Što je kinematika? Sekcija mehanike, proučavajući matematički opis kretanja idealiziranih tijela

Što je kinematika? S njegovom definicijom po prvi put se upoznaju učenici srednjih škola na fizičkim satima. Mehanika (kinematika je jedan od njezinih odjeljaka) sama sebe čini većim dijelom ove znanosti. Obično je studentima prvo predstavljen u udžbenicima. Kao što smo rekli, kinematika je pododjeljak mehanike. Ali budući da je riječ o njoj, razgovarajmo o tome detaljno.

Mehanika kao dio fizike

Veoma riječ "mehanika" grčkoga je podrijetla i doslovno je prevedena kao umjetnost građevinskih strojeva. U fizici se smatra dijelom koja proučava kretanje tzv. Materijalnih tijela u različitim dimenzionalnim prostorima (to jest, kretanje se može dogoditi u jednoj ravnini, na konvencionalnoj koordinatnoj mreži ili u trodimenzionalni prostor). Proučavanje interakcije između materijalnih točaka jedan je od zadataka mehanike (kinematika je izuzetak njihova pravila, jer se bavi modeliranjem i analizom alternativnih situacija bez uzimanja u obzir utjecaja parametara sile). Uz sve to treba napomenuti da odgovarajući dio fizike podrazumijeva pod kretanjem promjena u položaju tijela u prostoru tijekom vremena. Ova se definicija odnosi ne samo na materijalne bodove ili tijela općenito, već i na njihove dijelove.

Koncept kinematike

Naziv ovog dio fizike također ima grčki podrijetlo i doslovno je preveden kao "potez". Dakle, dobivamo početni, još neformirani, doista odgovor na pitanje što je kinematika. U ovom slučaju, možemo reći da dio proučava matematičke metode opisa jednog ili drugog vrste prometa izravno idealiziranih tijela. Riječ je o takozvanim apsolutno čvrstim tijelima, o idealnim tekućinama i, naravno, o materijalnim točkama. Vrlo je važno zapamtiti da pri primjeni opisa razlozi za kretanje ne uzimaju se u obzir. To jest, takvi parametri kao težina tijela ili sile koja utječe na karakter njegova kretanja ne podliježu razmatranju.

Osnove kinematike

Oni uključuju pojmove kao što su vrijeme i prostor. Jedan od najjednostavnijih primjera je situacija u kojoj se, recimo, materijalna točka kreće uz krug određenog radijusa. U tom slučaju, atribut je obavezno kinematika postojanje takvih veličina kao centripetalne akceleracije koja je usmjerena duž vektora iz tijela prema središtu kruga. To jest, vektor ubrzanja u bilo kojem od trenutaka podudara se s radijusom kruga. Ali čak iu ovom slučaju (u prisutnosti centripetalnog ubrzanja), kinematika neće ukazivati ​​na prirodu sile koja je uzrokovala da se ona pojavi. To je već akcija koja rastavlja dinamiku.

Kakvu vrstu kinematike?

Dakle, dali smo odgovor na ono što je kinematika. To je dio mehanike koji proučava načine opisivanja gibanja idealiziranih predmeta bez proučavanja parametara sile. Sada razgovarajmo o kinematičkoj vrsti. Njegov prvi tip je klasičan. Uobičajeno je uzeti u obzir apsolutne prostorne i vremenske karakteristike određene vrste gibanja. U ulozi prve, duljine segmenata pojavljuju se, u ulozi potonjeg, vremenskih intervala. Drugim riječima, možemo reći da ti parametri ostaju neovisni o izboru referentnog okvira.

relativistička

Druga vrsta kinematike je relativistička. U njemu, između dva odgovarajuća događaja, vremenska i prostorno obilježja mogu se mijenjati ako se prijelaz od jednog referentnog okvira do drugog. Istodobnost podrijetla dvaju događaja u ovom slučaju također pretpostavlja isključivo relativnu prirodu. U ovom obliku kinematike, dva zasebna koncepta (i mi govorimo o prostoru i vremenu) spajaju se u jedan. U njemu, količina, koja se obično zove interval, postaje nepromjenjiva pod Lorentzovim transformacijama.

Povijest stvaranja kinematike

Uspjeli smo shvatiti koncept i dati odgovor na pitanje što je kinematika. No, kakva je to bila povijest njenog nastanka kao pododjeljka mehanike? O tome bismo trebali razgovarati upravo sada. Dugo su vremena svi koncepti ovog pododjeljka bili zasnovani na djelima koja je sam napisao Aristotel. U njima su postojale odgovarajuće tvrdnje da je brzina tijela u jesen izravno proporcionalna numeričkom indeksu težine određenog tijela. Također je spomenuto da je uzrok pokreta izravno sila, au njegovoj odsutnosti ne može biti pokreta i govora.

Iskustva Galilea

Rad Aristotela krajem šesnaestog stoljeća bio je zainteresiran za poznatog znanstvenika Galileja Galileja. Počeo je proučavati proces slobodnog pada tijela. Može se spomenuti i njegov eksperiment, koji je proveo u Klesarskom tornju u Pisi. Također, znanstvenik je proučavao proces inercije tijela. Na kraju, Galileo je uspio dokazati da je Aristotel bio u krivu u njegovim djelima i da je napravio niz pogrešnih zaključaka. U odgovarajućoj knjizi Galileo je iznio rezultate rada provedenog s dokazima pogrešnosti Aristotelovih zaključaka.

Moderna kinematika, kako se danas smatra, rođena je u siječnju 1700. godine. Zatim je Pierre Varignon održao govor pred Francuskom akademijom znanosti. Također je dao prve koncepte ubrzanja i brzine, pisanja i objašnjavanja u diferencijalnom obliku. Malo kasnije, Ampere je zabilježio neke kinematičke prikaze. U osamnaestom stoljeću, koristio je takozvani kalkulaciju varijacija kinematike. Posebna teorija relativnosti, stvorena još kasnije, pokazala je da prostor, poput vremena, nije apsolutan. Istodobno je istaknuto da brzina može biti u osnovi ograničena. Upravo su takvi razlozi potaknuli razvoj kinematike u okvir i koncepte takozvane relativističke mehanike.

Koncepti i količine korištene u odjeljku

Temelji kinematike uključuju nekoliko količina koje se ne upotrebljavaju samo teoretski nego i u praktičnim formulama koje se koriste u modeliranju i rješavanju određenog niza problema. Upoznajte se s tim količinama i pojmovima s više pojedinosti. Počnimo, možda, s potonjem.

1) Mehanički pokret. Ona se definira kao promjena u prostornom položaju određenog idealiziranog tijela u odnosu na drugu (materijalne točke) tijekom promjene vremenskog intervala. U ovom slučaju, tijela koja se spominju imaju odgovarajuće sile interakcije.

2) Referentni sustav. Kinematika, definicija koju smo ranije dali, temelji se na korištenju koordinatnog sustava. Prisutnost njegovih varijacija je jedan od nužnih uvjeta (drugi uvjet je uporaba instrumenata ili sredstava za mjerenje vremena). Općenito, referentni sustav je neophodan za uspješan opis određene vrste kretanja.

3) Koordinira. Kao konvencionalni imaginarni pokazatelj, nerazdvojivo povezan s prethodnim konceptom (referentni okvir), koordinate nisu ništa drugo nego način na koji se određuje položaj idealiziranog tijela u prostoru. U ovom slučaju, za opis se mogu koristiti likovi i posebni simboli. Koordinate često koriste izviđači i artiljeri.

4) Vektor radiusa. Ovo je fizička veličina, što se u praksi koristi za postavljanje položaja idealiziranog tijela s okom na izvorni položaj (i ne samo). Jednostavno rečeno, određena se točka uzima i učvršćuje za konvenciju. Najčešće je ovo podrijetlo koordinata. Dakle, nakon ovog, recimo, idealizirano tijelo iz ove točke počinje se kretati slobodnom arbitrarnošću putanja. U bilo kojem trenutku možemo povezati položaj tijela s podrijetlom, a dobivena ravna linija bit će ništa više od vektora radijusa.

5) Odjel kinematike koristi pojam putanja. To je obična kontinuirana linija koja se stvara pri kretanju idealiziranog tijela s proizvoljnim slobodnim kretanjem u prostoru različitih veličina. Putanja, prema tome, mogu biti pravocrtne, kružne i slomljene.

6) Kinematika tijela je neodvojivo povezana s takvom fizičkom veličinom kao brzinom. Zapravo, ovo vrijednost vektora (Vrlo je važno zapamtiti da je koncept skalarna veličina je primjenjivo samo u iznimnim situacijama), koji će dati brzinu odziva promjene u položaju idealizirane tijela. Njegov vektor se obično smatra zbog toga što brzina određuje smjer trenutnog kretanja. Da biste koristili koncept, potrebno je primijeniti referentni okvir, kao što je ranije spomenuto.

7) Kinematika, čija definicija govori da ne razmatra uzroke koji uzrokuju kretanje, u određenim situacijama, smatra i ubrzava. To je također vektorska količina koja pokazuje koliko intenzitet vektor brzine idealiziranog tijela mijenja pod alternativnom (paralelnom) promjenom u jedinici vremena. Znajući istovremeno, u kojem smjeru su usmjereni oba vektora - brzine i ubrzanja - može se reći o prirodi kretanja tijela. Može se ujednačeno ubrzati (vektori se podudaraju) ili jednako spor (vektori su različito usmjereni).

8) Kutna brzina. Još jedna vektorska količina. U načelu, njegova definicija podudara se s onom koju smo ranije dali. U stvari, razlika leži samo u činjenici da se prethodno razmatran slučaj dogodio kada se kreće duž pravocrtne putanje. Zatim imamo kružno kretanje. To može biti uredan krug, kao i elipsa. Sličan se koncept daje za kutno ubrzanje.

Fizika. Kinematika. formula

Kako bi se riješili praktični problemi vezani uz kinematiku idealiziranih tijela, postoji čitav popis vrlo različitih formula. Omogućuju vam da odredite udaljenost putovanja, trenutačnu, početnu konačnu brzinu, vrijeme za koje je tijelo prošlo ta ili ta udaljenost i još mnogo toga. Poseban slučaj primjene (privatni) je situacija s modeliranim slobodnim padom tijela. U njima je ubrzanje (označeno slovom a) zamijenjeno s ubrzanje gravitacije (slovo g je brojčano jednako 9,8 m / s ^ 2).

Dakle, što smo saznali? Fizika - kinematika (formule koje se izvode jedna od druge) - ovaj dio se koristi za opisivanje gibanja idealizira tijela osim parametara sile koje postaju uzroci odgovarajućeg pokreta. Čitatelj uvijek može naučiti više o ovoj temi. Fizika (tema „kinematika”) je vrlo važno, jer mu daje osnovna znanja o mehanici koliko globalne dionice mjerodavnog znanosti.