Основное утверждение механики

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 446.

Почему происходит движение тел? Ответом на этот вопрос является основное утверждение механики. Кратко познакомимся с ним, рассмотрим примеры, подтверждающие его.

Движение с ускорением и без него

Простейшим движением в Природе является прямолинейное и равномерное, изучаемое еще в средних классах школы. Однако, таких движений сравнительно немного. Любое прямолинейное и равномерное движение имеет свое начало. Поэтому прямолинейно и равномерно тела движутся только на некоторой части траектории.

Если же вектор скорости изменяет свой модуль или направление, то говорят, что тело движется с ускорением. Параметр «ускорение» характеризует быстроту изменения скорости, он изучается в 10 классе, и равен:

$$\overrightarrow a = {\overrightarrow v-\overrightarrow v_0 \over t}$$

Таким образом, любое изменение скорости движения тела означает наличие у тела некоторого ненулевого ускорения. Возникает вопрос – а что является причиной ускорения ?

Примеры возникновения ускорения

Из повседневного опыта мы знаем, что для того, чтобы тело начало движение – необходимо приложить к нему некоторую силу. То есть, причиной движения тела (а значит, и приобретения ускорения) является внешнее воздействие со стороны экспериментатора или другого тела. Всегда ли это так?

Тот же повседневный опыт подсказывает, что иногда бывает иначе. В самом деле, если из-под любого тела убрать опору – оно «само собой» начнет падать, приобретая ускорение. Биллиардный шар, получив импульс, также «сам собой» уменьшает скорость, двигаясь с отрицательным ускорением. Ракета может взлетать с Земли, разгоняться, и долго лететь в глубоком космосе, вдали от планет. Во всех этих случаях, казалось бы, тела приобретают ускорение «сами собой».

Однако, это не так.

Предмет, из-под которого убрали опору, падает не «сам собой». Причиной приобретения им ускорения является гравитация Земли.

Биллиардный шар замедляется также не «сам собой». Катясь по столу, он создает на поверхности стола небольшой прогиб, который, по мере его качения, возникает во все новом и новом месте. Прогиб вызывает тормозящую силу, которая и является причиной отрицательного ускорения биллиардного шара.

Разгон ракеты происходит потому, что реактивные газы, вырывающиеся из ее сопла, имеют массу, и приобретают ускорение, отталкиваясь от ракеты. Ракета же, в свою очередь, точно так же приобретает ускорение, отталкиваясь от реактивных газов (здесь работает Третий закон Ньютона).

Наконец, в последнем случае, действительно, рядом с ракетой нет других тел, и двигатель ее также выключен, поэтому, ракета не может испытывать воздействия ни с чьей стороны, хотя при этом летит долгое время (теоретически – вечно).

Но, заметим, что ракета все это долгое время будет лететь прямолинейно и равномерно (здесь действует Первый закон Ньютона). Вектор ее скорости будет постоянен как по модулю, так и по направлению. А значит, ускорение летящей ракеты будет равно нулю. То есть, этот последний пример говорит о том, без воздействий со стороны других тел, ускорение тела равно нулю.

Основное утверждение механики

Таким образом, все примеры подводят нас к важному выводу.

Причиной ускорения, получаемого материальной точкой, всегда является воздействие со стороны других материальных точек. Это утверждение является основным утверждением механики.

Примерами основного утверждения механики могут служить любые движения любых тел, происходящие с ускорением, как рассмотренные выше, так и прочие.

Интересным видом движения с ускорением является равномерное вращение. Хотя модуль мгновенной скорости точек тела при этом постоянен, направление скорости постоянно меняется. А значит, точки тела движутся с ускорением. Причиной этого ускорения (называемого центростремительным) являются силы со стороны точек на противоположной стороне тела, которые движутся с точно такой же по модулю, но противоположной по направлению скоростью.

Что мы узнали?

Согласно основному утверждению механики, причиной ускорения, получаемого телом, всегда является механическое воздействие со стороны других тел. Если такого воздействия нет – тело не может приобрести ускорение, а значит, либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно.