2.tétel. Mechanika. A vonatkoztatási rendszer. Az egyenes vonalú egyenletes mozgás

1. Mechanika:
a. A mechanika a fizika egyik résztudománya. Tárgya a testek mozgásának, mozgásállapot-változásnak, egyensúlyának, valamint alakváltozásának a vizsgálata.
b. A sokféle felosztása közül a klasszikus
  • kinematika (mozgástan) Fő feladat a mozgás leírása: Milyen a mozgás?
  • dinamika (erőtan) Fő feladat a mozgásállapot-változás okának, mértékének, módjának a leírása: Miért olyan a mozgás?
  • statika Fő feladat az egyensúlyok vizsgálata. Megáll, eldől, összedől, merre dől?
(Más felosztási szempontok is lehetnek. Pl. pontszerű testek, kiterjedt testek, folyadékok és gázok mechanikája stb.)
c. Megjegyzés:
·         A fizika tudományában a mechanika alapozó jellegű, mert szemléletmódjában, bevezetett fizikai mennyiségeivel a többi fizikai résztudomány alapjának is tekinthető.
·         A fenti jellemzés a mechanikának egy szűkebb értelmezése Pl. a munka, energia stb fizikai mennyiségeket is mechanikában szokták bevezetni.
2. A mozgás jellemzése:
a. A mozgás hely- és/vagy helyzetváltoztatás. Térbeli és időbeli jelenség.
b. A mozgás jellemzése:
Időbeliséget jellemző fizikai mennyiség az idő. Jele t, mértékegysége 1 s, 1 min, 1 h (Fogalma: események időpontját, időtartamát jellemző fizikai mennyiség. Tehát két kérdésre ad választ: Mikor és mennyi ideig?)
Megjegyzés:
Az idő fogalmát régóta próbálják megfelelő módon definiálni, lényegében sikertelenül. Ne definíciókat alkossunk, hanem adjuk meg a definiálandó létező mérési módszerét! Ezzel nagyon sok felesleges vitát és félreértést el lehet kerülni.
Térbeliséget jellemző fogalmak, fizikai mennyiségek:
·         Pálya azon pontok összessége, amelyen a test mozgása során volt.
·         Út a pályának valamennyi idő alatt befutott része Jele s, mértékegysége. 1m, 1km
·         Elmozdulás az út kezdőpontjából a végpontjába mutató vektor Jele Dr, mértékegysége 1 m.
A mozgás jellemzésére olyan fizikai mennyiségeket kell bevezetnünk, amelyekben a mozgás térbeliségét és időbeliségét jellemző fizikai mennyiségek vannak.
  • Sebesség jele v, fogalma a megtett útnak és a megtételhez szükséges időnek a hányadosával meghatározott fizikai mennyiség. ( Képlet formájában v=Ds/Dt) , mértékegysége 1 m/s, 1 km/h
    Vigyázat: a sebesség vektormennyiség, mindig van iránya. Az egyenletes sebesség tehát irányra is vonatkozik!
Megjegyzés
A sebesség iránya a pillanatnyi elmozdulásvektoréval egyezik meg.
Átlagsebesség a megtett út és a megtételhez szükséges idő hányadosa. Jele v és fölötte egy vonal!
Pillanatnyi sebesség az adott időpillanatban mért átlagsebesség. Jele vt
  • Gyorsulás jele a, fogalma: a sebességváltozásnak és a sebességváltozáshoz szükséges időnek a hányadosával meghatározott fizikai mennyiség. (Képlet formájában a=Dv/Dt)mértékegysége: 1 m/s2
    Vigyázat: a gyorsulás is vektormennyiség, mindig van iránya.
Megjegyzés
A mozgást ismerjük, ha bármilyen időpontban meg tudjuk határozni a mozgó test helyét, sebességét, gyorsulását Az adott mozgás vizsgálatánál az s-t, v-t és a-t függvénykapcsolatot kell megadnunk
3. Vonatkoztatási rendszer
a. A mozgás viszonylagos. A viszonylagosság megértésére vegyünk egy példát. Az autóban ülő ember az autóhoz képest nyugalomban van, míg az út melletti fákhoz viszonyítva mozog. Elvileg tehát mindig meg kellene adnunk, hogy a vizsgált mozgást mihez viszonyítjuk. Gyakorlatilag azonban, ha nem adjuk meg a vonatkoztatási testet (példánkban az autót), akkor mindig a Földhöz viszonyítjuk a vizsgált mozgást
b. Vonatkoztatási rendszernek a vonatkoztatási testhez rögzített koordináta-rendszert hívjuk. A mozgás mennyiségi jellemezéshez szükséges a koordináta-rendszer vonatkoztatási testhez történő rögzítése. A vonatkoztatási test csak merev test lehet! Minden koordinátarendszerben 3 adat kell a hely (pont) definiálásához. A Descartes-féle derékszögű koordinátarendszerben a 3 adat: (x,y,z). Ahogy jobb és bal kezünket nem tudjuk fedésbe hozni, egymás tükörképei, a Descartes-féle derékszögű koordinátarendszer lehet jobb vagy bal sodrású.
Megjegyzések:
  • A merev test fogalma: két tetszés szerint választott pontjának távolsága állandó. Nem merev test a folyadékkal teljesen feltöltött és ledugózott palack!
  • Általában mindegy, hogy milyen koordinátarendszert választunk a fizikai jelenség leírására. A számítás és a valóság összhangban lesz. Egyetlen kivételt ismerünk, a gyenge kölcsönhatások leírására csak a jobbsodrású koordinátarendszer alkalmas, a balsodrású előjelhibával adja meg az eredményt.
b. Egyéb koordinátarendszerek
Egyes esetekben a Descartes-féle derékszögű koordinátarendszerben való számítás kényelmetlen. Használhatunk például polárkoordináta-rendszert is. A földrajzban hosszúság, szélesség és alapszint fölötti magassággal adjuk meg a helyet.
4. Egyenes vonalú egyenletes mozgás jellemzése
a. Pályája egyenes
b. A test által megtett út és a megtételéhez szükséges idő között egyenes arányosság van Ds~Dt
c. Sebessége állandó, így vt =  v = állandó
d. Gyorsulása nulla a = 0
e. Bemutatására alkalmas a Mikula-cső (vízzel feltöltött üvegcső, benne légbuborék).