Первоначальные представления о положении и движении тел в пространстве

Механическое движение тел – это один из самых известных физических процессов, суть которого заключается в смене положения одних тел относительно других. Движутся люди, автомобили, самолеты, небесные тела. В то же время, мы постоянно встречаемся и со множеством неподвижных тел. Это дома, деревья, горы. Возникает вопрос: можно ли однозначно утверждать, что какое-то тело движется или покоится? Например, движутся ли деревья, здания при наблюдении за ними из окна проходящего мимо автобуса? А движутся ли сидящие рядом друг с другом пассажиры этого автобуса? На такого рода вопросы всегда следует задавать контрвопрос: движение тел относительно какого другого тела мы пытаемся установить? Это очень принципиальная позиция и важное положение. Изменяется всегда положение одного тела относительно другого. Так уж получается, что чаще всего вторым телом выступает наблюдатель, человек. Он фиксирует изменение положений других тел относительно своего тела, ориентированного в пространстве. Совершенно естественно, в эту фиксацию вторгается физиология человека, процессы восприятия.

Иногда даже трудно определить: движется тело, или покоится. Многие люди, которым доводилось ездить на поезде, оказывались пленниками интересной иллюзии, суть которой состоит в следующем. Поезд, постояв какое-то время на станции, плавно трогается с места. Вагоны стоящего на соседних путях поезда постепенно убегают в противоположную сторону. Но вот вы, наконец-то, проезжаете мимо этого поезда. И иллюзия движения пропадает. Вы как стояли, так и стоите на месте, о чем свидетельствует неподвижное здание вокзала. Оказывается, двигаться начал соседний поезд, а вам лишь показалось, что движетесь вы.

Приведенный пример показывает, что при восприятии движения присутствуют иллюзии, субъективный фактор. Физика же – наука об объективных законах природы. Поэтому можно поставить вопрос: можно ли каким-либо способом установить и зафиксировать не относительное движение (движение одного тела относительно другого), а абсолютное движение, движение в пространстве? Именно так называется настоящий параграф учебника. Мы зафиксировали очень интересную и важную проблему, одну из фундаментальных проблем в физике. Её обсуждение находится за рамками этого учебника.

При описании движения, на самом деле, не все так просто, как может показаться на первый взгляд. Сложность восприятия движения и покоя, пожалуй, наиболее ярко предстает в стихотворении А. С. Пушкина «О движении».

           Движенья нет, сказал мудрец брадатый.
           Другой смолчал и стал пред ним ходить.
           Сильнее бы не мог он возразить;
           Хвалили все ответ замысловатый.
           Но, господа, забавный случай сей
           Другой пример на память мне приводит;
           Ведь каждый день пред нами солнце ходит,
           Однако ж прав упрямый Галилей.

Для того, чтобы описать и сравнить движение тел, необходимо ввести характеристики механического движения. Так, часто мы говорим, что одно тело движется медленно, другое быстро. Какое-то тело с определенного момента времени начинает двигаться быстрее, другое – медленнее.

Если задаться вопросом: почему меняется характер движения тела, можно заметить, что это происходит тогда, когда данное тело начинает взаимодействовать с другими телами.

Различные виды механического движения и взаимодействия тел являются предметом изучения механики. В рамках механики указанным кругом вопросов занимается кинематика. Естественно, что при изучении движения необходимо выделять для рассмотрения сначала какие-то простые случаи, затем сложное представлять как совокупность простого.

Не будем на настоящем этапе описания движения вводить математических выражений, писать формул. На качественном же уровне описания движения отметим, что полное описание движения тела должно учитывать два типа движения: изменение местоположения и изменение ориентации тела. Таким образом, полное сложное движение тела необходимо рассматривать (по крайней мере, необходимо стремиться к этому) как совокупность более простых движений. В кинематике обычно вначале изучают поступательное движение тела, потом вращательное. Рассматривая поступательное движение, также движутся от простого к сложному: сначала изучают движение только в одном измерении – одномерное движение (например, движение бусинки на спице), затем движение на плоскости, т. е. движение в двух измерениях (например, автомобиля по поверхности Земли), наконец движение в трехмерном пространстве (например, полет самолета).