Твёрдое тело — модель тела, в которой расстояния между любыми его точками не меняются со временем.
Эту модель используют, когда размерами тела уже нельзя пренебречь, как в модели материальной точки, но изменением формы и размеров тела при движении можно пренебречь.
Поступательное движение
Поступательное движение твёрдого тела — движение, при котором любая прямая, соединяющая две точки тела, остаётся параллельной самой себе.
При таком движении тело переносится без поворота. Все его точки в один и тот же момент имеют одинаковые скорости и ускорения, а их траектории получаются друг из друга параллельным переносом. Поэтому движение всего тела можно описать по движению любой одной его точки.
Важно
Поступательное движение не обязано быть прямолинейным. Например, кабина колеса обозрения движется по окружности поступательно, если её ориентация относительно земли не меняется.
Вращательное движение
Вращательное движение твёрдого тела — движение, при котором точки тела описывают окружности, центры которых лежат на одной прямой — оси вращения.
Плоскости этих окружностей параллельны друг другу и перпендикулярны оси вращения. Точки на самой оси остаются неподвижными, а остальные движутся по окружностям разных радиусов.
За одно и то же время точка, расположенная дальше от оси, проходит больший путь. Поэтому при вращении линейная скорость относится к конкретной точке тела. Движение каждой такой точки можно рассматривать как движение материальной точки по окружности.
Как различать эти движения
- при поступательном движении ориентация тела не меняется, а любой отрезок внутри него остаётся параллелен своему прежнему положению;
- при вращательном движении тело поворачивается, а его точки движутся по окружностям вокруг общей оси.
Коротко
- Твёрдое тело — модель, в которой расстояния между точками тела постоянны.
- При поступательном движении тело переносится без поворота.
- При вращательном движении точки тела описывают окружности вокруг общей оси.
- При поступательном движении все точки движутся одинаково, а при вращении их линейное движение зависит от расстояния до оси.