§1 Простір і час. Система відліку. Матеріальна точка. Радіус-вектор. Траєкторія, шлях, переміщення [7]

1. Фізика – наука, яка вивчає найпростіші і найбільш загальні властивості й закони руху об’єктів матеріального світу. Починаємо вивчення фізики з механіки, розділу фізики, що вивчає найпростішу форму руху матерії – механічний рух. Механічним рухом називають зміну з часом взаємного розміщення тіл або їх частин у просторі.

Одними з фундаментальних понять є поняття про простір та час. Коли говорять про простір, то під цим розуміють розміщення одної або іншої точки відносно інших тіл та спосіб вимірювання відстаней між точками та тілами. Коли говорять про час, то мають на увазі деякий періодичний процес, який відбувається у системі тіл, який служить виміру проміжків часу.

2. Вивчення механіки почнемо з кінематики. Кінематикою називають розділ механіки, який присвячено опису руху тіл, без з’ясування причин такого руху.

У механіці для опису тіл використовують різні моделі. Зупинимося на одній з них. Матеріальною точкою називають тіло, розмірами якого в даних умовах руху можна знехтувати. Знехтувати можна розмірами тіла коли: а) відстані до інших тіл набагато більші порівняно з розмірами самого тіла; б) коли відстані, які проходить тіло, є набагато більші порівняно з розмірами тіла; в) коли тіло рухається поступально, тобто усі точки тіла рухаються однаково.

Щоб описати рух будь-якого тіла, потрібно вказати інше тіло відносно яких розглядається рух даного тіла, потрібно вказати систему координат та визначити, яким чином ми будемо слідкувати за часом. Про все це говорять як про систему відліку. Системою відліку називають тіло відліку, систему координат, що пов’язана з тілом відліку, та прилад для виміру часу. Таким чином, рух тіла розглядається відносно системи відліку.

 

 

Розміщення матеріальної точки у просторі визначається радіус-вектором . Вектор, початок якого збігається з початком координат, а кінець визначає положення деякої матеріальної точки, називається радіус-вектором  цієї точки (див рис. 1.1). У прямокутній системі координат , де  – координати точки,  (або відповідно ) – орти координатних осей (вектори одиничної довжини, які направлені вздовж відповідних осей).

Зміна положення матеріальної точки у просторі за час  визначається вектором переміщення  (рис. 1.2). Вектор переміщення  – вектор, проведений з початкового положення матеріальної точки  в її кінцеве положення . Вектор переміщення дорівнює різниці радіус-векторів у кінцевому  і початковому  положеннях матеріальної точки  . Модуль переміщення дорівнює .

Траєкторією називають лінію вздовж якої рухається тіло. Шляхом  називають довжину траєкторії. Шлях, модуль переміщення, модуль радіус-вектора вимірюють у системі СІ у метрах.