как и сила.Изменение импульса точки равно импульсу силы, действующей на неё.Силы, с которыми тела системы взаимодействуют междусобой, являются внутренними силами системы.Импульс системы могут изменить только внешние силы, причём изменение импульса системы совпадает по направлению с суммарной внешней силой.Внутренние силы изменяют импульсы отдельных тел системы, но изменить суммарный импульс системы они не могут.Закон сохранения импульса сформулирован так:если сумма внешних сил равна нулю, то импульс систеы сохраняется. Кинетическая энергия. Кинетической энергией тела является величина , равная половине произведения массы на квадрат скорости тела.Изменение кинетической энергии тела(материальной точки) за некоторый промежуток времени равно работе, совершённой за это же время силой, действующей на тело. Потенциальная энергия тела. Потенциальной энергиеё системы называется зависящая от положения тел величина, изменение которой при переходе системы из начального в конечное равно работе внутренних консервативных сил системы, взятой с противоположным знаком. |
reborn2.narod.ru
Статика – это… Теоретическая механика, статика
Статика – это наука о методах количественной оценки силы взаимодействия между телами. Эти силы отвечают за поддержание равновесия, движение тел или изменение их формы. В повседневной жизни можно увидеть множество разнообразных примеров каждый день. Движения и изменения формы имеют решающее значение для функциональности как искусственных, так и природных объектов.
Понятие статики
Основы статики были заложены более 2200 лет назад, когда древнегреческий математик Архимед и другие ученые того времени занимались изучением усилительных свойств и изобретением простых механизмов, таких как рычаг и ось. Статика – это раздел механики, который имеет дело с силами, которые воздействуют на тела в состоянии покоя при условии равновесия.
Это раздел физики, который делает возможными аналитические и графические процедуры, необходимые для определения и описания этих неизвестных сил. Раздел “статика” (физика) играет важную роль во многих отраслях машиностроения, механической, гражданской, авиационной и биоинженерии, которые имеют дело с различными последствиями сил. Когда тело находится в состоянии покоя или движется с равномерной скоростью, то речь идет об этой области физики. Статика – это изучение тела в равновесии.
Методы и результаты данного раздела науки оказались особенно полезными при проектировании зданий, мостов и плотин, а также кранов и других подобных механических устройств. Чтобы иметь возможность рассчитать размеры таких конструкций и оборудования, архитекторы и инженеры должны сначала определить силы, которые действуют на их взаимосвязанные части.
Аксиомы статики
Статика – это раздел физики, который изучает условия, при которых механические и другие системы остаются в определенном состоянии, которое не меняется со временем. Этот раздел физики опирается на пять основных аксиом:
1. Твердое тело находится в состоянии статического равновесия, если на него действуют две силы, имеющие одинаковую интенсивность, лежат на одной линии действия и направлены в противоположные стороны вдоль одной линии.
2. Твердое тело будет находиться в статическом состоянии до тех пор, пока на него не окажут воздействие внешние силы или система сил.
3. Равнодействующая двух сил, действующих в той же материальной точке, равна векторной сумме двух сил. Эта аксиома подчиняется принципу векторного суммирования.
4. Два взаимодействующих тела реагируют друг на друга с двумя силами, равными по интенсивности в противоположных направлениях вдоль одной линии действия. Эта аксиома также называется принципом действия и противодействия.
5. Если деформируемое тело находится в состоянии статического баланса, оно не нарушится, если физическое тело останется в твердом состоянии. Эту аксиому также называют принципом отвердевания.
Механика и ее разделы
Физика в переводе с греческого (physikos – “естественный” и “физис” – “природа”) дословно означает науку, которая занимается природой. Она охватывает все известные законы и свойства материи, а также силы, действующие на нее, среди которых гравитация, тепло, свет, магнетизм, электричество и другие силы, которые способны изменить основные характеристики предметов. Одним из разделов науки является механика, включающая такие важные подразделы, как статика и динамика, а также кинематика.
Механика – раздел физики, который занимается изучением сил, объектов или тел, находящихся в покое или в движении. Это один из крупнейших субъектов в области науки и техники. Задачи по статике включают в себя изучение состояния тел под воздействием различных сил. Кинематика – раздел физики (механики), который изучает перемещение объектов вне зависимости от сил, вызывающих движение.
Теоретическая механика: статика
Механика – это физическая наука, которая рассматривает поведение тел под действием сил. Выделяют 3 категории механики: абсолютно твердого тела, деформируемых тел и жидкости. Твердое тело – это тело, которое не деформируется под действием сил. Теоретическая механика (статика – часть механики абсолютно твердого тела) включает также и динамику, которая, в свою очередь, подразделяется на кинематику и кинетику.
Механика деформируемого тела занимается вопросами распределения сил внутри тела и вызываемых в связи с этим деформаций. Эти внутренние силы вызывают определенные напряжения в теле, которые в конечном итоге могут привести к изменению самого материала. Эти вопросы изучаются на курсах сопромата по сопротивлению материалов.
Механика жидкости – это раздел механики, которая занимается вопросами распределения сил внутри жидкостей или газов. Жидкости широко используются в инженерии. Они могут быть классифицированы как несжимаемые или сжимаемые. Областями применения являются гидравлика, аэрокосмическая отрасль и многие другие.
Понятие о динамике
Динамика имеет дело с силой и движением. Единственный способ изменить движение тела – это использовать силу. Наряду с силой динамика изучает другие физические понятия, среди которых следующие: энергия, импульс, коллизия, центр тяжести, крутящий момент и момент инерции.
Статика и динамика являются совершенно противоположными состояниями. Динамика – это учение о телах, которые не находятся в равновесии, при этом возникает ускорение. Кинетика занимается изучением сил, вызывающих движение, или сил, которые возникают в результате движения. В отличие от такого понятия, как статика, кинематика – учение о движении тела, в котором не учитывается тот факт, каким именно образом производится движение. Иногда ее называют “геометрией движения”.
Кинематика
Кинематические принципы часто применяются для анализа определения позиции, скорости и ускорения в различных частях оборудования во время его эксплуатации. Кинематика рассматривает движение точки, тела и системы тел без рассмотрения причин движения. Движение описывается вектором величин, таких, как перемещение, скорость и ускорение наряду с указанием системы отсчета. Различные проблемы в кинематике решаются с помощью уравнения движения.
Механика – статика: фундаментальные величины
История механики насчитывает не одно столетие. Основные принципы статики были разработаны уже давным-давно. Всевозможные рычаги, наклонные плоскости и другие принципы были необходимы во времена ранних цивилизаций для построения, например, таких огромных конструкций, как пирамиды.
Фундаментальными величинами в механике являются длина, время, масса и сила. Первые три называются абсолютными, не зависящими друг от друга. Сила не является абсолютной величиной, поскольку она связана с массой и изменениями скорости.
Длина
Длина – это величина, которая используется для описания положения точки в пространстве относительно другой точки. Это расстояние называется стандартной единицей длины. Общепринятой стандартной единицей измерения длины является метр. Этот стандарт формировался и совершенствовался на протяжении многих лет. Изначально это была одна десятимиллионная часть земной поверхности квадранте, с помощью которой производить измерения было довольно сложно. 20 октября 1983 году метр был определен как длина пути, пройденного светом в вакууме за 1/299,792,458 секунды.
Время
Время – это определенный интервал между двумя событиями. Общепринятой стандартной единицей времени является секунда. Второй был первоначально определен как 1/86,4 среднего периода обращения Земли вокруг своей оси. В 1956 году определение секунды было усовершенствовано и составило 1/31,556 времени, необходимого для полного оборота, который совершает Земля вокруг Солнца.
Масса
Масса – это свойство материи. Ее можно рассматривать как количество вещества, содержащегося в теле. Эта категория определяет воздействие тяжести на тело и сопротивление изменениям в движении. Это сопротивление изменению движения называется инерцией, которая является результатом массы тела. Общепринятой единицей массы является килограмм.
Сила
Сила – это производная единица, но очень важный блок в изучении механики. Она часто определяется как действие одного тела на другое, а также может быть или не быть результатом прямого контакта между телами. Гравитационные и электромагнитные силы являются примерами результата такого воздействия. Существует два принципа воздействия, сил, которые стремятся изменить движения системы и которые имеют тенденцию к ее деформации. Основной единицей силы является Ньютон в системе СИ и фунт в английской системе.
Уравнения равновесия
Статика предполагает, что предметы, о которых идет речь, являются абсолютно твердыми. Сумма всех сил, действующих на тело в состоянии покоя, должна быть равна нулю, то есть участвующие силы уравновешивают друг друга и не должно быть никакой тенденции для сил, способных повернуть тело вокруг любой оси. Эти условия являются независимыми друг от друга, и их выражение в математической форме составляет так называемые уравнения равновесия.
Существует три уравнения равновесия, и поэтому только три неизвестные силы могут быть вычислены. Если неизвестных сил будет более трех, это означает, что компонентов в структуре или машине несколько больше, чем требуется для поддержания определенных нагрузок, или что существует больше ограничений, чем необходимо, чтобы удержать тело от перемещения.
Такие ненужные компоненты или ограничения называются избыточными (например, стол на четырех ножках имеет одну избыточную), и система сил является статически неопределенной. Число уравнений, доступных в статике, ограничено, так как любое твердое тело остается твердым при любых условиях, независимо от формы и размера.
fb.ru