Поступательное и вращательное движение

Механика – наука о движении тел и взаимодействии между ними. Любые, самые сложные движения тел можно представить в виде суммы простейших движений – поступательных и вращательных. Рассмотрим определение поступательного и вращательного движения, а также их особенности.

Поступательное и вращательное движение

При решении задачи описания механического движения твердого тела достаточно часто выясняется, что все его точки движутся по одинаковым траекториям, или разницей между движением различных точек можно пренебречь. Например, при свободном падении тела траектории всех его точек будут представлять прямые линии, направленные вниз. Если мы рассмотрим годовое вращение Земли вокруг Солнца, то, в связи с суточным вращением разные точки Земного шара будут иметь немного различные траектории, однако этой разницей в абсолютном большинстве случаев можно пренебречь и описывать движение Земли как одной материальной точки.

Движение, при котором все точки твердого тела движутся по одинаковым траекториям, или разницей в траекториях можно пренебречь, называется поступательным.

Рис. 1. Поступательное движение.

Другой вариант движения – это движение, при котором траектории точек тела различны. Поскольку тело твердое (то есть, взаимное расположение точек тела не меняется), разница траекторий означает, что тело меняет свое положение в пространстве. Такое движение может быть достаточно сложным, однако, его всегда можно представить, как сумму движений, при котором траектории точек тела представляют собой дуги окружностей.

Движение, при котором траектории точек тела представляют собой окружности или дуги окружностей (или отклонением от этих дуг можно пренебречь), называется вращательным. Примерами вращательного движения является движение колес и шестерен машин и механизмов, вращение Земли и других небесных тел, а также многое другое.

Рис. 2. Вращательное движение.

Общее и различие

При решении задач механики необходимо четко представлять, в чем схожесть и различие между поступательным и вращательным движениями.

Общие черты заключаются в самом понятии движения. Поступательное и вращательное движение твердого тела – это изменение координат точек тела с течением времени. Независимо от вида движений все точки тела всегда имеют некоторые координаты в Системе Отсчета, некоторую скорость и некоторое ускорение.

Параметры поступательного и вращательного движений неодинаковы, но аналогичны. Вместо координаты для описания вращения используется угол поворота, скорость и ускорение для вращения являются угловыми.

Однако, если поступательное движение описывается относительно только принятых координатных осей, то для вращательного движения учитывается еще одна ось, относительно которой совершается вращение. Следствием этого является необходимость учитывать расстояние до этой оси (радиус вращения), а также невозможность описания вращательного движения с помощью только одной координаты. Вращение всегда требует двух или трех координат.

Еще одна особенность вращательного движения – невозможность движения без ускорения. Даже если вращение происходит с постоянной угловой скоростью, и угловое ускорение равно нулю, мгновенная скорость материальной точки постоянно меняет направление, а значит, такое движение происходит с ускорением, которое называется центростремительным.

Аналогия величин для поступательного и вращательного движения

Рис. 3. Аналогия величин для поступательного и вращательного движения.

Что мы узнали?

Любые движения тел могут быть описаны суммой простейших поступательных и вращательных движений. Поступательное движение – это движение, при котором траектории всех точек тела одинаковы. Вращательное движение – это движение, при котором траектории точек тела представляют собой окружности (или дуги окружностей) с центрами, лежащими на одной прямой (в одной точке для двумерного случая).

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 5

    Движение, при котором все точки твердого тела движутся по одинаковым траекториям, называется…

Начать тест(новая вкладка)
Доска почёта
Чтобы попасть сюда - пройдите тест.
    
  • Инна Коровина
    4/5
  • Ruslanik Sharipov
    5/5

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 31.

Предметы