Kateri so osnovni koncepti kinematike? Kaj je ta znanost in kaj preučuje? Danes bomo govorili o tem, kaj je kinematika, kateri osnovni pojmi kinematike se pojavljajo v nalogah in kaj pomenijo. Poleg tega se pogovorimo o količinah, s katerimi se najpogosteje ukvarjamo.
Kinematika. Osnovni pojmi in definicije
Najprej se pogovorimo o tem, kaj je. Eden najbolj preučenih oddelkov fizike v šolskem tečaju je mehanika. V nedoločenem vrstnem redu ji sledijo molekularna fizika, elektrika, optika in nekatere druge veje, kot sta na primer jedrska in atomska fizika. Toda poglejmo podrobneje mehaniko. Ta veja fizike se ukvarja s preučevanjem mehanskega gibanja teles. Vzpostavlja nekaj vzorcev in preučuje svoje metode.
Kinematika kot del mehanike
Slednji je razdeljen na tri dele: kinematika, dinamika in statika. Te tri vede, če jih lahko tako imenujemo, imajo nekaj posebnosti. Na primer, statika preučuje pravila za ravnotežje mehanskih sistemov. Takoj pride na misel asociacija na tehtnico. Dinamika preučuje zakonitosti gibanja teles, hkrati pa je pozorna na sile, ki delujejo nanje. Toda kinematika dela enako, le sile se ne upoštevajo. Posledično se masa teh istih teles pri nalogah ne upošteva.
Osnovni koncepti kinematike. Mehansko gibanje
Predmet v tej znanosti je materialna točka. Razumemo ga kot telo, katerega dimenzije v primerjavi z določenim mehanskim sistemom lahko zanemarimo. To tako imenovano idealizirano telo je podobno idealnemu plinu, ki ga obravnavamo v oddelku molekularne fizike. Na splošno ima koncept materialne točke, tako v mehaniki na splošno kot v kinematiki, precej pomembno vlogo. Najpogosteje velja za tako imenovano translacijsko gibanje.
Kaj to pomeni in kaj bi lahko bilo?
Običajno se gibi delijo na rotacijske in translacijske. Osnovni pojmi kinematike translacijskega gibanja so povezani predvsem s količinami, uporabljenimi v formulah. O njih bomo govorili kasneje, za zdaj pa se vrnimo k vrsti gibanja. Jasno je, da če govorimo o rotaciji, potem se telo vrti. V skladu s tem se translacijsko gibanje imenuje gibanje telesa v ravnini ali linearno.
Teoretična osnova za reševanje problemov
Kinematika, katere osnovne koncepte in formule zdaj obravnavamo, ima ogromno nalog. To dosežemo z običajno kombinatoriko. Ena metoda raznolikosti je spreminjanje neznanih pogojev. En in isti problem lahko predstavimo v drugačni luči, če preprosto spremenimo namen njegove rešitve. Potrebno je najti razdaljo, hitrost, čas, pospešek. Kot lahko vidite, obstaja veliko možnosti. Če tu vključimo pogoje prostega pada, postane prostor preprosto nepredstavljiv.
Vrednosti in formule
Najprej naredimo eno rezervacijo. Kot je znano, so lahko količine dvojne narave. Po eni strani lahko določena številčna vrednost ustreza določeni vrednosti. Po drugi strani pa ima lahko tudi smer distribucije. Na primer, val. V optiki se soočamo s takšnim konceptom, kot je valovna dolžina. Če pa obstaja koherenten svetlobni vir (isti laser), potem imamo opravka s snopom ravno polariziranih valov. Tako bo val ustrezal ne le številčni vrednosti, ki označuje njegovo dolžino, ampak tudi dani smeri širjenja.
Klasični primer
Takšni primeri so analogija v mehaniki. Pred nami se recimo vozi voziček. Avtornaravo gibanja, lahko določimo vektorske značilnosti njegove hitrosti in pospeška. Pri premikanju naprej (na primer na ravnih tleh) bo to nekoliko težje narediti, zato bomo upoštevali dva primera: ko se voziček zvije navzgor in ko se odkotali navzdol.
Torej si predstavljajmo, da voziček gre rahlo navzgor. V tem primeru se bo upočasnil, če nanj ne bodo delovale zunanje sile. Toda v obratni situaciji, in sicer, ko se voziček odkotali navzdol, se bo pospešil. Hitrost je v dveh primerih usmerjena proti kraju, kamor se predmet premika. To je treba jemati kot pravilo. Toda pospešek lahko spremeni vektor. Pri pojemku je usmerjen v smer, nasprotno od vektorja hitrosti. To pojasnjuje upočasnitev. Podobno logično verigo je mogoče uporabiti za drugo situacijo.
Druge vrednosti
Pravkar smo govorili o tem, da v kinematiki ne delujejo le s skalarnimi količinami, ampak tudi z vektorskimi. Zdaj pa pojdimo še korak dlje. Poleg hitrosti in pospeška se pri reševanju problemov uporabljajo lastnosti, kot sta razdalja in čas. Mimogrede, hitrost je razdeljena na začetno in trenutno. Prvi od njih je poseben primer drugega. Trenutna hitrost je hitrost, ki jo lahko najdemo kadar koli. In z začetnico je verjetno vse jasno.
Naloga
Velik del teorije smo preučili prej v prejšnjih odstavkih. Zdaj ostane le podati osnovne formule. Toda naredili bomo še bolje: ne bomo le upoštevali formul, ampak jih bomo tudi uporabili pri reševanju problema, da bidokončati pridobljeno znanje. Kinematika uporablja cel niz formul, s kombinacijo katerih lahko dosežete vse, kar potrebujete za rešitev. Tukaj je problem z dvema pogojema, da to popolnoma razumete.
Kolesar po prečkanju ciljne črte upočasni. Potreboval je pet sekund, da se je popolnoma ustavil. Ugotovite, s kakšnim pospeškom je upočasnil, pa tudi, koliko zavorne poti mu je uspelo premagati. Zavorna pot se šteje za linearno, končna hitrost je enaka nič. V trenutku prečkanja ciljne črte je bila hitrost 4 metre na sekundo.
Pravzaprav je naloga precej zanimiva in ni tako preprosta, kot se zdi na prvi pogled. Če poskusimo vzeti formulo za razdaljo v kinematiki (S=Vot + (-) (pri ^ 2/2)), potem iz tega ne bo nič, saj bomo imeli enačbo z dvema spremenljivkama. Kako postopati v takem primeru? Gremo lahko na dva načina: najprej izračunamo pospešek tako, da podatke nadomestimo s formulo V=Vo - at, ali pa izrazimo pospešek od tam in ga nadomestimo s formulo za razdaljo. Uporabimo prvo metodo.
Torej, končna hitrost je nič. Začetna - 4 metre na sekundo. S prenosom ustreznih količin na levo in desno stran enačbe dosežemo izraz za pospešek. Tukaj je: a=Vo/t. Tako bo enak 0,8 metra na sekundo na kvadrat in bo imel zavorni značaj.
Pojdi na formulo za razdaljo. Vanj preprosto nadomestimo podatke. Dobimo odgovor: zavorna pot je 10 metrov.
