- •Збірник задач з фізики. Механіка Модуль 1
- •Загально-теоретичні відомості. Основні визначення і формули Розділ 1. Фізичні основи механіки
- •1.1. Кінематика
- •1.2. Тангенціальне, нормальне і повне прискорення
- •1.3. Рух точки по колу. Кутова швидкість і кутове прискорення
- •2.4. Третій закон Ньютона. Закон збереження імпульсу
- •Розділ 2. Динаміка матеріальної точки
- •2.1. Перший закон Ньютона (закон інерції)
- •2.2. Сила
- •2.3. Другий закон Ньютона. Імпульс
- •Розділ 3. Робота та енергія
- •Розділ 4. Динаміка обертального руху
- •4.1. Момент сили
- •4.2. Момент інерції матеріальної точки і твердого тіла відносно нерухомої осі
- •4.3. Моменти інерції найпростіших тіл: диск, стержень, куля. Теорема Штейнера
- •4.4. Момент імпульсу
- •4.5. Основне рівняння динаміки обертального руху
- •4.6. Закон збереження моменту імпульсу
- •4.7. Кінетична енергія обертального руху
- •Розділ 5. Елементи теорії відносності
Загально-теоретичні відомості. Основні визначення і формули Розділ 1. Фізичні основи механіки
Фізика – це наука, яка вивчає основні і найбільш загальні властивості матерії та форми її руху.
Рух являє собою неосяжну властивість матерії, спосіб існування матерії.
Рух – це різна зміна в матеріальному світі, різний процес, який відбувається у природі. У світі не може бути матерії без руху, як і руху без матерії.
1.1. Кінематика
Рух матеріальної точки вважається визначеним, якщо відомий закон її руху, або закон, за яким змінюються положення точки в просторі зі зміною часу. Закон руху точки можна виразити у вигляді одного векторного рівняння.
.
(1.1)
Або трьох рівнянь:
(1.2)
Нехай
за проміжок часу
точка переміститься з положення А,
що визначається радіусом-вектором
в положення В
що визначається радіусом-вектором
.
Вектор
називається вектором переміщенням
точки (рис. 1.1). Іншими словами це
спрямований відрізок прямої, який
з’єднує початкове положення точки з
його наступним положенням.

Рис. 1.1.
Довжина
ділянки кривої АВ,
по якій рухається точка, називається
шляхом точки.
Відношення
переміщення
до проміжку часу
,
за який це переміщення було здійснено,
називається середньою швидкістю
переміщення
:
.
(1.3)
Середня
швидкість переміщення також є вектором.
Для нескінченно малого переміщення
,
тому числове значення миттєвої швидкості
дорівнює першій похідній від довжини
шляху за часом:
;
(1.4)
![]()
.
Відношення
зміни швидкості
до проміжку часу
,
за який ця зміна відбувається, називається
середнім прискоренням:
.
(1.5)
Вектор миттєвого прискорення (повне прискорення):
.
(1.6)
Модуль миттєвого прискорення (тангенціальне прискорення):
;
(1.6)
Проекції
вектора
на координатні осі:
![]()
Модуль вектора прискорення:
.
(1.7)
Рівняння рівнозмінного руху:
.
(1.8)
Швидкість рівнозмінного руху:
.
(1.9)
1.2. Тангенціальне, нормальне і повне прискорення
Розглянемо в загальному вигляді криволінійний (плоский) рух, в якому швидкість змінюється за значенням та напрямом.
Нехай
тіло, що рухається криволінійно у точці
А
(рис 1.2, а)
має швидкість
,
а через час
,
в сусідній точці А1,
його швидкість буде
.
Тоді прискорення руху в точці А
визначимо за формулою:
.
(1.10)
Повне
прискорення характеризує зміну вектора
швидкості (
)
за одиницю часу.

Рис. 1.2.
Тут
вектор
виражає зміну швидкості за модулем і
напрямом.
Розкладемо
вектор
на дві складові:
,
що визначає зміну швидкості за модулем
за час
,
та
,
що визначає зміну швидкості за напрямом
за цей самий час. Щоб знайти
,
досить визначити різницю відрізків
,
а щоб знайти
,
досить сполучити точки В
і С
та визначити напрям вектора за умови,
що
.
Отже, повне прискорення можна виразити як суму двох складових:
.
Перша складова прискорення
,
,
(1.11)
що визначає зміну швидкості за модулем, називається тангенціальним прискоренням.
Тангенціальне прискорення напрямлено по дотичній до траєкторії руху в напрямі швидкості, або проти неї залежно від того, збільшується чи зменшується швидкість.
Друга складова прискорення
,
(1.12)
що
визначає зміну швидкості тільки за
напрямом, називається нормальним, або
доцентровим прискоренням. Це прискорення
напрямлене перпендикулярно до вектора
швидкості. Справді, при
у рівнобедреному трикутнику
кут
,
тому кут
,
а отже,
.
Вектор нормального прискорення завжди
напрямлений по радіусу до центра.
Щоб
обчислити модуль нормального прискорення,
треба знайти
.
Для цього скористаємось рівністю
відношень відповідних сторін подібних
трикутників
і
,
а саме:
;
;
(1.13)
Знаючи тангенціальне і нормальне прискорення, можна знайти модуль і напрям повного прискорення руху в заданій точці траєкторії (рис. 1.2 б), а саме:
,
.
(1.14)
Тангенціальне і нормальне прискорення можуть бути ознаками різних рухів, наприклад:
1.
– рівнозмінний рух;
2.
– рівномірний криволінійний рух;
3.
– рівномірний рух по колу і т.д.
