Біз өміріміздің алғашқы сәттерінен бастап-ақ қоршаған ортамызда болып жатқан көптеген өзгерістерге назар саламыз. Сондай өзгерістердің бірі — қозғалыс. Мысалы, жүзіп келе жатқан кемені, көкке көтерілген ғарыш зымыранын немесе аспандағы қалықтаған бұлтты, ұшып бара жатқан ұшақты, жүріп келе жатқан адамдар мен мәшинелерді (сурет 1) көреміз. Бұл жағдайлардың бәрінде де дене қозғалды дейміз. Үлкен денелердің де, кіші денелердің де қозғалысын табиғи құбылыс ретінде физиканың механика деп аталатын арнайы бөлімі зерттейді.
1-сурет. Жаяу адамның және мәшіненің қозғалыс траекториясы
Барлық қозғалыстар үшін дененің басқа денемен салыстырғанда орнын өзгертуі — олардың кеңістіктегі орналасу күйін анықтайтын ортақ белгісі болып табылады. Сондықтан қозғалыстағы дененің орналасу күйін анықтау үшін арнайы таңдап алынған басқа дене санақ денесі деп аталады.
Дене кей жағдайда тұтас қозғалмай, оның жеке бөліктері ғана қозғалуы мүмкін. Мысалы, денешынықтыру кезінде тік тұрған адамның қолы немесе аяғы денесіне қатысты бастапқы орнын өзгертеді. Сол сияқты серіппе созылғанда не сығылғанда оның бөліктерінің орны салыстырмалы өзгереді. Мұндай жағдайда да дене қозғалыс жасады дейді, өйткені оның бір бөлігі екінші бөлігіне қарағанда орнын өзгертеді.
Жоғарыдағы мысалдардан мынадай маңызды тұжырым жасауға болады: механикалық қозғалыс деп дененің уақыт өтуіне қарай басқа денемен салыстырғанда орнының өзгеруін айтады.
Көп жағдайда механикалық қозғалыстарды сипаттағанда қозғалыстағы денені материялық нүкте ретінде қарастырады. Расында да, дененің өлшемдері оның өзінен екінші бір денеге дейінгі арақашықтықпен салыстырғанда тым аз болса, дененің әрбір нүктесінің қозғалысын сипаттаудың қажеті жоқ. Ондай жағдайда дененің өз өлшемдерін ескермей-ақ, оны нүкте ретінде қарастырып сипаттау жеткілікті. Мысалы, Күнді айнала қозғалатын планеталарды қарастырғанда оларды материялық нүкте деп есептеуге болады. Расында да, Жердің радиусы оның Күнге дейінгі қашықтығымен салыстырғанда 2400 есе кіші. Міне, осындай жағдайларда Жердің бір ғана нүктесінің, яғни центрінің қозғалысын қарастыру жеткілікті. Алайда, бұл нүктенің материялық екенін және оның өлшемдері болмайтынын ұмытпаған жөн.
Сонымен материялық нүкте деп қарастырып отырған жағдайында өлшемдерін елемеуге болатын денені айтады.
Шындығына келгенде, табиғатта ешқандай материялық нүкте жоқ. Ол нақты дененің ойдан алынған қарапайым нүктелік моделі болып табылады. Бұл ұғым механикадағы кейбір мәселелерді шешудің ыңғайлы әрі оңтайлы болуы үшін ғана енгізілген.
Денелерді материялық нүкте деп қарастыруға болмайтын жағдайлар да жиі кездеседі. Мысалы, кемені құрастырып жасағанда немесе жағаға келіп тоқтағанда оны материялық нүкте деп есептей алмаймыз. Сол сияқты күн мен түннің белгілі бір аймақтардағы ауысуын қарастыра отырып, Жерді нүкте деп қабылдай алмаймыз.
Қандай да бір қозғалысты қарастырғанда қайсыбір денені материялық нүкте ретінде қарастыру не қарастырмау, сол дененің өзіне емес, көбінесе қозғалыстың сипатына, жауабы ізделініп отырған сұрақтың мазмұнына байланысты. Егер дененің нақты өлшемі мәселені шешуде басты рөл атқармайтын болса, онда оны материялық нүкте деп қарастыруға болады. Ал дененің салыстырмалы өлшемі қарастырылып отырған қозғалыста маңызды орын алатын болса, онда денені материялық нүкте ретінде қарастыруға болмайды.
Механикалық қозғалысты сипаттау үшін қозғалыс траекториясы, орын ауыстыру және жүрілген жол деген ұғымдар да енгізіледі. Жолаушы Алматыдан Астанаға дейін ұшақпен немесе пойызбен сапар шегеді делік. Бұл кезде ұшақ пен пойыздың шын мәнінде қозғалған сызықтары бір-бірімен беттеспейді. Олай дейтініміз, ұшақ біршама түзу сызық сызып, төтесінен ұшатын болса, пойыз жол-жөнекей басқа қалаларға да тоқтап, қисық сызық бойымен қозғалады. Тағы бір мысал ретінде А нүктесінен В нүктесіне қарай қозғалған жаяу адам мен автомобиль қозғалыстарын қарастырайық. Олар санақ денесі — Жермен салыстырғанда В нүктесіне әртүрлі сызықтардың бойымен қозғала отырып жетеді.
[alert]Дененің немесе материялық нүктенің санақ денесімен салыстырғандағы қозғалысы кезінде сызық түрінде қалдырған ізі қозғалыс траекториясы деп аталады.[/alert]
Механикалық қозғалыстың салыстырмалылығы
Қозғалатын дененің траекториясын «қозғалмайды» деп алынатын әртүрлі санақ денелеріне қатысты қарастырсақ, онда траекторияның түрліше өзгеретінін байқаймыз. Оған былайша көз жеткізуге болады. Мысалы, V жылдамдықпен бірқалыпты қозғалып келе жатқан вагонның жоғарғы сөресінен доп құлап түсті делік (сурет 2.5). Вагондағы адам доптың тік төмен түскенін көреді (сурет 2.5, а). Ал Жерде тұрған бақылаушы доптың қозғалыс траекториясының қисықсызықты екенін байқайды (сурет 2.5, ә). Бірінші жағдайда санақ денесі ретінде алынған вагонмен салыстырғанда доптың траекториясы тік (вертикаль) сызық болса, санақ денесі — Жермен салыстыратын екінші жағдайда парабола қисығы болып табылады.
Траекторияның мұндай өзгерістері аспан денелерінің қозғалыстарынан да байқалады. Мысалы, Айдың Жермен салыстырғандағы траекториясы дөңгелек болып келеді (сурет 2.6, а), ал Күнмен салыстырғанда оның қозғалыс траекториясы Жер орбитасы бойымен созылған серіппеге ұқсайды (сурет 2.6, ә). Міне, мұның бәрі механикалық қозғалыстың салыстырмалылығының нақты көріністері болып табылады.
Вагон мен Жерге, Жер мен Күнге қатысты траекториялар
Әртүрлі санақ жүйелеріндегі механикалық қозғалыстарды зерттей келіп, Галилей қозғалыстардың салыстырмалылығы туралы тұңғыш рет ғылыми қорытынды жасады. Оның жасаған қорытындысы ғылым тарихына Галилейдің салыстырмалық принципі деген атаумен енді.
Галилей тынық суда тыныш тұрған немесе бірқалыпты қозғалып келе жатқан кемелердің жабық каютасында отырып, механикалық қозғалысқа байланысты талай тәжірибелер жасады. Алайда, ол қаншама тәжірибелер жасаса да, кеменің тыныш тұрғанын немесе бірқалыпты қозғалып келе жатқанын анықтай алмады.
Сөйтіп ол мынадай дұрыс қорытынды жасады: механикалық қозғалысқа байланысты барлық құбылыстар, кеменің тыныштықта тұрғанына немесе бірқалыпты түзусызықты қозғалысына қарамастан, барлық жағдайларда бірдей өтеді.
Галилейдің салыстырмалық принципі деп аталып кеткен бұл қорытынды жалпы түрде былайша түйінделеді: бір-біріне қатысты түзусызықты бірқалыпты қозғалатын барлық санақ жүйелерінде кез келген дененің қозғалысы бірдей өтеді.
Галилей ішінде отырып тәжірибелер жасаған тыныштықта тұрған кеме бір бөлек санақ жүйесі болып табылады. Ал, түзусызықты бірқалыпты қозғалатын кеме басқа бір санақ жүйесі болып табылады. Алайда, екі санақ жүйесінде де механикалық құбылыстар абсолютті бірдей өтеді. Сондықтан механикалық құбылыстар бірдей өтетін мұндай санақ жүйелерін физикада инерциялық санақ жүйелері деп аталады. Ендеше, бір-біріне қатысты бірқалыпты түзусызықты қозғалатын барлық санақ жүйелері инерциялық санақ жүйелері болып табылады.
[alert style=»info»]Тақырып бойынша сұрақтар[/alert]
[accordion][accordion_block title=»1-сұрақ»]Механикалық қозғалыстарды физиканың қандай бөлімі зерттейді?[/accordion_block][accordion_block title=»2-сұрақ»]Механикалық қозғалыс дегеніміз не?[/accordion_block] [accordion_block title=»3-сұрақ»]Қозғалыс траекториясы дегеніміз не?[/accordion_block][/accordion]
[alert style=»success»]Пайдаланылған әдебиеттер: Башарұлы Р. — Физика: Жалпы білім беретін мектептің 7-сыныбына арналған оқулық. — Алматы: Атамұра, 2017. — 208 бет.[/alert]