O que é uma trajetória em física brevemente. Trajetória

Lições objetivas:

  • Educacional:
    – introduzir os conceitos de “deslocamento”, “caminho”, “trajetória”.
  • Em desenvolvimento:
    - desenvolve pensamento lógico, fala física correta, use terminologia apropriada.
  • Educacional:
    - alcançar atividade de alta classe, atenção, concentração dos alunos.

Equipamento:

  • garrafa plástica com capacidade de 0,33 l com água e balança;
  • frasco médico com capacidade de 10 ml (ou um pequeno tubo de ensaio) com balança.

Demos: Determinação do deslocamento e distância percorrida.

Durante as aulas

1. Atualização do conhecimento.

- Olá, pessoal! Sentar-se! Hoje continuaremos a estudar o tópico “Leis de interação e movimento dos corpos” e na lição conheceremos três novos conceitos (termos) relacionados a este tópico. Enquanto isso, verifique sua lição de casa para esta lição.

2. Verificando a lição de casa.

Antes da aula, um aluno escreve a solução para a seguinte tarefa de casa no quadro:

Dois alunos recebem cartões com tarefas individuais que são realizados durante a verificação oral ex. 1 página 9 do livro.

1. Qual sistema de coordenadas (unidimensional, bidimensional, tridimensional) deve ser escolhido para determinar a posição dos corpos:

a) um trator no campo;
b) um helicóptero no céu;
c) treinar
G) peça de xadrez Na mesa.

2. Uma expressão é dada: S \u003d υ 0 t + (a t 2) / 2, express: a, υ 0

1. Qual sistema de coordenadas (unidimensional, bidimensional, tridimensional) deve ser escolhido para determinar a posição de tais corpos:

a) um lustre na sala;
b) um elevador;
c) um submarino;
d) o avião está na pista.

2. Uma expressão é dada: S \u003d (υ 2 - υ 0 2) / 2 a, expresso: υ 2, υ 0 2.

3. O estudo de novos materiais teóricos.

O valor introduzido para descrever o movimento está associado a mudanças nas coordenadas do corpo, – EM MOVIMENTO.

O deslocamento de um corpo (ponto material) é um vetor que conecta posição inicial corpo com a sua posição subsequente.

O movimento é geralmente indicado pela letra . No SI, o deslocamento é medido em metros (m).

- [ m ] - metro.

Deslocamento - magnitude vetor, Essa. além do valor numérico, também possui uma direção. A quantidade vetorial é representada como segmento, que começa em algum ponto e termina com um ponto que indica a direção. Esse segmento de seta é chamado vetor.

- vetor desenhado do ponto M a M 1

Conhecer o vetor deslocamento significa conhecer sua direção e módulo. O módulo de um vetor é um escalar, ou seja, valor numérico. Conhecendo a posição inicial e o vetor de deslocamento do corpo, é possível determinar onde o corpo está localizado.

No processo de movimento, o ponto material ocupa diferentes posições no espaço em relação ao sistema de referência escolhido. Neste caso, o ponto móvel “descreve” alguma linha no espaço. Às vezes, essa linha é visível - por exemplo, uma aeronave voando alto pode deixar um rastro no céu. Um exemplo mais familiar é a marca de um pedaço de giz em um quadro-negro.

Uma linha imaginária no espaço ao longo da qual um corpo se move é chamada TRAJETÓRIA movimentos do corpo.

A trajetória do movimento de um corpo é uma linha contínua, que é descrita por um corpo em movimento (considerado como um ponto material) em relação ao referencial escolhido.

O movimento em que todos os pontos corpo movendo-se o mesmo trajetórias, é chamado progressivo.

Muitas vezes a trajetória é uma linha invisível. Trajetória ponto móvel pode ser direto ou torto linha. De acordo com a forma da trajetória tráfego acontece para a frente e curvilíneo.

O comprimento do caminho é CAMINHO. O caminho é um valor escalar e é indicado pela letra l. O caminho aumenta se o corpo se move. E permanece inalterado se o corpo estiver em repouso. Nesse caminho, caminho não pode diminuir ao longo do tempo.

O módulo de deslocamento e a trajetória podem ter o mesmo valor somente se o corpo se mover ao longo de uma linha reta na mesma direção.

Qual é a diferença entre viagem e movimento? Esses dois conceitos são muitas vezes confundidos, embora na verdade sejam muito diferentes um do outro. Vamos dar uma olhada nessas diferenças: Apêndice 3) (distribuído na forma de cartões para cada aluno)

  1. Caminho - escalar e caracteriza-se apenas valor numérico.
  2. O deslocamento é uma grandeza vetorial e é caracterizado tanto por um valor numérico (módulo) quanto por uma direção.
  3. Quando o corpo se move, o caminho só pode aumentar, e o módulo de deslocamento pode aumentar e diminuir.
  4. Se o corpo voltou ao ponto de partida, seu deslocamento é zero e o caminho não é igual a zero.
Caminho em movimento
Definição O comprimento da trajetória descrita pelo corpo para certo tempo Um vetor que conecta a posição inicial do corpo com sua posição subsequente
Designação l [m] S [m]
Personagem quantidades físicas Escalar, ou seja, definido apenas por valor numérico Vetorial, ou seja definido pelo valor numérico (módulo) e direção
A necessidade de uma introdução Conhecendo a posição inicial do corpo e o caminho l percorrido em um intervalo de tempo t, é impossível determinar a posição do corpo em um dado tempo t Conhecendo a posição inicial do corpo e S para o intervalo de tempo t, a posição do corpo em um dado tempo t é determinada de forma única
l = S no caso de movimento retilíneo sem retornos

4. Demonstração de experiência (os alunos atuam de forma independente em seus lugares em suas carteiras, o professor, juntamente com os alunos, realiza uma demonstração dessa experiência)

  1. Encha uma garrafa de plástico com uma escala até o pescoço com água.
  2. Encha a garrafa com uma balança com água até 1/5 do seu volume.
  3. Incline a garrafa para que a água chegue até o gargalo, mas não saia da garrafa.
  4. Abaixe rapidamente a garrafa de água na garrafa (sem tampar) para que o gargalo da garrafa entre na água da garrafa. O frasco flutua na superfície da água na garrafa. Parte da água sairá da garrafa.
  5. Enrosque a tampa do frasco.
  6. Enquanto aperta as laterais da garrafa, abaixe a boia até o fundo da garrafa.

  1. Ao liberar a pressão nas paredes da garrafa, alcance a subida do flutuador. Determine o caminho e o movimento do flutuador: ____________________________________________________________________
  2. Abaixe o flutuador até o fundo da garrafa. Determine o caminho e o movimento do flutuador: __________________________________________________________________________________________
  3. Faça o flutuador flutuar e afundar. Qual é o caminho e o movimento do flutuador neste caso?

5. Exercícios e perguntas para repetição.

  1. Pagamos a viagem ou o transporte quando viajamos de táxi? (Caminho)
  2. A bola caiu de uma altura de 3 m, ricocheteou no chão e foi pega a uma altura de 1 m. Encontre o caminho e mova a bola. (Caminho - 4 m, movimento - 2 m.)

6. O resultado da lição.

Repetição dos conceitos da lição:

– movimento;
– trajetória;
- caminho.

7. Lição de casa.

§ 2 do livro didático, perguntas após o parágrafo, exercício 2 (p. 12) do livro didático, repetir a experiência da lição em casa.

Bibliografia

1. Peryshkin A.V., Gutnik E.M.. Física. 9ª série: livro didático para instituições de ensino - 9ª ed., estereótipo. – M.: Abetarda, 2005.

O que é uma trajetória?

Definição de trajetória

Definição de trajetória:

Uma trajetória é uma linha ao longo da qual um corpo se move.

Na figura, o corpo se move do ponto A ao ponto B ao longo de uma linha curva.

Esta linha curva é a trajetória.

O vetor de deslocamento liga os pontos inicial e final.

E a trajetória é uma sequência de pontos ao longo dos quais o corpo se move.

Relação entre trajetória e quadro de referência

A trajetória depende do referencial. Isso deve ser entendido da seguinte forma: se um corpo em um referencial se move em linha reta, então em outro referencial ele pode ter uma trajetória curvilínea.

Para entender como a trajetória depende do referencial, vamos dar um exemplo.

Considere a trajetória de um ponto na superfície de uma roda de carro.

Em relação ao motorista, ou seja, no referencial associado a este motorista, um ponto na superfície da roda realiza um movimento de rotação em círculo quando o carro se move.

Em relação ao observador fora do carro, a ponta faz dois movimentos: gira em torno da circunferência da roda e avança.

Uma trajetória é uma linha ao longo da qual um corpo se move. Em nosso exemplo, verifica-se que um mesmo ponto se move ao longo de diferentes trajetórias ao mesmo tempo. E está certo.

Trajetória

Trajetória de um ponto material- uma linha no espaço tridimensional, que é um conjunto de pontos onde um ponto material esteve, está ou estará quando se move no espaço. . É significativo que o conceito de trajetória tenha significado físico mesmo na ausência de qualquer movimento ao longo dele.

Além disso, mesmo na presença de um objeto se movendo ao longo dele, a trajetória representada em um sistema predeterminado de coordenadas espaciais não pode, por si só, dizer nada definitivo sobre as razões de seu movimento até uma análise da configuração do campo de forças que atua sobre ele. no mesmo sistema de coordenadas.

Não é menos importante que a forma da trajetória esteja inextricavelmente ligada e dependa do referencial específico no qual o movimento é descrito.

É possível observar a trajetória quando o objeto está parado, mas quando o referencial está em movimento. Então, céu estreladoé considerado um bom modelo de um referencial inercial e fixo. No entanto, com uma longa exposição, essas estrelas parecem se mover ao longo de caminhos circulares (Fig. 2)

O caso também é possível quando o corpo está claramente se movendo, mas a trajetória na projeção no plano de observação é uma ponto fixo. É o caso, por exemplo, de uma bala voando diretamente no olho do observador ou de um trem saindo dele.

Trajetória de um ponto de material livre

De acordo com a Primeira Lei de Newton, às vezes chamada de lei da inércia, deve haver um sistema no qual corpo livre retém (como um vetor) sua velocidade. Tal referencial é chamado de inercial. A trajetória de tal movimento é uma linha reta, e o movimento em si é chamado de uniforme e retilíneo.

Descrição da trajetória

Fig.2 Movimento retilíneo uniformemente acelerado em um sistema inercial dentro caso Geral será parabólica em outro referencial inercial uniformemente móvel. A decomposição da força atuante em componentes é formalmente correta e é discutida no texto

É costume descrever a trajetória de um ponto material em um sistema de coordenadas predeterminado usando um vetor de raio , cuja direção, comprimento e ponto de partida dependem do tempo . Neste caso, a curva descrita pela extremidade do vetor raio no espaço pode ser representada como arcos conjugados de diferentes curvaturas, localizados no caso geral em planos de interseção. Neste caso, a curvatura de cada arco é determinada pelo seu raio de curvatura direcionado ao arco a partir do centro instantâneo de rotação, que está no mesmo plano do próprio arco. Além disso, uma linha reta é considerada um caso limite de uma curva, cujo raio de curvatura pode ser considerado igual ao infinito. E, portanto, a trajetória no caso geral pode ser representada como um conjunto de arcos conjugados.

É essencial que a forma da trajetória dependa do sistema de referência escolhido para descrever o movimento de um ponto material. Portanto, o movimento retilíneo uniformemente acelerado no referencial inercial geralmente será parabólico (desde que a velocidade de aceleração do corpo seja comparável em magnitude à velocidade relativa do referencial inercial em movimento uniforme. Veja a Figura 2).

Relação com velocidade e aceleração normal

Fig.3 O movimento diário das luminárias no sistema de referência associado à câmera na projeção no plano de desenho

A velocidade de um ponto material é sempre direcionada tangencialmente ao arco usado para descrever a trajetória do ponto. Neste caso, existe uma relação entre a magnitude da velocidade , aceleração normal e o raio de curvatura da trajetória em um determinado ponto:

No entanto, nem todo movimento famoso velocidade curva famoso raio e encontrado pela fórmula acima normal(centrípeta) aceleração está associada à manifestação de uma força direcionada ao longo da normal à trajetória (força centrípeta). Então, encontrado de acordo com a foto movimento diurno a aceleração de qualquer uma das estrelas não indica de forma alguma a existência de uma força que causa essa aceleração, atraindo-a para estrela polar como centro de rotação.

Conexão com as equações da dinâmica

Representando a trajetória como um traço deixado pelo movimento material pontos, conecta o conceito puramente cinemático da trajetória, como um problema geométrico, com a dinâmica do movimento de um ponto material, ou seja, o problema de determinar as causas de seu movimento. De fato, a solução das equações de Newton (na presença de completo conjunto de dados iniciais) dá a trajetória de um ponto material.

No caso geral, o corpo não é livre em seu movimento e são impostas restrições à sua posição e, em alguns casos, à velocidade - conexões. Se os links impõem restrições apenas às coordenadas do corpo, esses links são chamados de geométricos. Se eles também se propagam em velocidades, são chamados de cinemáticos. Se a equação de restrição puder ser integrada ao longo do tempo, tal restrição é chamada de holonômica.

A ação das ligações em um sistema de corpos em movimento é descrita por forças chamadas reações de ligações. Neste caso, a força incluída no lado esquerdo da equação (1) é a soma vetorial das forças ativas (externas) e a reação das ligações.

É essencial que no caso de restrições holonômicas seja possível descrever o movimento sistemas mecânicos em coordenadas generalizadas incluídas nas equações de Lagrange. O número dessas equações depende apenas do número de graus de liberdade do sistema e não depende do número de corpos incluídos no sistema, cuja posição deve ser determinada para descrição completa movimento.

Se as ligações que atuam no sistema são ideais, ou seja, não transferem a energia do movimento para outros tipos de energia, ao resolver as equações de Lagrange, todas as reações desconhecidas das ligações são automaticamente excluídas.

Finalmente, se forças ativas pertencem à classe dos potenciais, então com uma adequada generalização dos conceitos torna-se possível utilizar as equações de Lagrange não só na mecânica, mas também em outras áreas da física.

Operando em ponto material forças nesse entendimento determinam de maneira única a forma da trajetória de seu movimento (sob condições iniciais conhecidas). A afirmação inversa não é verdadeira no caso geral, pois a mesma trajetória pode ocorrer com diferentes combinações forças ativas e reações de comunicação.

Movimento sob a ação de forças externas em um referencial não inercial

Se o referencial é não inercial (ou seja, ele se move com alguma aceleração em relação ao referencial inercial), então também é possível usar a expressão (1) nele, porém, no lado esquerdo é necessário ter em conta as chamadas forças inerciais (incluindo a força centrífuga e a força de Coriolis associada à rotação de um referencial não inercial) .

Ilustração

Trajetórias do mesmo movimento em referenciais estacionários e rotativos. No topo do referencial inercial, você pode ver que o corpo está se movendo em linha reta. Abaixo no não inercial vê-se que o corpo se afastou do observador ao longo da curva.

Como exemplo, considere um trabalhador de teatro movendo-se no espaço da grade acima do palco em relação ao prédio do teatro uniformemente e para a frente e transportando girando cena de um balde de tinta vazando. Ele vai deixar uma marca nele de tinta caindo na forma espiral de desenrolamento(se estiver se movendo a partir de centro de rotação da cena) e rodopiante- no caso contrário. Neste momento, seu colega, que é responsável pela limpeza do palco rotativo e está nele, será obrigado a carregar um balde sem vazamento sob o primeiro, constantemente sob o primeiro. E seu movimento em relação ao edifício também será uniforme e para a frente, embora no que diz respeito à cena, que é sistema não inercial, seu movimento será torcido e desigual. Além disso, para neutralizar o desvio no sentido de rotação, ele deve superar a ação da força de Coriolis com esforço muscular, que seu colega superior não experimenta acima do palco, embora as trajetórias de ambos em sistema inercial edifícios de teatro representarão linhas retas.

Mas pode-se imaginar que a tarefa dos colegas aqui considerados é justamente a aplicação direto linhas em palco rotativo. Neste caso, o fundo deve exigir que o topo se mova ao longo de uma curva que é reflexo do espelho um traço de tinta previamente derramada, permanecendo acima de qualquer ponto de uma linha reta que passe na direção radial escolhida. Consequentemente, movimento retilíneo dentro sistema não inercial referência não será para o observador no sistema inercial.

Além disso, uniforme movimento do corpo em um sistema, pode ser desigual noutro. Então, duas gotas de tinta que caíram momentos diferentes de tempo de um balde furado, tanto em seu próprio referencial quanto no referencial do colega inferior imóvel em relação ao prédio (no palco que já parou de girar), se moverá em linha reta (em direção ao centro de a Terra). A diferença será que para o observador abaixo este movimento será acelerado, e para seu colega superior, se ele, tendo tropeçado, irá cair, movendo-se junto com qualquer uma das gotas, a distância entre as gotas aumentará proporcionalmente primeiro grau tempo, isto é, o movimento mútuo de gotas e seu observador em seu acelerado sistema de coordenadas será uniforme com uma velocidade determinada pelo atraso entre os momentos de queda de gotas:

.

Onde é a aceleração de queda livre.

Portanto, a forma da trajetória e a velocidade do corpo ao longo dela, considerada em um determinado referencial, sobre o qual nada se sabe de antemão, não dá uma ideia inequívoca das forças que atuam no corpo. É possível decidir se este sistema é suficientemente inercial apenas com base na análise das causas da ocorrência de forças atuantes.

Assim, em um sistema não inercial:

  • A curvatura da trajetória e/ou a inconsistência da velocidade são argumentos insuficientes em favor da afirmação de que um corpo em movimento é afetado por forças externas, que no caso final pode ser explicado por campos gravitacionais ou eletromagnéticos.
  • A retidão da trajetória é um argumento insuficiente em favor da afirmação de que nenhuma força atua sobre um corpo que se move ao longo dele.

Notas

Em física, existe outra fórmula para medir a trajetória (caminho): s=4Atv, onde A é a amplitude, t é o tempo, v é a frequência de oscilação

Literatura

  • Newton I. Princípios matemáticos da filosofia natural. Por. e aprox. A. N. Krilova. Moscou: Nauka, 1989
  • Frish S.A. e Timoreva A.V. Nós iremos física geral, Livro didático para faculdades de física e matemática e física e tecnologia universidades públicas, Volume I.M.: GITTL, 1957

Links

  • Trajetória e vetor de deslocamento, seção do livro de física [ fonte não autorizada?]

Fundação Wikimedia. 2010.

Sinônimos:
  • Não me machuca (filme)
  • História Americana X (filme)

Veja o que é "Trajetória" em outros dicionários:

    TRAJETÓRIA- (do latim trajicere para lançar, cruzar), em geometria: uma linha reta ou curva que descreve um corpo em movimento ou em queda, por exemplo, um núcleo, após sair de um canhão. 2) uma curva que intercepta um sistema de curvas homogêneas no mesmo ângulo. ... ... Dicionário palavras estrangeiras língua russa

É um conjunto de pontos pelos quais um determinado objeto passou, passa ou passa. Por si só, esta linha aponta o caminho este objeto. Ele não pode ser usado para descobrir se o objeto começou a se mover ou por que seu caminho foi curvo. Mas a relação entre as forças e os parâmetros do objeto permite calcular a trajetória. Nesse caso, o próprio objeto deve ser significativamente menor do que o caminho que percorreu. Só neste caso pode ser considerado um ponto material e falar de uma trajetória.

A linha de movimento de um objeto é necessariamente contínua. Em matemática, costuma-se falar sobre o movimento de um ponto material livre ou não livre. Somente as forças atuam no primeiro. Um ponto não livre está sob a influência de conexões com outros pontos, que também afetam seu movimento e, em última análise, sua trajetória.

Para descrever a trajetória de um ou outro ponto material, é necessário determinar o referencial. Os sistemas podem ser inerciais e não inerciais, e a trilha do movimento do mesmo objeto parecerá diferente.

A maneira de descrever a trajetória é o vetor raio. Seus parâmetros dependem do tempo. Para os dados, descrever a trajetória, o ponto de partida do vetor raio, seu comprimento e direção. A extremidade do vetor raio descreve no espaço uma curva que consiste em um ou mais arcos. O raio de cada arco é extremamente importante porque permite determinar a aceleração de um objeto em um determinado ponto. Esta aceleração é calculada como o quociente do quadrado da velocidade normal dividido pelo raio. Ou seja, a=v2/R, onde a é a aceleração, v é a velocidade normal e R é o raio do arco.

Um objeto real está quase sempre sob a ação de certas forças que podem iniciar seu movimento, pará-lo ou mudar de direção e velocidade. As forças podem ser externas e internas. Por exemplo, ao se mover, é afetado pela força da gravidade da Terra e outros objetos espaciais, potência do motor e muitos outros fatores. Eles determinam a trajetória.

A trajetória balística é Movimento livre objeto apenas sob a influência da gravidade. Tal objeto pode ser um projétil, aparelho, bomba e outros. Nesse caso, não há empuxo nem outras forças capazes de alterar a trajetória. Este tipo de movimento é balístico.

Você pode realizar um experimento simples que permite ver como a trajetória balística muda dependendo da aceleração inicial. Imagine que você está deixando cair uma pedra do alto. Se você não disser à pedra velocidade inicial, mas basta soltá-lo, o movimento deste ponto material será retilíneo verticalmente. Se você jogá-lo na direção horizontal, sob a influência várias forças(dentro este caso força de seu arremesso e gravidade) a trajetória do movimento será uma parábola. Neste caso, a rotação da Terra pode ser ignorada.

Trajetória de um ponto material- uma linha no espaço, ao longo da qual o corpo se move, que é um conjunto de pontos onde um ponto material estava, está ou estará quando se move no espaço em relação ao sistema de referência selecionado. É essencial que o conceito de trajetória tenha um significado físico mesmo na ausência de qualquer movimento ao longo dela.

Além disso, mesmo na presença de um objeto se movendo ao longo dele, a trajetória representada em um sistema predeterminado de coordenadas espaciais não pode, por si só, dizer nada definitivo sobre as razões de seu movimento até uma análise da configuração do campo de forças que atua sobre ele. no mesmo sistema de coordenadas é realizado.

Não é menos importante que a forma da trajetória esteja inextricavelmente ligada e dependa do referencial específico no qual o movimento é descrito.

É possível observar a trajetória quando o objeto está parado, mas quando o referencial está em movimento. Assim, o céu estrelado pode servir como um bom modelo para um referencial inercial e fixo. No entanto, com uma longa exposição, essas estrelas parecem se mover em trajetórias circulares (Fig. 3)

O caso também é possível quando o corpo está obviamente em movimento, mas a trajetória na projeção no plano de observação é um ponto fixo. É o caso, por exemplo, de uma bala voando diretamente no olho do observador ou de um trem saindo dele.

Trajetória de um ponto de material livre

De acordo com a Primeira Lei de Newton, às vezes chamada de lei da inércia, deve haver tal sistema no qual um corpo livre mantenha (como um vetor) sua velocidade. Tal referencial é chamado de inercial. A trajetória de tal movimento é uma linha reta, e o movimento em si é chamado de uniforme e retilíneo.

Descrição da trajetória

É costume descrever a trajetória de um ponto material em um sistema de coordenadas predeterminado usando um vetor de raio , cuja direção, comprimento e ponto de partida dependem do tempo . Neste caso, a curva descrita pela extremidade do vetor raio no espaço pode ser representada como arcos conjugados de diferentes curvaturas, localizados no caso geral em planos de interseção. Neste caso, a curvatura de cada arco é determinada pelo seu raio de curvatura direcionado ao arco a partir do centro instantâneo de rotação, que está no mesmo plano do próprio arco. Além disso, uma linha reta é considerada um caso limite de uma curva, cujo raio de curvatura pode ser considerado igual ao infinito. E, portanto, a trajetória no caso geral pode ser representada como um conjunto de arcos conjugados.

É essencial que a forma da trajetória dependa do sistema de referência escolhido para descrever o movimento de um ponto material. Assim, o movimento retilíneo uniformemente acelerado em um referencial inercial geralmente será parabólico em outro referencial inercial uniformemente móvel.

Uma seção da trajetória de um ponto material em física é geralmente chamada de caminho e geralmente é denotada pelo símbolo S- do ital. s postagem(movimento).

Relação com velocidade e aceleração normal

A velocidade de um ponto material é sempre direcionada tangencialmente ao arco usado para descrever a trajetória do ponto. Existe uma relação entre a velocidade v (\displaystyle v), aceleração normal a n (\displaystyle a_(n)) e o raio de curvatura da trajetória R (\displaystyle R) neste ponto:

a n = v 2 R (\displaystyle a_(n)=(\frac (v^(2))(R)))

No entanto, nem todo movimento famoso velocidade curva famoso raio e encontrado pela fórmula acima normal(centrípeta) aceleração está associada à manifestação de uma força direcionada ao longo da normal à trajetória (força centrípeta). Assim, a aceleração de qualquer uma das estrelas encontradas nas fotografias do movimento diário das luminárias não indica de forma alguma a existência de uma força que provoque essa aceleração, atraindo-a para a Estrela Polar, como centro de rotação.

Conexão com as equações da dinâmica

Representando a trajetória como um traço deixado pelo movimento material pontos, conecta o conceito puramente cinemático da trajetória, como um problema geométrico, com a dinâmica do movimento de um ponto material, ou seja, o problema de determinar as causas de seu movimento. De fato, a solução das equações de Newton (na presença de completo conjunto de dados iniciais) dá a trajetória de um ponto material.

No caso geral, o corpo não é livre em seu movimento e são impostas restrições à sua posição e, em alguns casos, à velocidade - conexões. Se os links impõem restrições apenas às coordenadas do corpo, esses links são chamados de geométricos. Se eles também se propagam em velocidades, são chamados de cinemáticos. Se a equação de restrição puder ser integrada ao longo do tempo, tal restrição é chamada de holonômica.

A ação das ligações em um sistema de corpos em movimento é descrita por forças chamadas reações de ligações. Neste caso, a força incluída no lado esquerdo da equação (1) é a soma vetorial das forças ativas (externas) e a reação das ligações.

É essencial que no caso de restrições holonômicas seja possível descrever o movimento de sistemas mecânicos em coordenadas generalizadas, incluídas nas equações de Lagrange. O número dessas equações depende apenas do número de graus de liberdade do sistema e não depende do número de corpos incluídos no sistema, cuja posição deve ser determinada para uma descrição completa do movimento.

Se as ligações que atuam no sistema são ideais, ou seja, não transferem a energia do movimento para outros tipos de energia, ao resolver as equações de Lagrange, todas as reações desconhecidas das ligações são automaticamente excluídas.

Por fim, se as forças atuantes pertencem à classe das forças potenciais, então com uma adequada generalização dos conceitos, torna-se possível utilizar as equações de Lagrange não apenas na mecânica, mas também em outras áreas da física.

As forças que atuam em um ponto material neste entendimento determinam de forma única a forma da trajetória de seu movimento (sob condições iniciais conhecidas). A afirmação inversa geralmente não é verdadeira, uma vez que a mesma trajetória pode ocorrer com diferentes combinações de forças ativas e reações de acoplamento.

Movimento sob a ação de forças externas em um referencial não inercial

Se o referencial é não inercial (ou seja, ele se move com alguma aceleração em relação ao referencial inercial), então também é possível usar a expressão (1) nele, porém, no lado esquerdo é necessário ter em conta as chamadas forças inerciais (incluindo a força centrífuga e a força de Coriolis associada à rotação de um referencial não inercial) .

Ilustração

Como exemplo, considere um trabalhador de teatro movendo-se no espaço da grade acima do palco em relação ao prédio do teatro uniformemente e para a frente e transportando girando cena de um balde de tinta vazando. Ele vai deixar uma marca nele de tinta caindo na forma espiral de desenrolamento(se estiver se movendo a partir de centro de rotação da cena) e rodopiante- no caso contrário. Neste momento, seu colega, que é responsável pela limpeza do palco rotativo e está nele, será obrigado a carregar um balde sem vazamento sob o primeiro, constantemente sob o primeiro. E seu movimento em relação ao edifício também será uniforme e para a frente, embora no que diz respeito à cena, que é sistema não inercial, seu movimento será torcido e desigual. Além disso, para neutralizar o desvio no sentido de rotação, ele deve superar a ação da força de Coriolis com esforço muscular, que seu colega superior não experimenta acima do palco, embora as trajetórias de ambos em sistema inercial edifícios de teatro representarão linhas retas.

Mas pode-se imaginar que a tarefa dos colegas aqui considerados é justamente a aplicação direto linhas em palco rotativo. Nesse caso, o fundo deve exigir que o topo se mova ao longo de uma curva que é uma imagem espelhada do traço da tinta derramada anteriormente, permanecendo acima de qualquer ponto de uma linha reta que passe na direção radial escolhida. Consequentemente, movimento retilíneo dentro sistema não inercial referência não será para o observador no sistema inercial.

Além disso, uniforme movimento do corpo em um sistema, pode ser desigual noutro. Então, duas gotas de tinta que caíram momentos diferentes de tempo de um balde furado, tanto em seu próprio referencial quanto no referencial do colega inferior imóvel em relação ao prédio (no palco que já parou de girar), se moverá em linha reta (em direção ao centro de a Terra). A diferença será que para o observador abaixo este movimento será acelerado, e para seu colega superior, se ele, tendo tropeçado, irá cair, movendo-se junto com qualquer uma das gotas, a distância entre as gotas aumentará proporcionalmente primeiro grau tempo, isto é, o movimento mútuo de gotas e seu observador em seu acelerado sistema de coordenadas será uniforme com velocidade v (\displaystyle v), determinado pelo atraso Δt (\displaystyle \Delta t) entre os momentos de queda das gotas:

v = g Δ t (\displaystyle v=g\Delta t).

Onde g (\displaystyle g)- aceleração da gravidade .

Portanto, a forma da trajetória e a velocidade do corpo ao longo dela, considerada em um determinado referencial, sobre o qual nada se sabe de antemão, não dá uma ideia inequívoca das forças que atuam no corpo. É possível decidir se este sistema é suficientemente inercial apenas com base na análise das causas da ocorrência de forças atuantes.

Assim, em um sistema não inercial:

  • A curvatura da trajetória e/ou a inconsistência da velocidade não são argumentos suficientes a favor da afirmação de que forças externas atuam sobre um corpo que se desloca ao longo dele, o que em última instância pode ser explicado por campos gravitacionais ou eletromagnéticos.
  • A retidão da trajetória é um argumento insuficiente em favor da afirmação de que nenhuma força atua sobre um corpo que se move ao longo dele.