Наука, занимающаяся изучением закономерностей механического движения и причин, вызвавших это движение, называется механикой.

Интересно, что попытки описать движения различных тел занимали умы не одного поколения философов и учёных. Так, например, считалось, что движение любого домашнего животного является простым. А вот падение предметов с некоторой высоты — это сложное движение. «Подобно тому, как утомлённый путник ускоряет шаги по мере приближения к дому, падающий камень начинает двигаться всё быстрее и быстрее, приближаясь к матери-земле», — говорили они.

Но бывали у них и гениальные озарения. Например, древнегреческий философ Аристарх Самосский первым предположил, что наше Солнце во много раз превосходит по объёму Землю. Как следствие, не Солнце должно обращаться вокруг Земли, а наоборот.

Основные законы механики были сформулированы в конце XVII — начале XVIII века великим английским учёным Исааком Ньютоном. И на протяжении нескольких веков законы механики Ньютона считались фундаментальными законами природы.

Именно поэтому на могиле великого учёного есть такие слова:

«Здесь покоится

Сэр Исаак Ньютон,

Который почти божественной силой своего ума

Впервые объяснил

С помощью своего математического метода

Движения и формы планет,

Пути комет, приливы и отливы океана».

Конечно же, с развитием физики оказалось, что не все явления можно объяснить, основываясь на представлениях и законах Ньютона. Так, например, у электромагнитных явлений абсолютно иная физическая природа. А во время движения тел со скоростями, близкими к скорости света, у них обнаруживаются свойства, о существовании которых Ньютон даже не подозревал.

Поэтому механику, основанную на законах Ньютона, часто называют классической механикой. Она позволяет описать движение окружающих нас тел, скорость которых намного меньше скорости света в вакууме.

Механика делится на два раздела: кинематику и динамику, которые отвечают на вопросы «Как движется тело?» и «Почему оно движется так, а не иначе?»

Изучение механики начинается с кинематики, так как её понятия лежат в основе всей классической физики.

Итак, кинематика — это раздел механики, который изучает способы описания движений и связь между величинами, характеризующими эти движения.

Описать движение — это значит указать способ определения его положения в пространстве в произвольный момент времени. Но как это сделать? Например, как описать движение облаков? Или движение корабля в океане?

Но физики — народ хитрый. Для описания таких движений ими были введены физические модели реальных тел. Самой простой такой моделью является материальная точка (ведь движение точки гораздо проще описать, чем движение всего тела). И действительно, когда мы говорим, что самолёт пролетел восемьсот (800) километров, никто же не будет спрашивать, какая именно часть самолёта преодолела такое расстояние. Хотя самолёт — это совсем не точка.

Таким образом, материальной точкой принято называть тело, размерами и формой которого в данных условиях можно пренебречь.

Обратите внимание на слова «в данных условиях». Они означают, что одно и то же тело при одних его движениях можно считать материальной точкой, при других — нет. Например, изучая движение планет вокруг Солнца, их можно считать материальными точками, несмотря на внушительные размеры некоторых из них. Однако это ничто по сравнению с теми расстояниями, которые они проходят по своим орбитам.

Но вот при рассмотрении задач, связанных с суточным вращением планеты, считать её материальной точкой нельзя, так как результат будет зависеть от размеров планеты, скорости движения её различных точек и так далее. Так, например, из-за суточного вращения Земли в Санкт-Петербурге полдень наступает примерно на 29 мин позднее, чем в Москве.

Поэтому запомните, что тело можно принять за материальную точку только в трёх случаях:

· когда оно движется поступательно (то есть когда отрезок прямой, соединяющий любые две точки тела, во время движения тела остаётся параллельным самому себе);

· когда размеры тела намного меньше того расстояния, которое оно проходит;

· когда размеры тела намного меньше расстояния до тела отсчёта.

Напомним, что телом отсчёта называется тело (или группа тел), принимаемое в данном случае за неподвижное, относительно которого рассматривается движение других тел.

Давайте для примера посмотрим, можно ли принять за материальную точку ракету при расчёте: а) максимальной высоты её подъёма; б) её давления на стартовую платформу?

Рассмотрим первый случай более подробно. Для этого проверим выполнение вышеназванных условий. Итак, согласно первому условию, тело должно двигаться поступательно. В нашем случае это условие не выполняется, так как о движении ракеты в условии задачи ничего не говорится.

А вот второе условие выполняется, так как размеры ракеты много меньше расстояния, которое она проходит для достижения максимальной высоты подъёма. Значит в примере а) ракету можно принять за материальную точку.

Теперь случай б). Чтобы ответить правильно на вопрос в этом случае, давайте вспомним, что давление, оказываемое ракетой, прямо пропорционально её силе тяжести и обратно пропорционально площади поперечного сечения опоры ракеты. То есть размерами ракеты в данном случае мы пренебречь не можем. Значит, ракету считать материальной точкой нельзя.

Чтобы определить положение точки относительно тела отсчёта, необходимо с последним связать систему координат. Но, чтобы рассчитать положение этой точки в любой момент времени, задать систему координат мало. Необходимо ещё и суметь измерить время. Всем вам известно, что время измеряется с помощью часов. Современные часы — это сложные устройства. Даже современные наручные механические часы могут измерить время с точностью до одной сотой секунды. А в 2015 году физики из США и Сингапура создали самые точные на сегодняшний день атомные часы в мире. Они могут ошибиться на одну секунду (страшно представить) за 15 миллиардов лет!

Для сравнения: возраст нашей Вселенной оценивается почти в 13,8 миллиарда лет. Такая высокая точность нужна, прежде всего, для физических исследований, космонавтики, геодезии и радиоастрономии. От точности измерения времени зависит точность, с которой мы сумеем рассчитать положение тела в какой-либо момент времени.