Глава IV. ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ
Динамика является главной частью механики. Она изучает движение различных механических систем в зависимости от причин, вызывающих это движение и влияющих на него. Причины эти в механике называются силами. Этим она и отличается от кинематики, которая при изучении движения материальных объектов не принимает во внимание причины, вызывающие это движение. В механике обычно не рассматривается происхождение сил, а изучается только их действие на движущиеся объекты. Изучение динамики начнем с задач о движении таких тел, размерами которых можно пренебрегать, а положение которых может быть определено как положение геометрической точки. Такие тела, или частицы материи, называют материальными точками. В теоретической механике все тела рассматриваются как совокупности взаимодействующих материальных точек. Одновременно с изменением положения каждое материальное тело, как бы мало оно ни было, может вращаться и деформироваться. Рассматривая движение материальной точки, будем изучать только изменение ее положения в пространстве, не интересуясь вращением и деформацией. Такое представление о материальной точке не лишено и реального смысла: подобной материальной точкой, с точки зрения механики, является центр тяжести твердого тела. В дальнейшем будет показано, что центр тяжести твердого тела движется как материальная точка, на которую действуют все силы, приложенные к этому телу.
Всякое движение материальной точки можно определить лишь по отношению к другим телам, а ее положение относительно других тел может быть задано тремя координатами, относящимися к определенному моменту времени. Обычно выбирают прямоугольные декартовы координаты, так как они проще связаны с длинами и расстояниями.
Всякое движение происходит во времени. Моменты времени, к которым относятся координаты и расстояния, а также
промежутки времени, становятся определенными, когда выбрана определенная система отсчета. Измерение времени может быть в принципе произведено при помощи любого периодического процесса. В практике же принято астрономическое измерение времени, основанное на изучении законов движения планет и вращения земного шара. Фундаментальной единицей измерения времени являются звездные сутки — промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего рав-нодействия. Время, протекшее от момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия до любого другого момента, характеризуемого другим ее положением, выраженное в долях звездных суток (звездных часах, минутах и секундах), называется звездным временем. Звездные сутки в качестве основной единицы времени неудобны, потому что начало суток при этой единице может приходиться последовательно на любое время дня и ночи. По этой причине основной единицей времени выбрано среднегодовое значение солнечных суток — промежутка времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через меридиан данного места на земной поверхности. Продолжительность солнечных суток зависит от годового движения Земли относительно Солнца, поэтому приходится брать среднегодовое значение солнечных суток. Практической единицей времени считается секунда среднего солнечного времени, равная 1/86400 средних солнечных суток, что составляет около 1/86164,09 звездных суток.
С 1 января 1963 г. в Советском Союзе введена международная система единиц СИ, в которой за единицу времени принята 1 секунда, равная 1/31556 925,9747 тропического года для 1900 г. января 0 в 12 часов эфемеридного времени, не зависящая от неравномерности вращения Земли.
Такой сопособ определения времени не является очень точным, поэтому в настоящее время для определения промежутков времени пользуются некоторыми естественными процессами, связанными с колебаниями атомов, период которых нечувствителен к внешним воздействиям. Но эти вопросы относятся уже к технике измерения времени и в курсе теоретической механики не изучаются.
Время, прошедшее между двумя событиями, называют промежутком времени, а границу между двумя промежутками называют моментом времени. В теоретической механике устанавливается независимо от событий или от системы, в которой наблюдаются события, соответствие между моментами времени и действительными числами. Определенное так время называют абсолютным идеальным временем.
