Попытаемся
теперь понять, что же означает уравнение
Пусть в данный момент времени t тело находится в
точке z и движется со
скоростью vz. Каковы
будут его положение и скорость спустя небольшой промежуток времени, т.е. в
момент t+ε? Если мы
сможем ответить на этот вопрос, то проблема решена, так как, исходя из начальных условий, т.е. положения и
скорости в некоторый начальный момент времени, можно сказать, как они
изменяются в первый момент, а зная положение и скорость в первый момент, можно
найти их и в следующий и т.д. Таким образом, шаг за шагом выстраивается вся
картина движения. Для большей определенности предположим, что в момент t=0 положение
грузика z=1, а его
скорость vz=0. Почему вообще
движется грузик? Да потому, что на него в любом положении, за исключением
положения равновесия z=0, действует сила.
Если z>0, то эта сила
направлена вверх. Следовательно, скорость, которая вначале была нулем,
благодаря уравнениям движения начинает изменяться. Но как только скорость
начинает возрастать, грузик приходит в движение. Для любого момента времени t при очень малом ε
можно с достаточно хорошей точностью найти положение в момент t+ε через скорость
и положение в момент t:
z(t + ε)=z(t)+vz(t)ε
Конечно,
это выражение тем точаее, чем меньше ε, но оно может быть
достаточно точным, даже когда интервал ε не исчезающе мал. Что
теперь можно сказать о скорости? Чтобы определить скорость в момент t+ε, очевидно, нужно знать, как она изменяется со
временем, т.е. нужно знать ускорение. А как узнать его? Вот здесь-то нам
на помощь приходят уравнения динамики. Именно они позволяют определить, чему
равно ускорение. В нашей задаче уравнение динамики говорит Fz=maz=−kz => az=−z ускорение равно –z. Поэтому
vz(t+ε)=
vz(t)+azε= vz(t)−z(t)ε
Предыдущее уравнение еще кинематическое; оно просто
говорит о том, что из-за наличия ускорения скорость изменяется. Однако
последнее уравнение уже динамическое, потому что оно связывает ускорение
с силой. Оно говорит, что в данной частной задаче для данного момента времени
ускорение можно заменить на −z(t). Следовательно, если в какой-то момент времени
нам известны положение z и
скорость vz, то мы знаем и ускорение, которое дает возможность найти скорость в следующий
момент, а скорость в свою очередь определяет новое положение и т.д. Вот каким
образом действует весь этот динамический механизм! Действующая сила немного
изменяет скорость, а скорость приводит к небольшому изменению положения.