Hvad er de grundlæggende begreber for kinematik? Hvad er denne videnskab, og hvad studerer den? I dag vil vi tale om, hvad kinematik er, hvilke grundlæggende kinematikbegreber, der finder sted i opgaver, og hvad de betyder. Lad os derudover tale om de mængder, som vi oftest beskæftiger os med.
Kinematik. Grundlæggende begreber og definitioner
Først, lad os tale om, hvad det er. En af de mest studerede sektioner af fysik i skoleforløbet er mekanik. Den efterfølges i ubestemt rækkefølge af molekylfysik, elektricitet, optik og nogle andre grene, såsom for eksempel kerne- og atomfysik. Men lad os se nærmere på mekanikken. Denne gren af fysikken beskæftiger sig med studiet af kroppens mekaniske bevægelse. Den etablerer nogle mønstre og studerer dens metoder.
Kinematik som en del af mekanik
Sidstnævnte er opdelt i tre dele: kinematik, dynamik og statik. Disse tre undervidenskaber, hvis man kan kalde dem det, har nogle ejendommeligheder. For eksempel studerer statik reglerne for ligevægt af mekaniske systemer. En association med vægt kommer straks til at tænke på. Dynamikken studerer legemers bevægelseslove, men er samtidig opmærksom på de kræfter, der virker på dem. Men kinematik gør det samme, kun kræfter tages ikke i betragtning. Følgelig tages der ikke hensyn til massen af de samme organer i opgaverne.
Grundlæggende begreber for kinematik. Mekanisk urværk
Emnet i denne videnskab er et væsentligt punkt. Det forstås som et legeme, hvis dimensioner i sammenligning med et bestemt mekanisk system kan negligeres. Denne såkaldte idealiserede krop er beslægtet med en ideel gas, som betragtes i afsnittet om molekylær fysik. Generelt spiller begrebet et materielt punkt, både i mekanik generelt og i kinematik i særdeleshed, en ret vigtig rolle. Den mest almindeligt betragtede såkaldte translationsbevægelse.
Hvad betyder det, og hvad kan det være?
Sædvanligvis er bevægelser opdelt i roterende og translationelle. De grundlæggende begreber for kinematik af translationel bevægelse er hovedsageligt relateret til de mængder, der anvendes i formlerne. Vi vil tale om dem senere, men lad os nu vende tilbage til typen af bevægelse. Det er klart, at hvis vi taler om rotation, så snurrer kroppen. Den translationelle bevægelse vil derfor blive kaldt kroppens bevægelse i et plan eller lineært.
Teoretisk grundlag for at løse problemer
Kinematik, hvis grundlæggende begreber og formler vi overvejer nu, har et stort antal opgaver. Dette opnås gennem den sædvanlige kombinatorik. En metode til diversitet her er at ændre ukendte forhold. Et og samme problem kan præsenteres i et andet lys ved blot at ændre formålet med dets løsning. Det er nødvendigt at finde distance, hastighed, tid, acceleration. Som du kan se, er der en hel masse muligheder. Hvis vi medtager betingelserne for frit fald her, bliver pladsen simpelthen utænkelig.
Værdier og formler
Først og fremmest, lad os foretage en reservation. Som bekendt kan mængder have en dobbelt karakter. På den ene side kan en vis numerisk værdi svare til en bestemt værdi. Men på den anden side kan den også have en distributionsretning. For eksempel en bølge. I optik står vi over for et begreb som bølgelængde. Men hvis der er en sammenhængende lyskilde (den samme laser), så har vi at gøre med en stråle af planpolariserede bølger. Således vil bølgen ikke kun svare til en numerisk værdi, der angiver dens længde, men også til en given udbredelsesretning.
Klassisk eksempel
Sådanne tilfælde er en analogi i mekanik. Lad os sige, at en vogn ruller foran os. Vedarten af bevægelsen, kan vi bestemme vektorkarakteristikaene for dens hastighed og acceleration. Det vil være lidt sværere at gøre dette, når man bevæger sig fremad (for eksempel på et fladt gulv), så vi vil overveje to tilfælde: hvornår vognen ruller op, og hvornår den ruller ned.
Så lad os forestille os, at vognen går en smule op ad. I dette tilfælde vil den bremse, hvis ingen eksterne kræfter virker på den. Men i den omvendte situation, nemlig når vognen ruller ned, vil den accelerere. Hastigheden er i to tilfælde rettet mod det sted, hvor objektet bevæger sig. Dette bør tages som en regel. Men acceleration kan ændre vektoren. Ved deceleration rettes den i retning modsat hastighedsvektoren. Dette forklarer afmatningen. En lignende logisk kæde kan anvendes på den anden situation.
Andre værdier
Vi har lige t alt om, at de i kinematik ikke kun opererer med skalære størrelser, men også med vektorstørrelser. Lad os nu tage det et skridt videre. Ud over hastighed og acceleration, når man løser problemer, bruges sådanne karakteristika som afstand og tid. Forresten er hastigheden opdelt i initial og øjeblikkelig. Den første af dem er et speci altilfælde af den anden. Øjeblikkelig hastighed er den hastighed, der kan findes på ethvert givet tidspunkt. Og med initialen er alt sandsynligvis klart.
Opgave
En stor del af teorien blev studeret af os tidligere i de foregående afsnit. Nu er det kun tilbage at give de grundlæggende formler. Men vi vil gøre det endnu bedre: Vi vil ikke bare overveje formlerne, men også anvende dem, når vi løser problemet for atfærdiggøre den erhvervede viden. Kinematics bruger et helt sæt formler, der kombinerer dem, og du kan opnå alt, hvad du skal løse. Her er et problem med to betingelser for at forstå dette fuldstændigt.
En cyklist sænker farten efter at have krydset målstregen. Det tog ham fem sekunder at stoppe helt. Find ud af med hvilken acceleration han bremsede, samt hvor meget bremselængde han nåede at tilbagelægge. Bremselængden betragtes som lineær, sluthastigheden tages lig med nul. I det øjeblik, man krydsede målstregen, var hastigheden 4 meter i sekundet.
Faktisk er opgaven ret interessant og ikke så enkel, som den måske ser ud ved første øjekast. Hvis vi forsøger at tage afstandsformlen i kinematik (S=Vot + (-) (ved ^ 2/2)), så kommer der ikke noget ud af det, da vi vil have en ligning med to variable. Hvordan går man videre i sådan en sag? Vi kan gå to veje: Beregn først accelerationen ved at substituere dataene i formlen V=Vo - at, eller udtryk accelerationen derfra og indsæt den i afstandsformlen. Lad os bruge den første metode.
Så den endelige hastighed er nul. Indledende - 4 meter i sekundet. Ved at overføre de tilsvarende størrelser til venstre og højre side af ligningen opnår vi et udtryk for acceleration. Her er det: a=Vo/t. Den vil således være lig med 0,8 meter pr. sekund i kvadrat og vil have en bremsekarakter.
Gå til afstandsformlen. Vi erstatter simpelthen data i det. Vi får svaret: stoplængden er 10 meter.
