Hvad er kinematik? For første gang begynder gymnasieelever at stifte bekendtskab med dens definition i fysiktimerne. Mekanik (kinematik er en af dens grene) udgør selv en stor del af denne videnskab. Norm alt præsenteres det for eleverne først i lærebøger. Som vi sagde, er kinematik en undersektion af mekanik. Men da vi taler om hende, så lad os tale om det her lidt mere detaljeret.
Mekanik som en del af fysik
Ordet "mekanik" i sig selv er af græsk oprindelse og kan bogstaveligt t alt oversættes som kunsten at bygge maskiner. I fysik betragtes det som et afsnit, der studerer bevægelsen af de såkaldte materielle legemer af os i rum af forskellig størrelse (det vil sige, bevægelsen kan forekomme i et plan, på et betinget koordinatgitter eller i tredimensionelt rum). Studiet af samspillet mellem materielle punkter er en af de opgaver, som mekanik udfører (kinematik er en undtagelse fra denne regel, da den beskæftiger sig med modellering og analyse af alternative situationer uden at tage hensyn til virkningen af kraftparametre). Med alt dette skal det bemærkes, at den tilsvarende gren af fysikbetyder ved bevægelse ændringen i kroppens position i rummet over tid. Denne definition gælder ikke kun for materielle punkter eller kroppe som helhed, men også for deres dele.
Begrebet kinematik
Navnet på denne sektion af fysik er også af græsk oprindelse og kan bogstaveligt t alt oversættes som "bevæge sig". Således får vi det indledende, endnu ikke rigtigt dannede svar på spørgsmålet om, hvad kinematik er. I dette tilfælde kan vi sige, at afsnittet studerer matematiske metoder til at beskrive visse former for bevægelse af direkte idealiserede kroppe. Vi taler om de såkaldte absolut faste legemer, om ideelle væsker og selvfølgelig om materielle punkter. Det er meget vigtigt at huske, at når man anvender beskrivelsen, tages der ikke højde for årsagerne til bevægelse. Det vil sige, at parametre såsom kropsmasse eller kraft, der påvirker arten af dens bevægelse, ikke tages i betragtning.
Fundamentals of kinematics
De omfatter begreber som tid og rum. Som et af de enkleste eksempler kan vi nævne en situation, hvor f.eks. et materialepunkt bevæger sig langs en cirkel med en vis radius. I dette tilfælde vil kinematik tilskrive den obligatoriske eksistens af en sådan mængde som centripetalacceleration, som er rettet langs vektoren fra selve kroppen til midten af cirklen. Det vil sige, at accelerationsvektoren til enhver tid vil falde sammen med cirklens radius. Men selv i dette tilfælde (medcentripetalacceleration) kinematik ikke angiver arten af den kraft, der fik den til at dukke op. Dette er allerede handlinger, som dynamikken analyserer.
Hvordan er kinematik?
Så vi gav faktisk svaret på, hvad kinematik er. Det er en gren af mekanikken, der studerer, hvordan man beskriver idealiserede objekters bevægelse uden at studere kraftparametre. Lad os nu tale om, hvad kinematik kan være. Dens første type er klassisk. Det er sædvanligt at overveje de absolutte rumlige og tidsmæssige karakteristika ved en bestemt type bevægelse. I rollen som førstnævnte optræder segmenternes længder, i sidstnævntes rolle tidsintervallerne. Med andre ord kan vi sige, at disse parametre forbliver uafhængige af valget af referencesystem.
Relativistic
Den anden type kinematik er relativistisk. I den, mellem to tilsvarende begivenheder, kan tidsmæssige og rumlige karakteristika ændre sig, hvis der foretages en overgang fra en referenceramme til en anden. Samtidigheden af oprindelsen af to begivenheder får i dette tilfælde også en udelukkende relativ karakter. I denne form for kinematik smelter to separate begreber (og vi taler om rum og tid) sammen til ét. I den bliver mængden, som norm alt kaldes intervallet, invariant under Lorentziske transformationer.
Historien om skabelsen af kinematik
Osformået at forstå konceptet og give et svar på spørgsmålet om, hvad kinematik er. Men hvad var historien om dets fremkomst som en underafdeling af mekanik? Det er det, vi skal tale om nu. I temmelig lang tid var alle begreberne i denne underafdeling baseret på værker, der blev skrevet af Aristoteles selv. De indeholdt relevante udsagn om, at en krops hastighed under et fald er direkte proportional med den numeriske indikator for vægten af en bestemt krop. Det blev også nævnt, at årsagen til bevægelsen direkte er kraften, og i dens fravær kan der ikke være tale om nogen bevægelse.
Experiments of Galileo
Den berømte videnskabsmand Galileo Galilei blev interesseret i Aristoteles' værker i slutningen af det sekstende århundrede. Han begyndte at studere processen med kroppens frie fald. Der kan nævnes hans eksperimenter på det skæve tårn i Pisa. Videnskabsmanden studerede også kroppens inertiproces. Til sidst lykkedes det Galileo at bevise, at Aristoteles tog fejl i sine værker, og han kom med en række fejlagtige konklusioner. I den tilsvarende bog skitserede Galileo resultaterne af det udførte arbejde med beviser for fejltagelsen i Aristoteles' konklusioner.
Moderne kinematik anses nu for at være opstået i januar 1700. Så t alte Pierre Varignon for det franske videnskabsakademi. Han bragte også de første begreber om acceleration og hastighed, idet han skrev og forklarede dem i en differentiel form. Lidt senere noterede Ampere sig også nogle kinematiske ideer. I det attende århundrede brugte han i kinematik den såkaldtevariationsregning. Den særlige relativitetsteori, der blev skabt endnu senere, viste, at rummet, ligesom tiden, ikke er absolut. Samtidig blev det påpeget, at hastigheden grundlæggende kunne begrænses. Det er disse fundamenter, der fik kinematik til at udvikle sig inden for rammerne og begreberne for den såkaldte relativistiske mekanik.
Begreber og mængder brugt i sektionen
Det grundlæggende i kinematik omfatter adskillige størrelser, der ikke kun bruges i teoretiske termer, men også finder sted i praktiske formler, der bruges til at modellere og løse en vis række af problemer. Lad os blive bekendt med disse mængder og koncepter mere detaljeret. Lad os starte med de sidste.
1) Mekanisk urværk. Det er defineret som ændringer i den rumlige position af en bestemt idealiseret krop i forhold til andre (materielle punkter) i løbet af ændring af tidsintervallet. Samtidig har de nævnte kroppe de tilsvarende kræfter i samspil med hinanden.
2) Referencesystem. Kinematik, som vi definerede tidligere, er baseret på brugen af et koordinatsystem. Tilstedeværelsen af dens variationer er en af de nødvendige betingelser (den anden betingelse er brugen af instrumenter eller midler til måling af tid). Generelt er en referenceramme nødvendig for en vellykket beskrivelse af en eller anden type bevægelse.
3) Koordinater. Da koordinaterne er en betinget imaginær indikator, uløseligt forbundet med det tidligere koncept (referenceramme), er koordinaterne intet andet end en metode, hvorved positionen af en idealiseret krop iplads. I dette tilfælde kan tal og speci altegn bruges til beskrivelsen. Koordinater bruges ofte af spejdere og skytter.
4) Radiusvektor. Dette er en fysisk størrelse, der i praksis bruges til at indstille positionen af en idealiseret krop med et øje til den oprindelige position (og ikke kun). Enkelt sagt tages et bestemt punkt, og det er fastsat til konventionen. Oftest er dette oprindelsen af koordinater. Så efter det, lad os sige, begynder en idealiseret krop fra dette punkt at bevæge sig langs en fri vilkårlig bane. På ethvert tidspunkt kan vi forbinde kroppens position med oprindelsen, og den resulterende rette linje vil ikke være andet end en radiusvektor.
5) Kinematiksektionen bruger begrebet en bane. Det er en almindelig kontinuerlig linje, som skabes under bevægelsen af en idealiseret krop under vilkårlig fri bevægelse i et rum af forskellige størrelser. Banen kan henholdsvis være retlinet, cirkulær og brudt.
6) Kroppens kinematik er uløseligt forbundet med sådan en fysisk størrelse som hastighed. Faktisk er dette en vektormængde (det er meget vigtigt at huske, at begrebet en skalær størrelse kun gælder for det i ekstraordinære situationer), hvilket vil karakterisere hastigheden af forandring i positionen af en idealiseret krop. Det anses for at være en vektor på grund af det faktum, at hastigheden bestemmer retningen for den igangværende bevægelse. For at bruge konceptet skal du anvende referencerammen, som nævnt tidligere.
7) Kinematik, hvis definition fortæller omat den ikke overvejer årsagerne, der forårsager bevægelse, i visse situationer overvejer den også acceleration. Det er også en vektorstørrelse, som viser, hvor intensivt et idealiseret legemes hastighedsvektor vil ændre sig med en alternativ (parallel) ændring i tidsenheden. Når vi samtidig ved, i hvilken retning begge vektorer - hastighed og acceleration - er rettet, kan vi sige om arten af kroppens bevægelse. Den kan enten være ensartet accelereret (vektorerne er de samme) eller ensartede langsom (vektorerne er i modsatte retninger).
8) Vinkelhastighed. En anden vektormængde. I princippet falder dens definition sammen med den analoge, som vi gav tidligere. Faktisk er den eneste forskel, at det tidligere betragtede tilfælde opstod, når man bevægede sig langs en retlinet bane. Her har vi en cirkulær bevægelse. Det kan være en pæn cirkel, såvel som en ellipse. Et lignende koncept er givet for vinkelacceleration.
Fysik. Kinematik. Formler
For at løse praktiske problemer relateret til kinematik af idealiserede kroppe er der en hel liste over forskellige formler. De giver dig mulighed for at bestemme den tilbagelagte distance, det øjeblikkelige, den indledende endelige hastighed, den tid, hvor kroppen har passeret denne eller hin distance, og meget mere. Et separat tilfælde af anvendelse (privat) er situationer med et simuleret frit fald af en krop. I dem er acceleration (angivet med bogstavet a) erstattet af tyngdeaccelerationen (bogstav g, er numerisk lig 9,8 m/s^2).
Så hvad fandt vi ud af? Fysik - kinematik (hvis formlerneafledt af hinanden) - dette afsnit bruges til at beskrive bevægelsen af idealiserede kroppe uden at tage højde for kraftparametrene, der bliver årsagerne til den tilsvarende bevægelse. Læseren kan altid stifte nærmere bekendtskab med dette emne. Fysik (emnet "kinematik") er meget vigtigt, da det er det, der giver mekanikkens grundlæggende begreber som en global del af den tilsvarende videnskab.
