Знайомство з класичним курсом фізики починається з найпростіших законів, яким підкоряються тіла, що переміщаються в просторі. Прямолінійний рівномірний рух - найпростіший вид зміни положення тіла в просторі. Такий рух вивчається в розділі кінематики.
противник Аристотеля
Галілео Галілей залишився в анналах історії як один з найбільших дослідників природи часів пізнього Ренесансу. Він наважився перевіряти затвердження Аристотеля - нечувана на ті часи єресь, бо вчення цього древнього мудреця всіляко підтримувалося церквою. Ідея рівномірного руху тоді не розглядалася - тіло чи рухалося «взагалі», або знаходилося в стані спокою. Знадобилися численні експерименти для того, щоб пояснити природу руху.
досліди Галілея
Класичним прикладом вивчення руху став відомий експеримент Галілея, коли він кидав різні тяжкості зі знаменитою Пізанської вежі. В результаті цього експерименту з`ясувалося, що тіла, які мають різні маси, падають з однаковою швидкістю. Пізніше експеримент був продовжений в горизонтальній площині. Галілей запропонував, що будь-яку кулю при відсутності тертя буде котитися з гірки як завгодно довго, при цьому швидкість його так само буде постійною. Так, експериментальним шляхом, Галілео Галілей відкрив сутність першого закону Ньютона - при відсутності зовнішніх сил тіло рухається по прямій з постійною швидкістю. Прямолінійний рівномірний рух - це і є вираз першого закону Ньютона. В даний час різними видами руху займається особливий розділ фізики - кінематика. У перекладі з грецької дане найменування означає - вчення про рух.
Нова система координат
Аналіз рівномірного руху був би неможливий без створення нового принципу визначення положення тіл в просторі. Зараз ми називаємо його прямолінійною системою координат. Автор її - відомий філософ і математик Рене Декарт, завдяки якому ми і називаємо систему координат декартовой. У такому вигляді дуже зручно представляти траєкторію руху тіла в тривимірному просторі і аналізувати таке переміщення, прив`язуючи положення тіла до координатним осях. Прямокутна система координат являє собою дві пересічні під прямим кутом прямі. Точка перетину зазвичай приймається за початок відліку вимірювань. Горизонтальна лінія називається абсцисою, вертикальна - ординатою. Оскільки ми живемо в тривимірному просторі, до площинний системі координат додають і третю вісь - її називають аплікатою.
визначення швидкості
Швидкість неможливо виміряти так, як ми вимірюємо відстань і час. Це завжди величина похідна, яка і записується у вигляді співвідношення. У найзагальнішому вигляді швидкість тіла дорівнює відношенню пройденого відстані до витраченому часу. Формула для швидкості має вигляд:
Де d- пройдену відстань, t - витрачений час.
Напрямок безпосередньо впливає на векторне позначення швидкості (величина, яка визначає час - скаляр, тобто воно напряму не має).
Подання про рівномірний рух
При рівномірному русі тіло рухається вздовж прямої з постійною швидкістю. Оскільки швидкість - це векторна величина, її властивості описуються не тільки числом, але і напрямком. Тому краще уточнити визначення, і сказати, що швидкість рівномірного прямолінійного руху постійна по модулю і напрямку. Щоб описати прямолінійний рівномірний рух, досить використовувати декартову систему координат. В цьому випадку вісь ОХ буде зручно прокласти по напрямку руху.
При рівномірному переміщенні положення тіла в будь-який період часу визначається всього однієї координатою - x. Напрямок руху тіла і вектор швидкості спрямовані уздовж осі х, при цьому початок руху можна відраховувати від нульової позначки. Тому аналіз переміщення тіла в просторі можна звести до проекції траєкторії руху на вісь ОХ і описувати процес алгебраїчними рівняннями.
Рівномірний рух з точки зору алгебри
Припустимо, що в певний момент часу t1 тіло знаходиться в точці на осі абсцис, координата якої дорівнює х1. Черга деякої проміжок часу тіло змінить своє місце розташування. Тепер координата його знаходження в просторі буде дорівнювати х2. Звівши розгляд руху тіла до його розташуванню на осі координат, можна визначити, що шлях, який пройшло тіло, дорівнює різниці початкової і кінцевої координати. Алгебраїчно це записується так: Delta-s = x2 - x1.
величина переміщення
Величина, що визначає переміщення тіла, може бути і більше, і менше 0. Все залежить від того, в який бік щодо напрямку осі переміщалася тіло. У фізиці можна записувати і негативне, і позитивне переміщення - все залежить від обраної для відліку системи координат. Прямолінійний рівномірний рух відбувається зі швидкістю, яка описується формулою:
При цьому швидкість буде більше нуля, якщо тіло рухається вздовж осі ОХ від нуля- менше нуля - якщо рух йде справа наліво по осі абсцис.
Така коротка запис відображає суть рівномірного прямолінійного руху - якими б не були зміни координат, швидкість переміщення залишається незмінною.
Галілею ми зобов`язані ще однієї геніальної думкою. Аналізуючи рух тіла в світі, позбавленому тертя, вчений наполягав на тому, що сили і швидкості не залежать один від одного. Ця блискуча здогадка знайшла своє відображення у всіх існуючих законах руху. Так, сили, що діють на тіло, не залежать одне від одного і діють так, ніби інших не існує. Застосовуючи це правило до аналізу руху тіла, Галілей зрозумів, що всю механіку процесу можна розкласти на сили, які складаються геометрично (векторно) або лінійно, якщо діють в одному напрямку. Приблизно це буде виглядати так:
При чому ж тут рівномірний рух? Все дуже просто. На дуже малих проміжках шляху швидкість руху тіла цілком можна вважати рівномірним, з прямолінійною траєкторією. Таким чином, виникла блискуча можливість вивчити більш складні рухи, зводячи їх до простих. Так вивчалося рівномірний рух тіла по колу.
Рівномірний рух по колу
рівномірний і рівноприскореного руху можна спостерігати в переміщенні планет по своїх орбітах. В цьому випадку планета бере участь в двох видах незалежних рухів: вона рівномірно переміщається по окружності і в той же час равноускоренно рухається до Сонця. Таке складне рух пояснюється силами, що діють на планети. Схема впливу планетарних сил представлена на малюнку:
Як можна бачити, планета бере участь в двох різних рухах. Геометричне складання швидкостей і дасть нам швидкість планети на даному відрізку шляху.
Рівномірний рух - основа для подальшого вивчення кінематики і фізики в цілому. Це елементарний процес, до якого можна звести набагато складніші переміщення. Але у фізиці, як і всюди, велике починається з малого, і запускаючи в безповітряний простір космічні кораблі, керуючи підводними човнами, слід не забувати про тих найпростіших дослідах, на яких Галілей колись перевіряв свої відкриття.
