Kaj je kinematika? To je podpodročje mehanike, ki preučuje matematične in geometrijske metode opisovanja gibanja idealiziranih predmetov. Sodijo v več kategorij. Tema današnjega članka bodo vidiki, ki so nekako povezani s konceptom "kinematike točke". Pokrili bomo številne teme, vendar bomo začeli z najbolj temeljnimi koncepti in razlagami njihove uporabe na tem področju.
Kateri predmeti se štejejo?
Če je kinematika veja fizike, ki preučuje, kako opisati gibanje teles v prostorih različnih velikosti, potem morate operirati s samimi telesi, kajne? Če želite hitro razumeti, kaj je na kocki, lahko najdete multimedijsko lekcijo, namenjeno študentom. Kinematiko je na splošno enostavno razumeti, če razumete njene osnove. Ko se boste seznanili z njimi, boste opazili, da v teoriji obstajajo podatki, da ta veja fizike preučuje zakone gibanja materialnih predmetov.točke. Upoštevajte, kako je definicija predmetov posplošena. Po drugi strani pa materialne točke niso edini predmeti, ki jih kinematika obravnava. Ta veja fizike proučuje principe gibanja tako absolutno togih teles kot idealnih tekočin. Zelo pogosto so vsi ti trije koncepti združeni v enega, preprosto rečeno "idealizirani predmeti". Idealizacija je v tem primeru potrebna za konvencije izračunov in odmik od možnih sistematičnih napak. Če pogledate definicijo materialne točke, boste opazili, da o njej piše naslednje: to je telo, katerega dimenzije lahko v ustrezni situaciji zanemarimo. To je mogoče razumeti takole: v primerjavi s prevoženo razdaljo so linearne dimenzije predmeta zanemarljive.
Kaj se uporablja za opis?
Kot smo že omenili, je kinematika pododdelek mehanike, ki preučuje, kako opisati gibanje točke. Toda če je temu tako, ali to pomeni, da so za izvajanje takšnih operacij potrebni nekateri temeljni koncepti in principi, kot so aksiomatični? da. In v našem primeru so. Prvič, v kinematiki je pravilo, da probleme rešujemo, ne da bi se ozirali na sile, ki delujejo na materialno točko. Vsi dobro vemo, da se bo telo pospešilo ali upočasnilo, če nanj deluje določena sila. In kinematika je pododdelek, ki vam omogoča delovanje s pospeškom. Vendar pa narava nastajajočih sil tukaj ni upoštevana. Za opis gibanja se uporabljajo metode matematične analize, linearne in prostorske geometrije intudi algebra. Določeno vlogo igrajo tudi koordinatne mreže in same koordinate. Toda o tem bomo govorili malo kasneje.
Zgodovina ustvarjanja
Prva dela o kinematiki je sestavil veliki znanstvenik Aristotel. Prav on je oblikoval nekatera temeljna načela te industrije. In čeprav so njegova dela in sklepi vsebovali številna napačna mnenja in razmišljanja, so njegova dela še vedno velike vrednosti za sodobno fiziko. Aristotelova dela je pozneje preučeval Galileo Galilei. Izvedel je znamenite poskuse s poševnim stolpom v Pisi, ko je raziskoval zakonitosti procesa prostega padca telesa. Ko je preučil vse znotraj in zunaj, je Galileo Aristotelove razmisleke in zaključke podvrgel ostrim kritikam. Če je slednji na primer zapisal, da je sila vzrok za gibanje, je Galileo dokazal, da je sila vzrok za pospešek, ne pa, da se bo telo dvignilo ter se začelo premikati in premikati. Po Aristotelu lahko telo pridobi hitrost le, če je izpostavljeno določeni sili. Vemo pa, da je to mnenje napačno, saj gre za enotno translacijsko gibanje. To še enkrat dokazujejo formule kinematike. In prešli bomo na naslednje vprašanje.
Kinematika. fizika. Osnovni koncepti
V tem razdelku so številna temeljna načela in definicije. Začnimo z glavnim.
Mehansko gibanje
Verjetno skušamo iz šolske klopi postaviti idejo, kaj lahko štejemo za mehansko gibanje. S tem se ukvarjamo vsak dan, vsako uro, vsako sekundo. Mehansko gibanje bomo obravnavali kot proces, ki se dogaja v prostoru skozi čas, in sicer spremembo položaja telesa. Hkrati se za proces pogosto uporablja relativnost, torej pravijo, da se je položaj, recimo, prvega telesa spremenil glede na položaj drugega. Predstavljajmo si, da imamo na štartni črti dva avtomobila. Zelena luč operaterja ali luči se prižgejo - in avtomobili vzletijo. Na samem začetku je že sprememba položaja. Poleg tega lahko o tem govorite dolgo in dolgočasno: glede tekmovalca, glede startne črte, glede fiksnega gledalca. Morda pa je ideja jasna. Enako lahko rečemo za dve osebi, ki gresta bodisi v eno ali v različne smeri. Položaj vsakega od njih glede na drugega se spremeni v vsakem trenutku.
Referenčni sistem
Kinematika, fizika - vse te znanosti uporabljajo tako temeljni koncept, kot so referenčni okviri. Pravzaprav igra zelo pomembno vlogo in se uporablja pri praktičnih problemih skoraj povsod. Z referenčnim okvirom je mogoče povezati še dve pomembni komponenti.
Koordinatna mreža in koordinate
Slednje niso nič drugega kot zbirka številk in črk. Z uporabo določenih logičnih nastavitev lahko sestavimo svojeenodimenzionalno ali dvodimenzionalno koordinatno mrežo, ki nam bo omogočila reševanje najpreprostejših problemov spreminjanja položaja materialne točke v določenem časovnem obdobju. Običajno se v praksi uporablja dvodimenzionalna koordinatna mreža z osema X ("x") in Y ("y"). V tridimenzionalnem prostoru dodaja os Z (»z«), v enodimenzionalnem prostoru pa je prisoten samo X. Artiljerci in izvidniki pogosto delajo s koordinatami. In prvič se z njimi srečamo v osnovni šoli, ko začnemo risati segmente določene dolžine. Konec koncev, diplomiranje ni nič drugega kot uporaba koordinat za označevanje začetka in konca.
Kinematika 10. Količine
Glavne količine, ki se uporabljajo pri reševanju problemov o kinematiki materialne točke, so razdalja, čas, hitrost in pospešek. Pogovorimo se o zadnjih dveh podrobneje. Obe količini sta vektorski. Z drugimi besedami, nimajo le številčnega indikatorja, temveč tudi določeno vnaprej določeno smer. Gibanje telesa bo potekalo v smeri, v katero je usmerjen vektor hitrosti. Hkrati pa ne smemo pozabiti na vektor pospeška, če imamo primer neenakomernega gibanja. Pospešek je lahko usmerjen v isto ali nasprotno smer. Če so sousmerjeni, se bo telo začelo premikati hitreje in hitreje. Če sta nasproti, se bo predmet upočasnil, dokler se ne ustavi. Po tem bo ob prisotnosti pospeška telo pridobilo nasprotno hitrost, torej se bo premikalo v nasprotni smeri. Vse to v praksi zelo zelo nazorno pokaže kinematika. 10. razred je ravno toobdobje, ko je ta del fizike dovolj razkrit.
Formule
Kinematične formule so precej preproste tako za izpis kot za pomnjenje. Na primer, formula za razdaljo, ki jo prepotuje predmet v danem času, je naslednja: S=VoT + aT^2/2. Kot lahko vidimo, imamo na levi strani ravno enako razdaljo. Na desni strani najdete začetno hitrost, čas in pospešek. Predznak plus je le pogojen, saj lahko pospešek med procesom upočasnjevanja objekta dobi negativno skalarno vrednost. Na splošno kinematika gibanja pomeni obstoj ene vrste hitrosti, nenehno pravimo "začetna", "končna", "trenutna". Trenutna hitrost se pojavi v določenem trenutku. Ampak navsezadnje, če mislite tako, potem končne ali začetne komponente niso nič drugega kot njegove posebne manifestacije, kajne? Tema "Kinematika" je verjetno priljubljena med šolarji, saj je preprosta in zanimiva.
Primeri težav
V najpreprostejši kinematiki obstajajo cele kategorije zelo različnih nalog. Vsi so tako ali drugače povezani s gibanjem materialne točke. Na primer, pri nekaterih je treba določiti razdaljo, ki jo telo prepotuje v določenem času. V tem primeru so lahko znani parametri, kot sta začetna hitrost in pospešek. Ali pa bo morda študent dobil nalogo, ki bo sestavljena le iz potrebe po izražanju in izračunu pospeška telesa. Vzemimo primer. Avto zažene iz statičnega položaja. Kakšno razdaljo bo imel čas premagati v 5 sekundah, če je njegov pospešek tri metre,deljeno s sekundo na kvadrat?
Za rešitev tega problema potrebujemo formulo S=VoT + at^2/2. Vanj preprosto nadomestimo razpoložljive podatke. To je pospešek in čas. Upoštevajte, da bo izraz Vot šel na nič, saj je začetna hitrost enaka nič. Tako dobimo številčni odgovor 75 metrov. To je to, problem rešen.
Rezultati
Tako smo ugotovili temeljna načela in definicije, dali primer formule in se pogovarjali o zgodovini nastanka tega pododdelka. Kinematika, katere koncept se uvaja v sedmem razredu pri pouku fizike, se še naprej nenehno izboljšuje v okviru relativističnega (neklasičnega) odseka.
