I. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КИНЕМАТИКИ

Как было показано во введении, представление о любом явлении природы физика получает из опыта, наблюдений и практической деятельности человека. Понятие механического движения также было выведено из опыта. Поэтому прежде всего необходимо рассмотреть те основные опыты, из которых извлекается понятие механического движения и которые определяют главные особенности и свойства этого движения.

§ 1. Основные опыты и наблюдения. Что такое механическое движение?

Давайте вспомним, что мы можем наблюдать в окружающем нас мире.

Например, мы можем видеть, как плывут по небу облака, как летит самолет, едет автомобиль, падает яблоко на Землю, катится тележка по столу, колеблется грузик на пружине и т. д. (рис. 1.1- 1.4). И часто в таких случаях мы говорим, что все эти предметы (тела) движутся.

Рис. 1.1.

Рис. 1.2.

Что же является общим в поведении этих тел? Что позволяет все эти слова - плывет, летит, едет — заменять одним и тем же словом движутся?

Если присмотреться внимательнее, то можно заметить, что общим во всех приведенных примерах является только изменение положения одного тела относительно других тел. Облако, самолет, автомобиль, яблоко изменяют свое положение относительно Земли. Тележка изменяет свое положение относительно стола, грузик — относительно точки подвеса. Именно эти опыты позволяют высказать первое очень важное утверждение: тела могут с течением времени изменять свое положение друг относительно друга.

Рассмотрим другие примеры. Гимнаст выполняет упражнение на перекладине (рис. 1.5). При этом меняется положение его рук

Рис. 1.24.

Рис. 1.3.

и ног относительно корпуса. У раздвижной пожарной лестницы во время подъема меняется положение отдельных ее звеньев друг относительно друга (рис. 1.6). Боек отбойного молотка непрерывно меняет положение относительно корпуса молотка. При растягивании или сжатии резинки изменяется относительное расположение всех ее частей (рис. 1.7). Все это позволяет определить второй результат опытов и наблюдений: части тел также могут с течением времени изменять свое положение друг относительно друга.

Процессы изменения положения тел и их частей имеют особое значение во всем, что происходит в природе. Поэтому их изучению посвящен особый раздел физики — мёханика. Сами такие процессы получили название механических движений. В физике, основываясь на этих двух основных результатах опыта, условились определять механическое движение следующим образом: механическое движение есть изменение положения тел или частей тел друг относительно друга с течением времени.

Отметим еще одну (третью) группу опытов и наблюдений. Допустим, что поезд проходит мимо станции вправо (рис. 1.8). В вагоне на скамейке сидит школьник А. С передней площадки входит контролер В.

Рис. 1.5.

Рис. 1.6.

Рис. 1.7.

Рис. 1.8.

Другой школьник С стоит наперроне станции. Что увидят эти два школьника? Школьник А, сидящий в вагоне, увидит, что контролер В приближается к нему. Школьник С, стоящий на перроне, увидит, что контролер удаляется от него вместе с вагоном. Оказывается, что контролер В совершает одновременно два разных движения относительно школьников

Другой пример. В движущемся танке гусеницы перемещаются и относительно Земли, и относительно корпуса танка (рис. 1.9). Траки (звенья) А верхней части гусеницы относительно Земли движутся вправо и при этом быстрее, чем относительно "корпуса танка. Траки В нижней части гусеницы относительно Земли неподвижны, а относительно корпуса танка движутся назад, т. е. влево. Опять одно и то же тело (трак гусеницы) совершает одновременно разные движения относительно Земли и корпуса танка.

Рис. 1.9.

Рис. 1.10.

Еще один пример. Грузы связанные нитью, движутся вдоль вертикальной стойки (рис. 1.10). Нетрудно видеть, что груз В движется относительно стойки медленнее, чем относительно груза А, т. е. груз В совершает одновременно разные движения относительно разных тел.

Рассмотренные примеры позволяют определить третий, очень важный, результат опытов и наблюдений: одно и то же тело одновременно может совершать разные движения относительно других тел.