Матеріальна точка
У фізиці переміщення різних тіл у просторі вивчає розділ механіки, іменований кінематикою. Якщо розміри якогось об'єкта надто малі порівняно з відстанню, яку йому доводиться долати внаслідок його руху, то він розглядається як матеріальна точка. Прикладом тому може служити автомобіль, який їхав по дорозі з одного міста в інше, птах, що летить у небі, а також багато іншого. Така спрощена модель зручна при написанні рівняння руху точки, за яку приймається певне тіло.Бувають і інші ситуації. Уявімо, що той же автомобіль господар вирішив перемістити з одного кінця гаража в інший. Тут зміна місця порівнянно з розмірами об'єкта. Тому кожна з точок автомобіля буде мати різні координати, а сам він розглядається як об'ємне тіло в просторі.
Основні поняття
Слід враховувати, що для фізика шлях, пройдений певним об'єктом, і переміщення – зовсім не одне і те ж, а ці слова не є синонімами. Усвідомити різницю між даними поняттями можна, розглянувши рух літака в небі.Слід, який він залишає, наочно показує його траєкторію, тобто лінію. При цьому шлях являє собою її довжину і виражається в певних одиницях (наприклад, в метрах). А переміщення – це вектор, що з'єднує лише точки початку і кінця руху. Подібне можна побачити на рисунку, наведеному нижче, який демонструє маршрут машини, що рухалась по звивистій дорозі, і вертольота, що летить по прямій. Вектори переміщення цих об'єктів будуть однакові, а шляхи і траєкторії – різними.
Рівномірний рух по прямій
Тепер розглянемо різні види рівнянь руху. І почнемо з найпростішого випадку, коли якийсь об'єкт переміщається по прямій з однаковою швидкістю. Це означає, що після закінчення рівних проміжків часу шлях, який він проходить за даний період, що не змінюється з величиною. Що нам потрібно для опису цього руху тіла, вірніше, матеріальної точки, як вже було домовлено його називати? Важливо вибрати систему координат. Для простоти припустимо, що переміщення відбувається уздовж деякої осі 0Х. Тоді рівняння руху: x = х 0 + v х t. Воно і буде описувати процес в загальному вигляді. Важливим поняттям при зміні місця розташування тіла є швидкість. У фізиці вона є векторною величиною, тому приймає позитивне і негативне значення. Тут все залежить від напрямку, адже тіло може переміщатися по обраної осі із зростаючою координатою і в протилежну сторону.Відносність руху
Чому так важливо вибрати систему координат, а також точку відліку для опису зазначеного процесу? Просто тому, що закони всесвіту такі, що без всього цього рівняння руху не буде мати сенсу. Це показано такими видатними вченими, як Галілей, Ньютон і Ейнштейн. З початку життя, перебуваючи на Землі і інтуїтивно звикнувши вибирати її за систему відліку, людина помилково вважає, що існує спокій, хоча для природи не буває такого стану. Тіло може міняти місце розташування або залишатися статичним лише щодо якого-небудь об'єкта. Мало того, що тіло може рухатися і знаходитися в спокої одночасно. Прикладом тому може послужити валізу пасажира поїзда, який лежить на верхній полиці купе. Він рухається відносно села, біля якої проїжджає складу, і спочиває думку свого господаря, розташувався на правому сидінні біля вікна. Космічне тіло, колись отримавши початкову швидкість, здатна летіти в просторі мільйони років, поки не зіткнеться з іншим об'єктом. Рух його не буде припинятися тому, що переміщується воно лише відносно інших тіл, а в системі відліку, пов'язаної з ним, космічний мандрівник знаходиться в спокої.Приклад складання рівнянь
Отже, виберемо за точку відліку якийсь пункт А, при цьому координатною віссю нехай буде для нас автомагістраль, що знаходиться поруч. А напрям її буде проходити з заходу на схід. Припустимо, що в цю ж сторону в пункт, розташований за 300 км, пішки вирушив мандрівник зі швидкістю 4 км/год. Виходить, що рівняння руху задається у вигляді: х = 4t, де t – час в дорозі. Згідно цій формулі, з'являється можливість обчислити місцезнаходження пішохода в будь-який необхідний момент. Стає зрозуміло, що через годину він пройде 4 км, через два – 8 і досягне пункту Б через 75 годин, так як його координата х = 300 виявиться при t = 75.Якщо швидкість негативна
Припустимо тепер, що з У в А їде автомобіль, маючи швидкість 80 км/год. Тут рівняння руху має вигляд: х = 300 – 80t. Це дійсно так, адже х 0 = 300 а v = -80. Слід звернути увагу, що швидкість в даному випадку вказується зі знаком "мінус", тому що об'єкт рухається в від'ємному напрямі осі 0Х. Через деякий час автомобіль досягне пункту призначення? Це відбудеться, коли координата прийме нульове значення, тобто при х = 0.Залишається вирішити рівняння 0 = 300 – 80t. Отримуємо, що t = 375. Це означає, що автомобіль досягне пункту через 3 години 45 хвилин. Необхідно пам'ятати, що координата теж може бути негативною. В нашому випадку це виявилося б, якщо б існував якийсь пункт, що знаходиться в західному напрямку від А.