Траектория.

Траектория I Траекто́рия (от позднелат. trajectorius - относящийся к перемещению)

непрерывная линия, которую описывает точка при своём движении. Если Т. - прямая линия, движение точки называется прямолинейным, в противном случае - криволинейным. Вид Т. свободной материальной точки зависит от действующих на точку сил, начальных условий движения и от того, по отношению к какой системе отсчёта движение рассматривается; для несвободной точки вид Т. зависит ещё от наложенных связей (см. Связи механические).

Например, по отношению к Земле (если пренебречь её суточным вращением) Т. свободной материальной точки, отпущенной без начальной скорости и движущейся под действием силы тяжести, будет прямая линия (вертикаль), а если точке сообщить начальную скорость υ 0 , не направленную вдоль вертикали, то при отсутствии сопротивления воздуха её Т. будет парабола (рис. 1 ).

Т. точки, движущейся в центральном поле тяготения (См. Тяготение), в зависимости от величины начальной скорости может быть эллипс, парабола или гипербола (в частных случаях - прямая линия или окружность). Так, в поле тяготения Земли, если считать его центральным и пренебречь сопротивлением среды, Т. точки, получившей вблизи поверхности Земли начальную скорость υ 0 , направленную горизонтально (рис. 2 ), будет: окружность, когда км/сек (первая космическая скорость); эллипс, когда км/сек (вторая космическая скорость) и гипербола, когда R - радиус Земли, g - ускорение силы тяготения вблизи земной поверхности, а движение рассматривается по отношению к осям, перемещающимся вместе с центром Земли поступательно относительно звёзд; для тела (например, спутника) всё сказанное относится к Т. его центра тяжести. Если же направление υ 0 не будет ни горизонтальным, ни вертикальным, то при

Пример несвободной точки - небольшой груз, подвешенный на нити (см. Маятник). Если нить отклонить от вертикали и отпустить без начальной скорости, то Т. груза будет дугой окружности, а если при этом грузу сообщить начальную скорость, не лежащую в плоскости отклонения нити, то Т. груза могут быть кривые довольно сложного вида, лежащие на поверхности сферы (сферический маятник), но в частном случае это может быть окружность, лежащая в горизонтальной плоскости (конический маятник).

Т. точек твёрдого тела зависят от закона движения тела. При поступательном движении тела Т. всех его точек одинаковы, а во всех других случаях движения эти Т. будут вообще разными для разных точек тела. Например, у колеса автомобиля на прямолинейном участке пути Т. точки обода колеса по отношению к шоссе будет циклоида, а Т. центра колеса - прямая линия. По отношению же к кузову автомобиля Т. точки обода будет окружность, а центр колеса - неподвижен.

Определение Т. имеет важное значение как при теоретических исследованиях, так и при решении многих практических задач.

С. М. Тарг.

II Траекто́рия III Траекто́рия

во внешней баллистике, линия движения в пространстве центра массы снаряда (ракеты) с момента вылета из канала ствола огнестрельного оружия (направляющей или ствола пусковой установки) и потери с ним механической связи. Форма Т. определяется притяжением и вращением Земли, аэродинамическими и реактивными силами, действующими на снаряд (ракету) в полёте. Снаряды движутся по баллистической Т. (рис. 1 ). Т. с малыми углами падения (до 20°) называются отлогими, а стрельба - настильной; Т. с углами падения свыше 20° называются крутыми, а стрельба - навесной. При стрельбе по воздушным целям Т. снарядов зенитных орудий, в отличие от Т. снарядов наземной артиллерии, имеет только восходящую ветвь; у Т. реактивных и активно-реактивных снарядов (мин) - один или несколько так называемых активных участков, на которых работают реактивные двигатели, и несколько пассивных участков. Когда общая протяжённость активных участков по сравнению со всей Т. невелика, то Т. незначительно отличается от баллистической; если управление полётом применяется на всём протяжении Т. или на значительной её части, то она существенно отличается от баллистической.

На активном участке Т. баллистических ракете придаются заданные скорость и угол наклона к горизонту, которые она должна иметь в конце этого участка. Пассивный участок полёта баллистической ракеты состоит из 2 отрезков - внеатмосферного, на котором ракета (её головная часть) движется как свободно брошенное тело, и атмосферного, на котором она стабилизируется и подходит к цели головной частью вперёд.

Лит.: Дмитриевский А. А., Внешняя баллистика, М., 1972; его же, Физические основы полета ракет, М., 1962 (совм. с Кошевым В. Н. ).

А. А. Латухин.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Траектория" в других словарях:

- (от лат. trajicere перебрасывать, пересекать), в геометрии: прямая или кривая линия, которую описывает движущееся или падающее тело, напр., ядро, по выходе из пушки. 2) кривая, пересекающая систему однородных кривых под одним и тем же углом.… … Словарь иностранных слов русского языка

- (Trajectory) путь движения точки или тела, напр. траектория полета снаряда. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 Траектория непрерывная линия, описываемая в пространстве движуще … Морской словарь

- (от ср. век. лат. trajectorius относящийся к перемещению) линия, которую описывает точка при своем движении. Если траектория прямая линия, то движение называется прямолинейным, в противном случае криволинейным …

- (от позднелат. trajectorius относящийся к перемещению), непрерывная линия, к рую описывает точка при своём движении. Если Т. прямая линия, движение точки наз. прямолинейным, в противном случае криволинейным. Вид Т. свободной материальной точки… … Физическая энциклопедия

Орбита, путь, прохождение; глиссада, линия Словарь русских синонимов. траектория сущ., кол во синонимов: 3 глиссада (3) … Словарь синонимов

траектория - — траектория Кривая, которую описывает точка при своем движении относительно выбранной системы координат. В экономико математические исследования этот термин вошел из аппарата… … Справочник технического переводчика

Траектория - (на средневековой латыни trajectorius относящийся к перемещению), линия, которую описывает материальная точка (или центр инерции твердого тела) при своем движении. Если траектория прямая линия, то движение называется прямолинейным, в противном… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Во внешней баллистике линия движения центра массы снаряда (ракеты, пули) от точки вылета из канала ствола огнестрельного оружия (направляющей или ствола пусковой установки) до точки встречи с целью (точки разрыва) … Большой Энциклопедический словарь

ТРАЕКТОРИЯ, путь летящего тела. Если бы на Земле отсутствовало сопротивление воздуха, все траектории представляли бы собой отрезки ЭЛЛИПСА, один из фокусов которого находится в центре Земли. Поскольку радиус Земли составляет 6400 км, что, как… … Научно-технический энциклопедический словарь

ТРАЕКТОРИЯ

(от позднелат. trajectorius - относящийся к перемещению), непрерывная линия, к-рую описывает точка при своём движении. Если Т.- прямая линия, точки наз. прямолинейным, в противном случае - криволинейным. Вид Т. свободной материальной точки зависит от действующих на точку сил, нач. условий движения и от того, по отношению к какой системе отсчёта движение рассматривается; для несвободной точки вид Т. зависит ещё от наложенных связей (см. СВЯЗИ МЕХАНИЧЕСКИЕ).

Рис. 1. Параболич. траектория.

Напр., по отношению к Земле (если пренебречь её суточным вращением) Т. свободной материальной точки, отпущенной без нач. скорости и движущейся под действием силы тяжести, будет прямая линия (вертикаль), а если точке сообщить нач. v0, не направленную вдоль вертикали, то при отсутствии сопротивления воздуха её Т. будет парабола (рис. 1).

Т. точки, движущейся в центр. поле тяготения, в зависимости от величины нач. скорости может быть эллипс, парабола или гипербола (в частных случаях - прямая линия или окружность). Так, в поле тяготения Земли, если считать его центральным и пренебречь сопротивлением среды, Т. точки, получившей вблизи поверхности Земли нач. скорость v0, направленную горизонтально (рис._2), будет: окружность, когда v0=?(gR)»7,9 км/с (первая косм. скорость); эллипс, когда?(2gR) >v0>?(gR); парабола, когда v0=?(2gR)»11,2 км/с (вторая косм. скорость); гипербола, когда v0>?(2gR). Здесь R - радиус Земли, g - силы тяготения вблизи земной поверхности, а движение рассматривается по отношению к осям, перемещающимся вместе с центром Земли поступательно относительно звёзд; для тела (напр., спутника) всё сказанное относится к Т. его центра тяжести. Если же направление v0 не будет ни горизонтальным, ни вертикальным, то при v0(2gR) Т. точки будет представлять собой дугу эллипса, пересекающую Земли; таковы Т. центра тяжести баллистич. ракет.

Пример несвободной точки - небольшой груз, подвешенный на нити (см. МАЯТНИК). Если нить отклонить от вертикали и отпустить без нач. скорости, то Т. груза будет дугой окружности, а если при этом грузу сообщить нач. скорость, не лежащую в плоскости отклонения нити, то Т. груза могут быть кривые довольно сложного вида, лежащие на поверхности сферы (сферич. ), но в частном случае это может быть окружность, лежащая в горизонтальной плоскости (конич. маятник).

Т. точек тв. тела зависят от закона движения тела. При поступат. движении тела Т. всех его точек одинаковы, а во всех других случаях движения эти Т. будут вообще разными для разных точек тела. Напр., у колеса автомобиля на прямолинейном участке пути Т. точки обода колеса по отношению к шоссе будет циклоида, а Т. центра колеса - прямая линия. По отношению же к кузову автомобиля Т. точки обода будет окружность, а центр колеса - неподвижен. Определение Т. имеет важное значение как при теор. исследованиях, так и при решении многих практич. задач.

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . . 1983 .

ТРАЕКТОРИЯ

Кривая, к-рую описывает радиус-вектор r (t)координат тела с течением времени (рис. 1). Понятие "Т." тесно связано с понятиями "материальная точка" и "уравнения движения". Говорить о траектории имеет смысл лишь в том случае, когда размеры тела малы по сравнению с расстоянием, к-рое оно проходит.

Для определения ф-ции r (t) (а следовательно, и Т.) необходимо решить дифференц. ур-ние 2-го порядка, вытекающее из 2-го закона Ньютона:

где т - масса тела, F - действующая на него .

Ур-ние (1) при заданной F определяет целое семейство траекторий. Выбор к.-л. одной из них осуществляется фиксацией нач. условий, роль к-рых обычно выполняют нач. координаты и скорость тела, Напр., подставляя в качестве силы F в ф-лу (1) силу всемирного тяготения,

где G - гравитационная постоянная, -масса Солнца, т - масса его спутника, n - единичный вектор, направленный от спутника к Солнцу, r - расстояние между ними, и, решая ур-ние (1), можно доказать [И. Ньютон (I. Newton, 1684)], что Т. движения спутника в зависимости от нач. условий является эллипсом, параболой или гиперболой.

В классич. механике, если известны координаты и скорость тела в к.-л. момент времени, то Т. движения [ф-ция r (t)]однозначно определяется законом движения (1).

Представление о Т. движения тела как о нек-рой гладкой кривой, к-рую можно найти, решив ур-ние (1), является чисто макроскопическим. Для микроскопич. тел это не так. Из основных постулатов термодинамики следует, что независимо от природы действующих на тело сил среднеквадратичная флуктуация скорости тела, находящегося в термодинамическом равновесии с внеш. средой, описывается ф-лой

где k- постоянная Больцмана, т - масса тела, Т- абс. темп-pa среды, в к-рую тело помещено.

Величина при комнатной темп-ре пренебрежимо мала для макроскопич. тел, но для отд. молекул она составляет уже неск. сотен м в секунду. Поэтому Т. движения микроскопич. тела будет представлять собой хаотическую ломаную линию, подобную изображённой на рис. 2. Это почти везде непрерывная и почти нигде недифференцируемая кривая. Она называется б р о у н о вс к о й т р а е к т о р и е й (см. Броуновское движение )и обладает тем свойством, что если увеличить любой её фрагмент, то мы увидим такую же кривую. Т., изображённая на рис. 2, является случайной, и имеет смысл говорить лишь о статистич. ансамбле таких Т. Полностью определёнными являются только средние по ансамблю величины. Напр., квадрат ср. смещения частицы <x 2 > как ф-ция времени t есть [А. Эйнштейн (A. Einstein), 1905]:

где D - коэф. диффузии.

Броуновское движение является заданным, если известна ф-ция

к-рая имеет смысл того, что частица, находящаяся в точке r 1 в момент времени t 1 в момент t 2 окажется в точке r 2 .

В простейшем случае одномерного броуновского движения ф-ция (5) имеет вид

Т. о., для микроскопии, тел Т. является статистич. понятием.

Для квантовых частиц понятие "Т." утрачивает смысл. Количеств. критерием квантового движения является условие

здесь 2p/h - постоянная Планка, т - масса частицы (напр., электрона), u-характерная скорость, L - характерный размер области движения частицы.

"Увидеть" Т. движения квантовой частицы (напр., электрона в атоме) непосредственно при помощи микроскопа или попытаться "поймать" Т. к.-л. способом невозможно. С формальной точки зрения причина состоит в том, что в квантовой частице неприменимо понятие материальной точки, можно говорить лишь об амплитуде вероятности обнаружить частицу в том или ином состоянии. Как показал-Кйзенберг (1927), физ. причина такого положения вещей заключается в том, что, пытаясь измерить положение частицы, мы неизбежно воздействуем на неё, причём это воздействие не может быть меньше постоянной Планка. Следовательно, в квантовом случае [когда выполнено условие (7)] представление о Т. как о геом. месте точек, в каждой из к-рых частицы имеют определ. скорость, физически бессмысленно.

Несмотря на это, в 1947 Т. "вернулась" в квантовую механику благодаря остроумному формализму интегрирования по траекториям, разработанному Р. Фейнманом (R. P. Feynman), и, т. о., легла в основу его интерпретации квантовой механики (см. Фейнмана представление в квантовой механике).

Оказывается, амплитуда перехода квантовой частицы из точки r 1 ,t 1 в точку r 2 ,t 2 можно записать в виде

Здесь S [x (t )] -действие классической частицы, движущейся по Т. х (t ), символ означает, что необходимо просуммировать величину по всем Т., соединяющим точки r 1 ,t 1 и r 2 ,t 2 . При этом величина имеет смысл амплитуды вероятности того, что частица попадёт из точки r 1 ,t 1 в точку r 2 ,t 2 , двигаясь по Т. x (t). Т. хода G квантовой частицы (рис. 3).

Ур-ние (1) определяет экстремальную Т. в интеграле (8), к-рую называют классич. Т.

В классич. механике, к-рая описывает поведение мак-роскопич. тел, Т. движения является непосредственно измеряемой величиной. Для микроскопич. тел имеет смысл говорить лишь о статистическом ансамбле траекторий, поскольку для таких тел существенную роль играют термодинамич. . И, наконец, в квантовой области представление о Т. как.о наблюдаемой физ. величине не имеет смысла. И всё же Т., уже как матсм. абстракция, образует основу очень красивого и плодотворного описания природы на квантовом уровне.

Лит.: Винер Н., Нелинейные задачи в теории случайных процессов, пер. с англ., М., 1961; Фейнман Р. Ф., Хибс А. Р., Квантовая и интегралы по траекториям, пер. с англ., М., 1968; Сивухин Д. В., Общий курс физики, 3 изд., т. 1. Механика, М., 1989. М. А. Савров.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Синонимы :

Смотреть что такое "ТРАЕКТОРИЯ" в других словарях:

Траекто́рия материа́льной то́чки - линия в пространстве , по которой движется тело, представляющая собой множество точек, в которых находилась, находится или будет находиться материальная точка при своём перемещении в пространстве относительно выбранной системы отсчёта . Существенно, что понятие о траектории имеет физический смысл даже при отсутствии какого-либо по ней движения.

Кроме того, и при наличии движущегося по ней объекта, траектория, изображаемая в наперёд заданной системе пространственных координат, сама по себе не может ничего определённого сказать в отношении причин его движения, пока не проведён анализ конфигурации поля действующих на него сил в той же координатной системе.

Не менее существенно, что форма траектории неотрывно связана и зависит от конкретной системы отсчёта, в которой описывается движение.

Возможно наблюдение траектории при неподвижности объекта, но при движении системы отсчёта. Так, звёздное небо может послужить хорошей моделью инерциальной и неподвижной системы отсчёта. Однако при длительной экспозиции эти звёзды представляются движущимися по круговым траекториям (Рис. 3)

Возможен и случай, когда тело явно движется, но траектория в проекции на плоскость наблюдения является одной неподвижной точкой. Это, например, случай летящей прямо в глаз наблюдателя пули или уходящего от него поезда.

Траектория свободной материальной точки

В соответствии с Первым законом Ньютона, иногда называемым законом инерции , должна существовать такая система, в которой свободное тело сохраняет (как вектор) свою скорость. Такая система отсчёта называется инерциальной . Траекторией такого движения является прямая линия , а само движение называется равномерным и прямолинейным.

Описание траектории

Принято описывать траекторию материальной точки в наперёд заданной системе координат при помощи радиус-вектора , направление, длина и начальная точка которого зависят от времени . При этом кривая, описываемая концом радиус-вектора в пространстве может быть представлена в виде сопряжённых дуг различной кривизны , находящихся в общем случае в пересекающихся плоскостях . При этом кривизна каждой дуги определяется её радиусом кривизны , направленном к дуге из мгновенного центра поворота, находящегося в той же плоскости, что и сама дуга. При том прямая линия рассматривается как предельный случай кривой , радиус кривизны которой может считаться равным бесконечности . И потому траектория в общем случае может быть представлена как совокупность сопряжённых дуг.

Существенно, что форма траектории зависит от системы отсчёта , избранной для описания движения материальной точки. Так, прямолинейное равномерно ускоряющееся движение в одной инерциальной системе в общем случае будет параболическим в другой равномерно двигающейся инерциальной системе отсчёта.

Участок траектории материальной точки в физике обычно называют путём и обычно обозначают символом S - от итал. s postamento (перемещение).

Связь со скоростью и нормальным ускорением

Скорость материальной точки всегда направлена по касательной к дуге, используемой для описания траектории точки. При этом существует связь между величиной скорости v {\displaystyle v} , нормальным ускорением a n {\displaystyle a_{n}} и радиусом кривизны траектории R {\displaystyle R} в данной точке:

a n = v 2 R {\displaystyle a_{n}={\frac {v^{2}}{R}}}

Однако, не всякое движение с известной скоростью по кривой известного радиуса и найденное по приведённой выше формуле нормальное (центростремительное) ускорение связано с проявлением силы, направленной по нормали к траектории (центростремительной силы). Так, найденное по данным фотографии суточного движения светил ускорение любой из звёзд отнюдь не говорит о существовании вызывающей это ускорение силы, притягивающей её к Полярной звезде, как центру вращения.

Связь с уравнениями динамики

Представление траектории как следа, оставляемого движением материальной точки, связывает чисто кинематическое понятие о траектории, как геометрической проблеме, с динамикой движения материальной точки, то есть проблемой определения причин её движения. Фактически, решение уравнений Ньютона (при наличии полного набора исходных данных) даёт траекторию материальной точки.

В общем случае тело не бывает свободно в своём движении, и на его положение, а в некоторых случаях и на скорость , налагаются ограничения - связи . Если связи накладывают ограничения только на координаты тела, то такие связи называются геометрическими. Если же они распространяются и на скорости, то они называются кинематическими. Если уравнение связи может быть проинтегрировано во времени, то такая связь называется голономной .

Действие связей на систему движущихся тел описывается силами, называемыми реакциями связей. В таком случае сила, входящая в левую часть уравнения (1), есть векторная сумма активных (внешних) сил и реакции связей.

Существенно, что в случае голономных связей становится возможным описать движение механических систем в обобщённых координатах , входящих в уравнения Лагранжа . Число этих уравнений зависит лишь от числа степеней свободы системы и не зависит от количества входящих в систему тел, положение которых необходимо определять для полного описания движения.

Если же связи, действующие в системе идеальны, то есть в них не происходит переход энергии движения в другие виды энергии, то при решении уравнений Лагранжа автоматически исключаются все неизвестные реакции связей.

Наконец, если действующие силы принадлежат к классу потенциальных , то при соответствующем обобщении понятий становится возможным использования уравнений Лагранжа не только в механике, но и других областях физики.

Действующие на материальную точку силы в этом понимании однозначно определяют форму траектории её движения (при известных начальных условиях). Обратное утверждение в общем случае не справедливо, поскольку одна и та же траектория может иметь место при различных комбинациях активных сил и реакций связи.

Движение под действием внешних сил в неинерциальной системе отсчёта

Если система отсчёта неинерциальна (то есть движется с неким ускорением относительно инерциальной системы отсчёта), то в ней также возможно использование выражения (1), однако в левой части необходимо учесть так называемые силы инерции (в том числе, центробежную силу и силу Кориолиса , связанные с вращением неинерциальной системы отсчёта) .

Иллюстрация

Как пример, рассмотрим работника театра, передвигающегося в колосниковом пространстве над сценой по отношению к зданию театра равномерно и прямолинейно и несущего над вращающейся сценой дырявое ведро с краской. Он будет оставлять на ней след от падающей краски в форме раскручивающейся спирали (если движется от центра вращения сцены) и закручивающейся - в противоположном случае. В это время его коллега, отвечающий за чистоту вращающейся сцены и на ней находящийся, будет поэтому вынужден нести под первым недырявое ведро, постоянно находясь под первым. И его движение по отношению к зданию также будет равномерным и прямолинейным , хотя по отношению к сцене, которая является неинерциальной системой , его движение будет искривлённым и неравномерным . Более того, для того, чтобы противодействовать сносу в направлении вращения, он должен мышечным усилием преодолевать действие силы Кориолиса , которое не испытывает его верхний коллега над сценой, хотя траектории обоих в инерциальной системе здания театра будут представлять прямые линии .

Но можно себе представить, что задачей рассматривающихся здесь коллег является именно нанесение прямой линии на вращающейся сцене . В этом случае нижний должен потребовать от верхнего движения по кривой, являющейся зеркальным отражением следа от ранее пролитой краски,оставаясь при этом над любой точкой прямой, проходящей в избранном радиальном направлении. Следовательно, прямолинейное движение в неинерциальной системе отсчёта не будет являться таковым для наблюдателя в инерциальной системе .

Более того, равномерное движение тела в одной системе, может быть неравномерным в другой. Так, две капли краски, упавшие в разные моменты времени из дырявого ведра, как в собственной системе отсчёта, так и в системе неподвижного по отношению к зданию нижнего коллеги (на уже прекратившей вращение сцене), будут двигаться по прямой (к центру Земли). Различие будет заключаться в том, что для нижнего наблюдателя это движение будет ускоренным , а для верхнего его коллеги, если он, оступившись, будет падать , двигаясь вместе с любой из капель, расстояние между каплями будет увеличиваться пропорционально первой степени времени, то есть взаимное движение капель и их наблюдателя в его ускоренной системе координат будет равномерным со скоростью v {\displaystyle v} , определяемой задержкой Δ t {\displaystyle \Delta t} между моментами падения капель:

v = g Δ t {\displaystyle v=g\Delta t} .

Где g {\displaystyle g} - ускорение свободного падения .

Поэтому форма траектории и скорость движения по ней тела, рассматриваемая в некоторой системе отсчёта, о которой заранее ничего не известно , не даёт однозначного представления о силах, действующих на тело. Решить вопрос о том, является ли эта система в достаточной степени инерциальной, можно лишь на основе анализа причин возникновения действующих сил.

Таким образом, в неинерциальной системе:

Кривизна траектории и/или непостоянство скорости являются недостаточным аргументом в пользу утверждения о том, что на движущееся по ней тело действуют внешние силы, которые в конечном случае могут быть объяснены гравитационными или электромагнитными полями.
Прямолинейность траектории является недостаточным аргументом в пользу утверждения о том, что на движущееся по ней тело не действуют никакие силы.

Траектория (от позднелатинского trajectories – относящийся к перемещению) – это линия, по которой движется тело (материальная точка). Траектория движения может быть прямой (тело перемещается в одном направлении) и криволинейной, то есть механическое движение может быть прямолинейным и криволинейным.

Траектория прямолинейного движения в данной системе координат – это прямая линия. Например, можно считать, что траектория движения автомобиля по ровной дороге без поворотов является прямолинейной.

Криволинейное движение – это движение тел по окружности, эллипсу, параболе или гиперболе. Пример криволинейного движения – движение точки на колесе движущегося автомобиля или движение автомобиля в повороте.

Движение может быть сложным. Например, траектория движения тела в начале пути может быть прямолинейной, затем криволинейной. Например, автомобиль в начале пути движется по прямой дороге, а затем дорога начинает «петлять» и автомобиль начинает криволинейное движение.

Путь

Путь – это длина траектории. Путь является скалярной величиной и в международной системе единиц СИ измеряется в метрах (м). Расчёт пути выполняется во многих задачах по физике. Некоторые примеры будут рассмотрены далее в этом учебнике.

Вектор перемещения

Вектор перемещения (или просто перемещение ) – это направленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение тела с его последующим положением (рис. 1.1). Перемещение – величина векторная. Вектор перемещения направлен от начальной точки движения к конечной.

Модуль вектора перемещения (то есть длина отрезка, который соединяет начальную и конечную точки движения) может быть равен пройденному пути или быть меньше пройденного пути. Но никогда модуль вектора перемещения не может быть больше пройденного пути.

Модуль вектора перемещения равен пройденному пути, когда путь совпадает с траекторией (см. разделы и ), например, если из точки А в точку Б автомобиль перемещается по прямой дороге. Модуль вектора перемещения меньше пройденного пути, когда материальная точка движется по криволинейной траектории (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Вектор перемещения и пройденный путь.

На рис. 1.1:

Ещё пример. Если автомобиль проедет по кругу один раз, то получится, что точка начала движения совпадёт с точкой конца движения и тогда вектор перемещения будет равен нулю, а пройденный путь будет равен длине окружности. Таким образом, путь и перемещение – это два разных понятия .

Правило сложения векторов

Векторы перемещений складываются геометрически по правилу сложения векторов (правило треугольника или правило параллелограмма, см. рис. 1.2).

Рис. 1.2. Сложение векторов перемещений.

На рис 1.2 показаны правила сложения векторов S1 и S2:

а) Сложение по правилу треугольника
б) Сложение по правилу параллелограмма

Проекции вектора перемещения

При решении задач по физике часто используют проекции вектора перемещения на координатные оси. Проекции вектора перемещения на координатные оси могут быть выражены через разности координат его конца и начала. Например, если материальная точка переместилась из точки А в точку В, то при этом вектор перемещения (см.рис. 1.3).

Выберем ось ОХ так, чтобы вектор лежал с этой осью в одной плоскости. Опустим перпендикуляры из точек А и В (из начальной и конечной точек вектора перемещения) до пересечения с осью ОХ. Таким образом мы получим проекции точек А и В на ось Х. Обозначим проекции точек А и В соответственно А x и В x . Длина отрезка А x В x на оси ОХ – это и есть проекция вектора перемещения на ось ОХ, то есть

S x = A x B x

ВАЖНО!
Напоминаю для тех, кто не очень хорошо знает математику: не путайте вектор с проекцией вектора на какую-либо ось (например, S x). Вектор всегда обозначается буквой или несколькими буквами, над которыми находится стрелка. В некоторых электронных документах стрелку не ставят, так как это может вызвать затруднения при создании электронного документа. В таких случаях ориентируйтесь на содержание статьи, где рядом с буквой может быть написано слово «вектор» или каким-либо другим способом вам указывают на то, что это именно вектор, а не просто отрезок.

Рис. 1.3. Проекция вектора перемещения.

Проекция вектора перемещения на ось ОХ равна разности координат конца и начала вектора, то есть

S x = x – x 0

Аналогично определяются и записываются проекции вектора перемещения на оси OY и OZ:

S y = y – y 0 S z = z – z 0

Здесь x 0 , y 0 , z 0 — начальные координаты, или координаты начального положения тела (материальной точки); x, y, z — конечные координаты, или координаты последующего положения тела (материальной точки).

Проекция вектора перемещения считается положительной, если направление вектора и направление координатной оси совпадают (как на рис 1.3). Если направление вектора и направление координатной оси не совпадают (противоположны), то проекция вектора отрицательна (рис. 1.4).

Если вектор перемещения параллелен оси, то модуль его проекции равен модулю самого Вектора. Если вектор перемещения перпендикулярен оси, то модуль его проекции равен нулю (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Модули проекции вектора перемещения.

Разность между последующим и начальным значениями какой-нибудь величины называется изменением этой величины. То есть проекция вектора перемещения на координатную ось равна изменению соответствующей координаты. Например, для случая, когда тело перемещается перпендикулярно оси Х (рис. 1.4) получается, что относительно оси Х тело НЕ ПЕРЕМЕЩАЕТСЯ. То есть перемещение тела по оси Х равно нулю.

Рассмотрим пример движения тела на плоскости. Начальное положение тела – точка А с координатами х 0 и у 0 , то есть А(х 0 , у 0). Конечное положение тела – точка В с координатами х и у, то есть В(х, у). Найдём модуль перемещения тела.

Из точек А и В опустим перпендикуляры на оси координат ОХ и OY (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Движение тела на плоскости.

Определим проекции вектора перемещения на осях ОХ и OY:

S x = x – x 0 S y = y – y 0

На рис. 1.5 видно, что треугольник АВС – прямоугольный. Из этого следует, что при решении задачи может использоваться теорема Пифагора , с помощью которой можно найти модуль вектора перемещения, так как

АС = s x CB = s y

По теореме Пифагора

S 2 = S x 2 + S y 2

Откуда можно найти модуль вектора перемещения, то есть длину пути тела из точки А в точку В:

Ну и напоследок предлагаю вам закрепить полученные знания и рассчитать несколько примеров на ваше усмотрение. Для этого введите какие-либо цифры в поля координат и нажмите кнопку РАССЧИТАТЬ. Ваш браузер должен поддерживать выполнение сценариев (скриптов) JavaScript и выполнение сценариев должно быть разрешено в настройках вашего браузера, иначе расчет не будет выполнен. В вещественных числах целая и дробная части должны разделяться точкой, например, 10.5.

Изначально траектория - физико-математическое понятие, которое обозначает путь движения точки или физического тела. Сам термин происходит от латинского слова «trajectus», что означает «бросок» или «переброска». Впоследствии латинский термин поменял значение на «то, что относится к движению», а в остальных отраслях им стали обозначать линию перемещения в пространстве любого объекта, будь то артиллерийский снаряд или космический корабль.

Инструкция

Траектория - это линия в трехмерном пространстве. В математике она представляет собой множество точек, через которые прошел, проходит или пройдет некий материальный объект. Сама по себе эта линия указывает путь данного объекта. По ней нельзя узнать о том, почему объект начал двигаться или почему искривился его путь. Но соотношение между силами и параметрами объекта позволяют вычислить траекторию. При этом сам объект должен быть значительно меньше пройденного им пути. Только в этом случае его можно считать материальной точкой и говорить о траектории.
Линия движения объекта обязательно непрерывна. В математике и физике принято говорить о движении свободной или несвободной материальной точки. На первую действуют только силы. Несвободная точка находится под воздействием связей с другими точками, которые тоже влияют на ее движение и в конечном итоге на его след.
Для описания траектории той или иной материальной точки необходимо определить систему отсчета. Системы могут быть инерциальными и неинерциальными, и след от движения одного и того же объекта будет выглядеть по-разному.
Способом описания траектории является радиус-вектор. Его параметры зависят от времени. К данным, необходимым для описания траектории, относятся начальная точка радиус-вектора, его длина и направление. Конец радиус-вектора описывает в пространстве кривую, которая состоит из одной или нескольких дуг. Радиус каждой дуги чрезвычайно важен, поскольку он позволяет определить ускорение объекта в определенной точке. Это ускорение вычисляется как частное от деления квадрата нормальной скорости на радиус. То есть a=v2/R, где а - ускорение, v – нормальная скорость, а R- радиус дуги.
Реальный объект практически всегда находится под действием тех или иных сил, которые могут инициировать его движение, прекращать его или менять направление и скорость. Силы могут быть как внешними, так и внутренними. Например, при движении космического корабля на него действует сила притяжения Земли и других космических объектов, сила двигателя и еще множество факторов. Они и определяют траекторию полета.
Баллистическая траектория представляет собой свободное движение объекта под воздействием одной только силы тяжести. Таким объектом может быть снаряд, летательный аппарат, бомба и другие. В этом случае нет ни тяги, ни других сил, способных изменить траекторию. Этим видом движения занимается баллистика.
Можно провести несложный опыт, позволяющий увидеть, как меняется баллистическая траектория в зависимости от начального ускорения. Представьте себе, что вы сбрасываете камень с высокой башни. Если вы не сообщите камню начальную скорость, а просто отпустите его, движение данной материальной точки будет прямолинейным по вертикали. Если же вы бросите его в горизонтальном направлении, то под воздействием различных сил (в данном случае силы вашего броска и силы тяжести) траектория движения будет представлять собой параболу. В данном случае вращение Земли можно не учитывать.