Механика без формул

Часть I
Механика без формул

Есть многое в природе, друг Горацио,

Что и не снилось нашим мудрецам.

В. Шекспир. Гамлет

Пространство и время

Нет пространства и времени, а есть их единство.

Альберт Эйнштейн

Общие понятия

Это неважно, что медленно ты идёшь…

главное – не останавливайся.

Конфуций, древнекитайский философ

Механика является первым разделом для начинающих изучать физику.

Объектом изучения механики является любой предмет окружающий нас. Это может быть автомобиль, стоящий на парковке или мчащийся по автобану. Самолет, футбольный мяч, летящий в окно. Камень, лежащий на обочине дороги, или брошенный рукой человека камень, планета Земля или любая другая планета солнечной системы и даже само Солнце. А также другие звезды Вселенной, мерцающие в ночном небе. Ученые-физики называют эти предметы – телами.

Поэтому механика изучает механическое движение тел. А что такое механическое движение?

Механическое движение это перемещение тел в пространстве за какой-то промежуток времени. Перемещение – это когда тело в начальный момент времени находится в одном месте пространства, а через какой – то промежуток – в другом.

Пространство и время – это фундаментальные, то есть основные физические понятия. По словам крупнейшего физика 20 столетия Альберта Эйнштейна (1879–1955 г.) нет пространства и времени, а есть их единство.

Все, что мы видим, существует в пространстве и во времени.

Рисунок 1. Альберт Эйнштейн (1879–1955 г.).

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3e/Einstein_1921_by_F_Schmutzer_-_restoration.jpg/548px-Einstein_1921_by_F_Schmutzer_-_restoration.jpg

Пространство это то, где мы и все, что нас окружает находиться. Например, мы находимся в пространстве комнаты, дома, Земли, Солнечной системы, Вселенной. Пространство имеет три измерения: длину, ширину и высоту. В пространстве мы можем перемещаться из пункта А в пункт Б и наоборот. То есть, если есть движение в какую- либо сторону, то существует движение обратное ему, то есть назад. В этом смысле пространство обратимо. В механике разделяют такие два важных понятия как движение и покой. В чем их различие и схожесть?

Понятия движение и покой относительны. Относительность их в том, что одно и то же тело можно считать одновременно движущимся и покоящимся. Как такое может быть? Дело в том, что при рассмотрении движения тела всегда надо выбрать систему отчета. Система отсчета – это когда выбирается, какое либо тело или место в пространстве относительно которого рассматривается состояние данного тела. Пример. Мы все живем на планете Земле. Поэтому можно выбрать Землю за начало системы отсчета. Если рассматривать движение Земли вокруг Солнца, за начало системы отсчета надо выбрать Солнце. Если рассматривать движение Солнца в Мировом пространстве, то мы выбираем за начало системы отсчета удаленную звезду (любую). То есть принцип здесь такой, что за начало системы отсчета выбирается объект, который мы думаем, что не движется. Так, например, находясь на Земле, мы не ощущаем ее движение по орбите вокруг Солнца без специально поставленных опытов и у нас создается впечатление, что она находится в покое. Когда мы рассматриваем движение Земли вокруг Солнца, то считаем, что оно покоится. При рассмотрении движения Солнца в космическом пространстве, мы считаем, что удаленные звезды покоятся. Кстати, звезды тоже как наше Солнце движутся в Мировом пространстве с огромными скоростями. Но ввиду огромных расстояний до них они нам кажутся неподвижными. Так Солнце относительно других звезд движется со скоростью 30 километров в секунду. Поскольку абсолютно неподвижных объектов в природе не существует, то выбирая систему отсчета, мы считаем ее условно неподвижной. На практике часто словосочетание условно неподвижная система отсчета заменяют на неподвижную систему отсчета. Но всегда надо помнить, что абсолютно неподвижной системы не существует. Состояние покоя и движения относительны. Абсолютного покоя нет и не может быть. Физики считают, абсолютного покоя принципиально быть не может. В этом случае во Вселенной наступил так называемая «тепловая смерть». Об этом феномене мы с вами поговорим во второй части «Физика без формул. Теплота и молекулярная физика».

В обыденной практике за начало системы отсчета выбирается начальный пункт движения. Например, вы вышли из дома и пошли в школу. За начало отсчета выбирается ваш дом, а путь измеряется расстоянием которое вы прошли от дома до данного места в этот момент времени.

Если мы были в пункте А в момент времени t₁ (читается тэ один), то приходим в пункт Б в момент времени t₂ (читается тэ два) (рисунок 1). Причем момент времени t₂ больше чем момент времени t₁. Возвращаемся в пункт А в момент времени t₃. Момент времени t₃ больше, чем момент времени t₂. Время идет только в одну сторону, то есть следующий момент времени больше предыдущего. На языке физиков это можно сказать, что пространство обратимо, то есть если есть движение в какую либо сторону, то существует и движение обратно. А вот время необратимо! Так что, ребята, берегите время и не тратьте его попусту. Как сказал известный советский писатель Николай Островский (1904–1936 г.) «…чтобы не было мучительно больно за бесцельно прожитые годы».

Рисунок 1

Механика традиционно подразделяется на три раздела: статику, кинематику и динамику.