Кінематика, динаміка і статика в фізиці: пояснення

Одним з основних розділів фізики є механіка – дисципліна, що вивчає закони, згідно з якими відбувається рух тіл, а також зміна параметрів руху в результаті впливу тіл один на одного.

Основними напрямками механіки є вивчення динаміки, кінематики та статики. Докладного вивчення цих наук фахівці присвячують все життя, так як їх положення лежать в основі найбільш важливих загальноінженерних дисциплін – теорії механізмів, опору матеріалів, деталей машин і ін.

Що вивчає теоретична механіка?

Рух і взаємодія фізичних тіл підкоряються строгим законам, за якими існує наш Всесвіт. Опису і обгрунтування цих законів присвячена механіка – розділ фізики, що дозволяє розраховувати і передбачати рух фізичних тіл, виходячи з їх основних параметрів і діючих на ці тіла сил. У механіці розглядаються ідеальні об’єкти:

  • матеріальна точка – об’єкт, основною характеристикою якого є маса, але розміри не враховуються;
  • абсолютно тверде тіло – заповнений речовиною певний обсяг, форма якого не змінюється ні за яких впливах, а між будь-якими двома точками всередині цього обсягу завжди зберігається одне і те ж відстань;
  • суцільне деформоване середовище – стан речовини в кінцевому обсязі або в необмеженому просторі, в якому відстані між довільно взятими точками можуть змінюватися в результаті зовнішніх впливів.

Механіка розглядає закони руху, коли з плином часу змінюється або положення одного тіла відносно іншого, або взаємне розташування частин одного тіла. Час, маса і відстань для механіки є базовими величинами.

Кінематика

Розділ механіки, що вивчає закони руху, його геометричні властивості, закони швидкостей і прискорень, називається кінематикою. Назва дисципліни походить від грецького слова «κινειν», що означає рух. Кінематика вивчає чистий рух з точки зору простору і часу, не враховуючи маси фізичних тіл і діючі на них сили.

Рух в кінематиці описується виключно математичними засобами, для чого використовуються алгебраїчні і геометричні методи, матаналіз і т.д. При цьому в класичній кінематики не розглядаються причини, за якими відбувається механічне рух тіл, а характеристики, властиві руху, вважаються абсолютними, тобто на них не впливає вибір системи відліку. Крім класичної, існує релятивістська механіка, яка розглядає загальне поняття простору-часу з інваріантними інтервалами.

Динаміка

Ще один розділ механіки, який розглядає причини, що породжують механічний рух тіл, називається динамікою. Це найменування утворено від грецького слова «δύναμις», що означає силу. Основними поняттями динаміки є маса тіла, сила, яка на нього впливає, енергія, імпульс і момент імпульсу. Основними завданнями – визначення сили, що діє на фізичне тіло, за характером його руху, і визначення характеру руху, виходячи з заданих сил впливу.

Значний внесок у розвиток динаміки вніс британський вчений Ісак Ньютон, який сформулював три своїх знаменитих закону, які описують взаємодії сил, і фактично став родоначальником класичної динаміки. Ця дисципліна вивчає закономірності руху при швидкостях, обмежених інтервалом від часток одного міліметра в секунду до десятків кілометрів на секунду. Однак при розгляді руху надмалих об’єктів (елементарних частинок) і надвисоких швидкостей, що наближаються до швидкості світла, закони класичної динаміки перестають діяти.

Статика

Закони перебування тіл і систем в рівновазі при додатку до них різних сил і моментів, вивчає статика – ще один напрямок механіки. Назва дисципліни походить від грецького слова «στατός», що означає непорушність. Для статики сформульовані шість аксіом, що описують умови знаходження тіла або системи фізичних тіл в стані рівноваги, а також два наслідки з цих аксіом.

Основним об’єктом в статиці є тіло або матеріальна точка, яка перебуває в стані рівноваги, тобто нерухомо або рухається в даній інерціальній системі координат рівномірно і по прямій лінії. Обмежуючими факторами для тіла, що знаходиться в рівновазі, служать зовнішні сили, які на нього впливають, а також інші тіла, звані зв’язками.

...
ПОДІЛИТИСЯ: