Основные понятия.

В любом разделе современной науки используется свой "язык", который базируется на ряде основных понятий и определений. Определение того или иного понятия или объекта не может быть выведено путем логических умозаключений, а является вопросом договоренности. По этой причине при подготовке к экзаменам учащиеся должны заучить эти определения наизусть, поскольку без знания "языка" науки невозможно понять суть предлагаемого текста (скажем, условия задачи) или изложить теорию в устной форме (если речь идет об устном экзамене). Остановимся на некоторых основных понятиях механики вообще и кинематики в частности, которые понадобятся в дальнейшем. Начнем с понятия материальной точки.

Материальная точка - тело, геометрическими размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь (скажем, по сравнению с расстоянием до других тел или по сравнению с путем, который оно проходит).

Материальная точка - это модель, которую при определенных условиях можно использовать для описания движения реального физического тела.
Говоря о телах конечных размеров, мы будем предполагать (если не сделано специальных оговорок), что это абсолютно твердые тела.

Абсолютно твердое тело - тело, расстояние между любыми двумя точками которого остается постоянным при любых внешних воздействиях.

Любое тело конечных размеров можно представить как совокупность материальных точек и по законам их движения составить представление о законах движения тела в целом. Изучать законы движения материальной точки проще, чем законы движения протяженного тела. Поэтому далее всегда в первую очередь будут рассматриваться понятия и законы, относящиеся к механическому движению материальной точки.

Движение - это изменение взаимного расположения тел или частей одного и того же тела.
Нельзя говорить о движении отдельного изолированного тела, находящегося в пространстве, где нет других тел, потому что в этом случае нет ничего, по отношению к чему это тело могло бы изменять свое положение. Характер движения зависит от того, относительно каких тел рассматривается движение. Кроме того, поскольку движение происходит как в пространстве, так и во времени, для его описания необходимо также измерять время, а это делается с помощью часов. Из вышесказанного вытекает понятие системы отсчета.

Система отсчета - совокупность неподвижных относительно друг друга тел, по отношению к которым рассматривается движение, и отсчитывающих время часов.

Заметим, что, как правило, для количественного описания движения с телами, образующими систему отсчета, связывают какую-либо системы координат. За начало отсчета времени t в системе отсчета может быть выбрано любое происшедшее событие. Положение материальной точки в пространстве задается радиусом-вектором r(t), соединяющим начало системы отсчета (как правило, совмещенное с началом выбранной системы координат) и данную материальную точку. Задание вектора r(t) эквивалентно заданию трех координат x(t), y(t) и z(t) материальной точки как функций времени. Длина (т.е. модуль) радиуса-вектора r(t) в системе СИ измеряется в метрах (м).

Траектория - линия, описываемая материальной точкой при ее движении в пространстве

В зависимости от формы траектории различают движение прямолинейное (траектория - прямая линия) и криволинейное (траектория — произвольная кривая).

Перемещение - вектор , соединяющий начальную и конечную точки траектории, по которой движется материальная точка в течении промежутка времени t

Таким образом

где r(t1) и r(t2) — радиусы-векторы, характеризующие начальное (в момент времени t1) и конечное (в момент времени t2) положения материальной точки. Если материальная точка совершает n последовательных перемещений из положения 1 в положение 2, из положения 2 в положение 3 и т. д. соответственно, то результирующее перемещение равно векторной сумме перемещений , а именно:
Это утверждение называют законом сложения перемещений.

Путь- cкалярная величина S, равная длине участка траектории, пройденной движущейся материальной точкой за данный промежуток времени.
Путь, как и длина радиуса-вектора r, в системе СИ измеряется в метрах.

Средняя скорость - векторная величина , равная отношению перемещения к промежутку времени t, за который это перемещение произошло

Cкорость материальной точки- предел отношения перемещения материальной точки к промежутку времени за который это перемещение произошло, при стремлении изменения времени к нулю.
Как видно из определения, при движении по криволинейной траектории мгновенная (или, как ее еще называют в этом случае, линейная) скорость в каждый момент времени направлена по касательной к траектории в данной точке.
В кинематике часто используется также понятие средней скорости прохождения пути.

Средняя скорость -скалярная величина, равная отношению пройденного пути ко времени, за которое этот участок пути пройден:

Единица измерения скорости в системе СИ — 1 м/с.

Среднее ускорение-векторная величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени за который это изменение произошло

Ускорение- предел отношения изменения скорости материальной точки к промежутку времени , за который это изменение произошло, при стремлении изменение времени к нулю