"Физика", Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е.
Механическое движение — это изменение положения тела со временем относительно других тел. Чтобы описать его, сначала выбирают тело отсчёта: одно и то же тело может быть неподвижным для одного наблюдателя и движущимся для другого. Движение можно представить как траекторию — линию, по которой перемещается тело. Длина пройденного участка этой линии называется путём. По форме траектории движение бывает прямолинейным или криволинейным.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Механическое движение — изменение положения тела относительно других тел с течением времени. Чтобы определить, изменилось ли положение, нужно сравнить тело с каким-либо объектом. Поэтому одного слова «движется» недостаточно: надо указать, относительно чего рассматривают движение.
Тело отсчёта — тело, относительно которого определяют положение и движение других тел. Например, можно сравнивать положение пассажира с автобусом или с дорогой. Выбор тела отсчёта помогает точно описать, что именно меняется при движении.
Траектория — линия, по которой движется тело. Она может быть прямой или изгибаться, а её вид зависит от характера движения и от того, относительно какого тела его рассматривают. Представление траектории помогает определить вид движения.
Путь — длина участка траектории, пройденного телом за выбранный промежуток времени. Путь показывает, сколько линии движения преодолело тело, но не указывает, в какую сторону оно двигалось. Его измеряют единицами длины, например метрами.
Представим, что вы наблюдаете за велосипедом с обочины. Если со временем он оказывается всё дальше от дорожного знака, его положение относительно знака изменяется, значит, велосипед движется. Если же мы будем сравнивать велосипед только с другим предметом, который едет рядом с той же скоростью, расстояние между ними может не меняться. Поэтому для описания движения сначала выбирают тело отсчёта, а затем сравнивают с ним положение тела в разные моменты времени.
Именно сравнение с выбранным объектом объясняет относительность движения. Пассажир, сидящий на месте в автобусе, не меняет положения относительно сиденья, поэтому относительно автобуса он покоится. Но автобус перемещается по дороге, и вместе с ним меняется положение пассажира относительно деревьев или остановки. Значит, один и тот же пассажир может одновременно покоиться относительно автобуса и двигаться относительно дороги: противоречия здесь нет, потому что тела отсчёта разные.
Когда тело движется, его положения в разные моменты времени образуют линию — траекторию. Её можно представить, например, по следу санок на снегу или по линии, которую оставляет мел на доске при движении. Если наблюдатель сравнивает движение с другим телом, которое само движется, описание линии может отличаться. Поэтому траекторию тоже указывают относительно выбранного тела отсчёта.
Вид траектории позволяет сравнить два основных вида движения. При прямолинейном движении тело перемещается по прямой линии, как кабина лифта вдоль шахты или книга, скользящая по прямому столу. При криволинейном движении траектория изгибается: так движется мяч, брошенный в сторону, или автомобиль на повороте. Важно смотреть именно на линию движения, а не только на то, куда тело направлено в отдельный момент.
Чтобы узнать путь, измеряют длину пройденной части траектории, а не расстояние до конечной точки по прямой. Например, если дорожка сначала идёт прямо, а затем поворачивает, путь складывается из длины прямого участка и длины поворота. Путь выражают теми же единицами, что и любую длину: метрами, сантиметрами или километрами. Такая величина пригодится при дальнейшем изучении скорости, потому что позволяет узнать, сколько тело прошло за определённое время.
| Признак | Прямолинейное движение | Криволинейное движение |
|---|---|---|
| Форма траектории | Прямая линия | Изогнутая линия |
| Пример движения | Кабина лифта движется вдоль шахты | Автомобиль проходит поворот |
| Как распознать по траектории | Все участки траектории лежат на одной прямой | Траектория меняет направление и изгибается |
Сначала определите траекторию тела относительно выбранного тела отсчёта, а затем сравните её форму с таблицей. Если линия прямая, движение прямолинейное; если она изгибается — криволинейное. Таблица помогает классифицировать движение именно по форме всей рассматриваемой траектории.
Задача 1. Пассажир сидит в движущемся автобусе. Укажите, относительно чего он покоится, а относительно чего движется. Сравним положение пассажира с несколькими телами отсчёта.
Выберем телом отсчёта автобус или сиденье. Пассажир сидит на одном месте, поэтому его положение относительно автобуса не меняется. Следовательно, относительно автобуса он покоится.
Теперь возьмём за тело отсчёта дорогу, остановку или деревья у дороги. По мере движения автобуса положение пассажира относительно этих объектов изменяется. Значит, относительно дороги пассажир движется.
Проверим, не противоречат ли друг другу результаты. Они получены при сравнении с разными телами, поэтому могут быть разными одновременно. Ответ: пассажир покоится относительно автобуса и движется относительно дороги.
Задача 2. Определите, является ли движение кабины лифта прямолинейным или криволинейным, и назовите её траекторию. Рассматриваем обычное движение кабины вдоль вертикальной шахты лифта.
Сначала выбираем тело отсчёта, например здание. Затем представляем линию, по которой перемещается кабина относительно него. Кабина движется вдоль шахты, не поворачивая в сторону.
Линия движения кабины является вертикальной прямой. Значит, её траектория — прямая вертикальная линия. Ответ: движение кабины лифта прямолинейное.
Задача 3. Мяч прокатился по прямой дорожке длиной 8 м, затем по дуге длиной 6 м. Найдите пройденный путь и укажите, какой участок траектории был криволинейным. Длины обоих участков уже известны.
Путь равен длине всей пройденной части траектории. Мяч прошёл два участка, поэтому складываем их длины: 8 м + 6 м = 14 м. Единицы измерения у слагаемых одинаковые, их можно сложить.
Отдельно определяем форму каждого участка. Первый участок назван прямой дорожкой, значит, он прямолинейный; дуга изгибается, поэтому соответствующая часть траектории криволинейная. Ответ: путь мяча равен 14 м, криволинейным был участок по дуге.
Ошибка — говорить, что тело движется или покоится, не называя тело отсчёта. Так делают, потому что в повседневной речи обычно понятно, о чём идёт речь, но в физике нужны точные условия сравнения. Проверьте себя: задайте вопрос «относительно чего?» и укажите конкретный объект.
Траекторию иногда принимают за путь, поскольку оба понятия описывают движение тела. Но траектория — это линия, а путь — её длина на пройденном участке. Чтобы проверить ответ, спросите себя: можно ли выразить его в метрах? Если да, речь, скорее всего, идёт о пути, а не о линии.
Неверно считать, что тело движется одинаково относительно всех объектов. Пассажир может не менять положения относительно автобуса, но менять его относительно дороги; путаница возникает, если незаметно менять тело отсчёта. Для проверки сравните положение тела с каждым объектом отдельно и укажите результат для каждого.
Ещё одна ошибка — называть движение прямолинейным лишь потому, что тело некоторое время двигалось в одном направлении. Тело могло затем повернуть, и вся рассматриваемая траектория окажется кривой. Проверьте форму всей траектории за выбранный промежуток времени, а не только направление движения в отдельный момент.
Для описания движения нужно уметь сравнивать положение тела с положением других тел. Это опирается на знакомое представление о положении предметов вокруг нас и приводит к выбору тела отсчёта. Путь, в свою очередь, измеряют в единицах длины, как отрезки и другие расстояния.
Понятия траектории и пути понадобятся при изучении скорости. Чтобы найти скорость, нужно знать, какой путь прошло тело и сколько времени на это потребовалось. Поэтому важно не путать длину пройденного участка с самой линией движения.
Почему нельзя сказать, движется тело или покоится, не уточнив, относительно чего?
Положение тела сравнивают с положением другого тела, выбранного телом отсчёта. Относительно одного тела положение может не меняться, а относительно другого — меняться.
Может ли тело одновременно покоиться и двигаться?
Да, если сравнивать его положение относительно разных тел. Например, пассажир покоится относительно автобуса, но движется относительно дороги.
Чем траектория отличается от пути?
Траектория — это линия, по которой движется тело. Путь — длина участка этой линии, который тело прошло за выбранное время.
Как определить, является ли движение прямолинейным?
Нужно посмотреть на форму траектории. Если она представляет собой прямую линию, движение прямолинейное; если линия изгибается, движение криволинейное.
В каких единицах измеряют путь?
Путь измеряют в единицах длины. В Международной системе единиц основная единица — метр; также используют, например, сантиметры и километры.
§ 9. Механическое движение и его виды
