Là một phần của bất kỳ khóa học giáo dục nào, việc nghiên cứu vật lý đều bắt đầu bằng cơ học. Không phải từ lý thuyết, không phải từ ứng dụng hay tính toán, mà từ cơ học cổ điển tốt. Cơ học này còn được gọi là cơ học Newton. Theo truyền thuyết, một nhà khoa học đang đi dạo trong vườn và nhìn thấy một quả táo rơi, và chính hiện tượng này đã thôi thúc ông khám phá ra định luật vạn vật hấp dẫn. Tất nhiên, định luật luôn tồn tại và Newton chỉ đưa ra cho nó một hình thức mà con người có thể hiểu được, nhưng công lao của ông là vô giá. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ không mô tả các định luật cơ học Newton càng chi tiết càng tốt, nhưng chúng tôi sẽ phác thảo các nguyên tắc cơ bản, kiến ​​thức cơ bản, định nghĩa và công thức mà bạn luôn có thể sử dụng.

Cơ học là một nhánh của vật lý, một ngành khoa học nghiên cứu chuyển động của các vật thể vật chất và sự tương tác giữa chúng.

Bản thân từ này có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp và được dịch là “nghệ thuật chế tạo máy móc”. Nhưng trước khi chế tạo ra máy móc, chúng ta vẫn giống như Mặt trăng, vậy nên hãy theo bước tổ tiên và nghiên cứu chuyển động của những viên đá ném theo một góc so với đường chân trời, và những quả táo rơi xuống đầu chúng ta từ độ cao h.

Tại sao việc nghiên cứu vật lý lại bắt đầu bằng cơ học? Bởi vì điều này là hoàn toàn tự nhiên, nên chúng ta không nên bắt đầu với trạng thái cân bằng nhiệt động sao?!

Cơ học là một trong những ngành khoa học lâu đời nhất và về mặt lịch sử, việc nghiên cứu vật lý bắt đầu chính xác từ nền tảng của cơ học. Được đặt trong khuôn khổ thời gian và không gian, trên thực tế, con người không thể bắt đầu bằng một thứ khác, dù họ có muốn bao nhiêu đi chăng nữa. Cơ thể chuyển động là điều đầu tiên chúng ta chú ý đến.

Chuyển động là gì?

Chuyển động cơ học là sự thay đổi vị trí của các vật trong không gian so với nhau theo thời gian.

Sau định nghĩa này, chúng ta khá tự nhiên đi đến khái niệm hệ quy chiếu. Thay đổi vị trí của các vật thể trong không gian so với nhau. Từ khóa ở đây: liên quan đến nhau . Xét cho cùng, một hành khách trên ô tô chuyển động so với người đứng bên đường với một tốc độ nhất định và đứng yên so với người hàng xóm ngồi cạnh mình và di chuyển với một tốc độ khác so với hành khách. trong chiếc xe đang vượt qua họ.

Đó là lý do tại sao, để đo thông số của các vật chuyển động một cách bình thường và không bị nhầm lẫn, chúng ta cần hệ quy chiếu - hệ quy chiếu, hệ tọa độ và đồng hồ được liên kết chặt chẽ với nhau. Ví dụ, trái đất chuyển động quanh mặt trời theo hệ quy chiếu nhật tâm. Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thực hiện hầu hết các phép đo của mình trong một hệ quy chiếu địa tâm gắn liền với Trái đất. Trái đất là một vật thể tham chiếu liên quan đến những gì ô tô, máy bay, con người và động vật di chuyển.

Cơ học, với tư cách là một khoa học, có nhiệm vụ riêng của nó. Nhiệm vụ của cơ học là biết vị trí của một vật trong không gian vào bất kỳ thời điểm nào. Nói cách khác, cơ học xây dựng một mô tả toán học về chuyển động và tìm ra mối liên hệ giữa đại lượng vật lý, đặc trưng cho nó.

Để tiến xa hơn, chúng ta cần khái niệm “ điểm vật chất " Họ nói rằng vật lý là một môn khoa học chính xác, nhưng các nhà vật lý biết phải thực hiện bao nhiêu phép tính gần đúng và giả định để có thể thống nhất về độ chính xác này. Chưa ai từng nhìn thấy hoặc ngửi thấy một điểm vật chất khí lý tưởng, nhưng chúng tồn tại! Đơn giản là họ dễ sống hơn nhiều.

Điểm vật chất là một vật thể có kích thước và hình dạng có thể bị bỏ qua trong bài toán này.

Các phần của cơ học cổ điển

Cơ học bao gồm một số phần

• Động học
• Động lực học
• Tĩnh học

Động học từ quan điểm vật lý, nó nghiên cứu chính xác cách cơ thể chuyển động. Nói cách khác, phần này đề cập đến các đặc tính định lượng của chuyển động. Tìm vận tốc, đường đi - các bài toán động học điển hình

Động lực học giải quyết câu hỏi tại sao nó lại di chuyển như vậy. Đó là, nó xem xét các lực tác động lên cơ thể.

Tĩnh học nghiên cứu sự cân bằng của các vật thể dưới tác dụng của các lực, tức là trả lời câu hỏi: tại sao vật đó không rơi chút nào?

Giới hạn khả năng ứng dụng của cơ học cổ điển.

Cơ học cổ điển không còn tự nhận mình là một ngành khoa học giải thích được mọi thứ (vào đầu thế kỷ trước mọi thứ hoàn toàn khác) và có khuôn khổ ứng dụng rõ ràng. Nói chung, các định luật của cơ học cổ điển có giá trị trong thế giới mà chúng ta quen thuộc về kích thước (thế giới vĩ mô). Chúng ngừng hoạt động trong trường hợp thế giới hạt, khi cơ học lượng tử thay thế cơ học cổ điển. Ngoài ra, cơ học cổ điển không áp dụng được cho các trường hợp chuyển động của các vật thể xảy ra với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Trong những trường hợp như vậy, hiệu ứng tương đối tính trở nên rõ rệt. Nói một cách đại khái, trong khuôn khổ cơ học lượng tử và cơ học tương đối tính, cơ học cổ điển là trương hợp đặc biệt, khi kích thước cơ thể lớn và tốc độ thấp. Bạn có thể tìm hiểu thêm về nó từ bài viết của chúng tôi.

Nói chung, các hiệu ứng lượng tử và tương đối không bao giờ mất đi; chúng cũng xảy ra trong quá trình chuyển động thông thường của các vật thể vĩ mô với tốc độ thấp hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng. Một điều nữa là tác động của những hiệu ứng này quá nhỏ nên không vượt quá những phép đo chính xác nhất. Cơ học cổ điển do đó sẽ không bao giờ mất đi tầm quan trọng cơ bản của nó.

Chúng ta sẽ tiếp tục nghiên cứu nền tảng vật lý của cơ học trong các bài viết sau. Vì hiểu biết tốt hơn Bạn luôn có thể nhờ đến thợ máy, người sẽ làm sáng tỏ điểm tối của nhiệm vụ phức tạp nhất.

Động học của một điểm.

1. Đối tượng cơ học lý thuyết. Trừu tượng cơ bản.

Cơ học lý thuyết - là môn khoa học nghiên cứu các quy luật chung về chuyển động cơ học và tương tác cơ học của các vật thể vật chất

Chuyển động cơ họclà sự chuyển động của một vật thể trong mối quan hệ với một vật thể khác, xảy ra trong không gian và thời gian.

Tương tác cơ học là sự tương tác của các vật thể làm thay đổi bản chất chuyển động cơ học của chúng.

Tĩnh học là một nhánh của cơ học lý thuyết trong đó nghiên cứu các phương pháp biến đổi hệ lực thành hệ tương đương và thiết lập các điều kiện cân bằng lực tác dụng lên vật rắn.

Động học - là một nhánh của cơ học lý thuyết nghiên cứu sự chuyển động của các vật thể vật chất trong không gian theo quan điểm hình học, bất kể lực tác dụng lên chúng.

Động lực học là một nhánh của cơ học nghiên cứu chuyển động của các vật thể trong không gian tùy thuộc vào các lực tác dụng lên chúng.

Đối tượng nghiên cứu của cơ học lý thuyết:

điểm vật chất,

hệ thống điểm vật chất,

Thân thể hoàn toàn rắn chắc.

Không gian tuyệt đối và thời gian tuyệt đối độc lập với nhau. Không gian tuyệt đối - không gian Euclide ba chiều, đồng nhất, bất động. Thời gian tuyệt đối - chảy từ quá khứ đến tương lai một cách liên tục, nó đồng nhất, như nhau ở mọi điểm trong không gian và không phụ thuộc vào sự chuyển động của vật chất.

2. Môn động học.

Động học - đây là một nhánh của cơ học trong đó các tính chất hình học của chuyển động của vật thể được nghiên cứu mà không tính đến quán tính (tức là khối lượng) và các lực tác dụng lên chúng

Để xác định vị trí của một vật thể (hoặc điểm) chuyển động với vật thể mà chuyển động của vật thể này đang được nghiên cứu, một số hệ tọa độ được liên kết chặt chẽ, cùng với vật thể đó tạo thành hệ thống tài liệu tham khảo.

Nhiệm vụ chính của động học là biết định luật chuyển động của một vật (điểm) nhất định, xác định tất cả các đại lượng động học đặc trưng cho chuyển động của nó (tốc độ và gia tốc).

3. Phương pháp xác định chuyển động của điểm

· Cách tự nhiên

Nó nên được biết:

Quỹ đạo của điểm;

Nguồn gốc và hướng dẫn tham khảo;

Định luật chuyển động của một điểm dọc theo một quỹ đạo nhất định có dạng (1.1)

· Phương pháp tọa độ

Phương trình (1.2) là phương trình chuyển động của điểm M.

Phương trình quỹ đạo của điểm M có thể thu được bằng cách loại bỏ tham số thời gian « t » từ phương trình (1.2)

· Phương pháp vectơ

(1.3) Mối quan hệ giữa phương pháp tọa độ và vectơ xác định chuyển động của một điểm (1.4)

Mối quan hệ giữa tọa độ và phương pháp tự nhiên xác định chuyển động của một điểm

Xác định quỹ đạo của điểm bằng cách loại bỏ thời gian khỏi phương trình (1.2);

-- tìm định luật chuyển động của một điểm dọc theo quỹ đạo (sử dụng biểu thức tính vi phân của cung)

Sau khi tích phân, ta thu được định luật chuyển động của một điểm dọc theo một quỹ đạo nhất định:

Mối liên hệ giữa phương pháp tọa độ và vectơ xác định chuyển động của một điểm được xác định theo phương trình (1.4)

4. Xác định vận tốc của một điểm bằng phương pháp vectơ xác định chuyển động.

Hãy để một lúc nào đótvị trí của điểm được xác định bởi vectơ bán kính và tại thời điểmt 1 – vectơ bán kính, sau đó trong một khoảng thời gian điểm sẽ di chuyển.

(1.5) tốc độ điểm trung bình, hướng của vectơ trùng với hướng của vectơ

Tốc độ của một điểm tại một thời điểm nhất định

Để đạt được tốc độ của một điểm tại một thời điểm nhất định, cần phải vượt qua giới hạn

(1.6)

(1.7)

Vectơ vận tốc của một điểm tại một thời điểm nhất định bằng đạo hàm bậc nhất của vectơ bán kính theo thời gian và hướng tiếp tuyến với quỹ đạo tại một điểm cho trước.

(đơn vị¾ m/s, km/h)

Vectơ gia tốc trung bình có cùng hướng với vectơΔ v , nghĩa là hướng tới độ lõm của quỹ đạo.

Vectơ gia tốc của một điểm tại một thời điểm nhất định bằng đạo hàm bậc nhất của vectơ vận tốc hoặc đạo hàm bậc hai của vectơ bán kính của điểm theo thời gian.

(đơn vị - )

Vectơ có vị trí như thế nào so với quỹ đạo của điểm?

Tại chuyển động thẳng vectơ hướng dọc theo đường thẳng mà điểm di chuyển. Nếu quỹ đạo của một điểm là một đường cong phẳng thì vectơ gia tốc cũng như vectơ ср nằm trong mặt phẳng của đường cong này và hướng về mặt lõm của nó. Nếu quỹ đạo không phải là đường cong phẳng thì vectơ ср sẽ hướng về mặt lõm của quỹ đạo và sẽ nằm trong mặt phẳng đi qua tiếp tuyến với quỹ đạo tại điểmM và một đường thẳng song song với tiếp tuyến tại một điểm liền kềM 1 . TRONG giới hạn khi điểmM 1 phấn đấu cho M mặt phẳng này chiếm vị trí của cái gọi là mặt phẳng thẩm thấu. Do đó, trong trường hợp tổng quát, vectơ gia tốc nằm trong mặt phẳng tiếp xúc và hướng về mặt lõm của đường cong.

Cơ học lý thuyết

Cơ học lý thuyết- khoa học về các định luật chung về chuyển động cơ học và tương tác của các vật thể vật chất. Về cơ bản là một trong những nhánh của vật lý, cơ học lý thuyết, sau khi tiếp thu nền tảng cơ bản dưới dạng tiên đề, đã trở thành một ngành khoa học độc lập và được phát triển rộng rãi nhờ những ứng dụng sâu rộng và quan trọng của nó trong khoa học tự nhiên và công nghệ, trong đó nó là một trong những ngành nền móng.

Trong vật lý

Trong vật lý, cơ học lý thuyết đề cập đến một phần của vật lý lý thuyết nghiên cứu các phương pháp toán học của cơ học cổ điển thay thế cho việc áp dụng trực tiếp các định luật Newton (còn gọi là cơ học phân tích). Đặc biệt, điều này bao gồm các phương pháp dựa trên phương trình Lagrange, nguyên lý tác dụng tối thiểu, phương trình Hamilton-Jacobi, v.v.

Cần nhấn mạnh rằng cơ học phân tích có thể không tương đối tính - sau đó nó giao nhau với cơ học cổ điển hoặc tương đối tính. Các nguyên lý của cơ học phân tích rất tổng quát nên việc tương đối hóa nó không gây ra những khó khăn cơ bản.

Trong khoa học kỹ thuật

Trong khoa học kỹ thuật, cơ học lý thuyết có nghĩa là một tập hợp các phương pháp vật lý và toán học nhằm hỗ trợ việc tính toán các cơ chế, kết cấu, máy bay, v.v. (gọi là cơ học ứng dụng hoặc cơ học kỹ thuật). Hầu như luôn luôn những phương pháp này bắt nguồn từ các định luật cơ học cổ điển - chủ yếu từ các định luật Newton, mặc dù trong một số vấn đề kỹ thuật, một số phương pháp của cơ học phân tích rất hữu ích.

Cơ học lý thuyết dựa trên một số định luật nhất định được thiết lập trong cơ học thực nghiệm, được chấp nhận như những chân lý không cần chứng minh - những tiên đề. Những tiên đề này thay thế những chân lý quy nạp của cơ học thực nghiệm. Cơ học lý thuyết có tính chất suy diễn. Dựa vào các tiên đề như một nền tảng đã được biết đến và kiểm nghiệm bằng thực tiễn và thực nghiệm, cơ học lý thuyết xây dựng nên dinh thự của nó với sự trợ giúp của các suy luận toán học chặt chẽ.

Cơ học lý thuyết, với tư cách là một bộ phận của khoa học tự nhiên sử dụng các phương pháp toán học, không xử lý bản thân các vật thể vật chất thực tế mà xử lý các mô hình của chúng. Những mô hình như vậy được nghiên cứu trong cơ học lý thuyết là

• điểm vật chất và hệ thống điểm vật chất,
• các vật thể cứng tuyệt đối và các hệ thống của vật rắn,
• môi trường liên tục có thể biến dạng.

Thông thường trong cơ học lý thuyết có những phần như

Các phương pháp được sử dụng rộng rãi trong cơ học lý thuyết

• phép tính vector và hình học vi phân,

Cơ học lý thuyết là cơ sở cho việc hình thành nhiều lĩnh vực ứng dụng có sự phát triển vượt bậc. Đây là cơ học của chất lỏng và chất khí, cơ học của sự biến dạng chất rắn, lý thuyết dao động, động lực học và sức bền của máy móc, con quay hồi chuyển, lý thuyết điều khiển, lý thuyết bay, dẫn đường, v.v.

Trong giáo dục đại học

Cơ học lý thuyết là một trong những ngành cơ khí cơ bản tại các khoa cơ học và toán học của các trường đại học Nga. Trong môn học này, các kỳ thi Olympic dành cho sinh viên toàn Nga, quốc gia và khu vực hàng năm cũng như Olympic quốc tế được tổ chức.

Ghi chú

Văn học

Xem thêm

• Trình mô phỏng cơ học lý thuyết - sổ tay được lập trình về cơ học lý thuyết.

Quỹ Wikimedia. 2010.

Xem “Cơ học lý thuyết” là gì trong các từ điển khác:

cơ học lý thuyết- cơ học tổng quát Một phần cơ học đặt ra các định luật và nguyên tắc cơ bản của khoa học và nghiên cứu này Thuộc tính chung chuyển động của hệ thống cơ khí. [Bộ sưu tập các thuật ngữ được đề xuất. Số 102. Cơ học lý thuyết. Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô. Ủy ban… …

Xem từ điển CƠ KHÍ từ ngoại quốc, được bao gồm trong tiếng Nga. Pavlenkov F., 1907 ...

cơ học lý thuyết- cơ học lý thuyết; cơ học tổng quát Một nhánh của cơ học đặt ra các định luật và nguyên tắc cơ bản của khoa học này và nghiên cứu các tính chất chung về chuyển động của các hệ cơ học... Từ điển giải thích thuật ngữ bách khoa

Danh từ, số từ đồng nghĩa: 1 cơ học lý thuyết (2) Từ điển từ đồng nghĩa ASIS. V.N. Trishin. 2013… Từ điển đồng nghĩa

cơ học lý thuyết- teorinė mechanika statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. cơ học lý thuyết. lý thuyết Cơ học, f rus. cơ học lý thuyết, f pranc. mécaniquerationnelle, f … Fizikos terminų žodynas

- (tiếng Hy Lạp mechanike, từ máy móc). Một phần của toán học ứng dụng, khoa học về lực và lực cản trong máy móc; nghệ thuật tác dụng lực vào hành động và chế tạo máy móc. Từ điển các từ nước ngoài có trong tiếng Nga. Chudinov A.N., 1910. CƠ KHÍ... ... Từ điển từ nước ngoài của tiếng Nga

Cơ học- Khoa học về chuyển động cơ học và tương tác cơ học của các vật thể vật chất. [Bộ sưu tập các thuật ngữ được đề xuất. Số 102. Cơ học lý thuyết. Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô. Ủy ban thuật ngữ khoa học và kỹ thuật. 1984] Đề tài lý thuyết... ... Hướng dẫn dịch thuật kỹ thuật

- (từ tiếng Hy Lạp mechanike (techne) khoa học về máy móc, nghệ thuật chế tạo máy móc), khoa học về cơ khí. vật chất chuyển động. vật thể và các tương tác xảy ra giữa chúng. Dưới cơ khí chuyển động được hiểu là sự thay đổi vị trí tương đối của vật thể theo thời gian hoặc ... Bách khoa toàn thư vật lý

Vật lý lý thuyết là một nhánh của vật lý trong đó sự sáng tạo được sử dụng như cách hiểu chính về tự nhiên. mô hình toán học hiện tượng và so sánh chúng với thực tế. Trong công thức này, vật lý lý thuyết là... ... Wikipedia

- (tiếng Hy Lạp: μηχανική nghệ thuật chế tạo máy móc) lĩnh vực vật lý nghiên cứu chuyển động của các vật thể vật chất và sự tương tác giữa chúng. Chuyển động trong cơ học là sự thay đổi theo thời gian của vị trí tương đối của các vật thể hoặc các bộ phận của chúng trong không gian... ... Wikipedia