Kaj je kinematika? Srednjošolci se prvič začnejo seznanjati z njegovo definicijo pri pouku fizike. Mehanika (kinematika je ena od njenih vej) sama predstavlja velik del te znanosti. Ponavadi se študentom najprej predstavi v učbenikih. Kot smo rekli, je kinematika pododdelek mehanike. Ker pa govorimo o njej, se pogovorimo o tem malo bolj podrobno.
Mehanika kot del fizike
Beseda "mehanika" je grškega izvora in se dobesedno prevaja kot umetnost gradnje strojev. V fiziki velja za odsek, ki preučuje naše gibanje tako imenovanih materialnih teles v različnih prostorih (to je, da se gibanje lahko zgodi v eni ravnini, na pogojni koordinatni mreži ali v tridimenzionalnem prostoru). Proučevanje interakcije med materialnimi točkami je ena od nalog, ki jih opravlja mehanika (kinematika je izjema od tega pravila, saj se ukvarja z modeliranjem in analizo alternativnih situacij brez upoštevanja vpliva parametrov sile). Ob vsem tem je treba opozoriti, da je ustrezna veja fizikepomeni s gibanjem spremembo položaja telesa v prostoru skozi čas. Ta definicija se ne uporablja samo za materialne točke ali telesa kot celoto, temveč tudi za njihove dele.
Koncept kinematike
Ime tega oddelka fizike je tudi grškega izvora in se dobesedno prevaja kot "premik". Tako dobimo začetni, še ne zares oblikovan odgovor na vprašanje, kaj je kinematika. V tem primeru lahko rečemo, da sekcija proučuje matematične metode za opis nekaterih vrst gibanja neposredno idealiziranih teles. Govorimo o tako imenovanih absolutno trdnih telesih, o idealnih tekočinah in seveda o materialnih točkah. Zelo pomembno je vedeti, da se pri uporabi opisa vzroki gibanja ne upoštevajo. To pomeni, da se parametri, kot sta telesna masa ali sila, ki vplivajo na naravo njegovega gibanja, ne upoštevajo.
Osnove kinematike
Vključujejo koncepte, kot sta čas in prostor. Kot enega najpreprostejših primerov lahko navedemo situacijo, ko se, recimo, materialna točka premika po krogu določenega polmera. V tem primeru bo kinematika pripisala obvezen obstoj takšne količine, kot je centripetalni pospešek, ki je usmerjen vzdolž vektorja od samega telesa do središča kroga. To pomeni, da bo vektor pospeška kadar koli sovpadal s polmerom kroga. Toda tudi v tem primeru (zcentripetalni pospešek) kinematika ne bo pokazala narave sile, zaradi katere se je pojavil. To so že dejanja, ki jih dinamika razčleni.
Kakšna je kinematika?
Torej smo pravzaprav dali odgovor, kaj je kinematika. To je veja mehanike, ki preučuje, kako opisati gibanje idealiziranih predmetov brez preučevanja parametrov sile. Zdaj pa se pogovorimo o tem, kaj je lahko kinematika. Njena prva vrsta je klasična. Običajno je upoštevati absolutne prostorske in časovne značilnosti določene vrste gibanja. V vlogi prvega se pojavljajo dolžine segmentov, v vlogi drugega pa časovni intervali. Z drugimi besedami, lahko rečemo, da ti parametri ostanejo neodvisni od izbire referenčnega sistema.
relativistično
Druga vrsta kinematike je relativistična. V njej se lahko med dvema ustreznima dogodkoma spremenijo časovne in prostorske značilnosti, če se izvede prehod iz enega referenčnega okvira v drugega. Istočasnost nastanka dveh dogodkov v tem primeru dobi tudi izključno relativni značaj. V tovrstni kinematiki se dva ločena koncepta (in govorimo o prostoru in času) združita v enega. V njem količina, ki se običajno imenuje interval, postane invariantna glede na Lorentzijeve transformacije.
Zgodovina nastanka kinematike
Miuspel razumeti koncept in dati odgovor na vprašanje, kaj je kinematika. Toda kakšna je bila zgodovina njenega nastanka kot pododdelka mehanike? To je tisto, o čemer moramo zdaj govoriti. Dolgo časa so vsi koncepti tega pododdelka temeljili na delih, ki jih je napisal sam Aristotel. Vsebovali so ustrezne trditve, da je hitrost telesa med padcem premosorazmerna s številčnim indikatorjem teže določenega telesa. Omenjeno je bilo tudi, da je vzrok gibanja neposredno sila, v odsotnosti pa ne more biti govora o kakršnem koli gibanju.
Galilejevi eksperimenti
Sloviti znanstvenik Galileo Galilei se je ob koncu šestnajstega stoletja začel zanimati za Aristotelova dela. Začel je preučevati proces prostega padca telesa. Omeniti je treba njegove poskuse na poševnem stolpu v Pisi. Znanstvenik je preučeval tudi proces vztrajnosti teles. Na koncu je Galileju uspelo dokazati, da se je Aristotel v svojih delih motil, in naredil številne napačne zaključke. V ustrezni knjigi je Galileo orisal rezultate opravljenega dela z dokazi o zmotnosti Aristotelovih zaključkov.
Za moderno kinematiko se zdaj šteje, da je nastala januarja 1700. Nato je pred francosko akademijo znanosti spregovoril Pierre Varignon. Prinesel je tudi prve pojme pospeška in hitrosti ter jih zapisal in razložil v diferencialni obliki. Malo kasneje se je Ampere seznanil tudi z nekaterimi kinematičnimi zamislimi. V osemnajstem stoletju je v kinematiki uporabil t.ivariacijski račun. Posebna relativnostna teorija, ki je nastala še pozneje, je pokazala, da prostor tako kot čas ni absoluten. Hkrati je bilo poudarjeno, da bi lahko hitrost bistveno omejili. Prav ti temelji so spodbudili razvoj kinematike v okviru in konceptov tako imenovane relativistične mehanike.
Koncepti in količine, uporabljeni v razdelku
Osnove kinematike vključujejo več veličin, ki se uporabljajo ne le v teoretičnem smislu, ampak se pojavljajo tudi v praktičnih formulah, ki se uporabljajo pri modeliranju in reševanju določenega obsega problemov. S temi količinami in pojmi se seznanimo podrobneje. Začnimo z zadnjimi.
1) Mehansko gibanje. Opredeljuje se kot spremembe v prostorskem položaju določenega idealiziranega telesa glede na druge (materialne točke) med spreminjanjem časovnega intervala. Hkrati imajo omenjena telesa ustrezne sile medsebojnega delovanja.
2) Referenčni sistem. Kinematika, ki smo jo definirali prej, temelji na uporabi koordinatnega sistema. Prisotnost njegovih variacij je eden od nujnih pogojev (drugi pogoj je uporaba instrumentov ali sredstev za merjenje časa). Na splošno je za uspešen opis ene ali druge vrste gibanja potreben referenčni okvir.
3) Koordinate. Kot pogojni imaginarni indikator, ki je neločljivo povezan s prejšnjim konceptom (referenčnim okvirjem), koordinate niso nič drugega kot metoda, s katero se položaj idealiziranega telesa vprostor. V tem primeru lahko za opis uporabite številke in posebne znake. Koordinate pogosto uporabljajo skavti in strelci.
4) Vektor polmera. To je fizikalna količina, ki se v praksi uporablja za nastavitev položaja idealiziranega telesa s pogledom na prvotni položaj (in ne samo). Preprosto povedano, določena točka je vzeta in je določena za konvencijo. Najpogosteje je to izvor koordinat. Torej se po tem, recimo, idealizirano telo od te točke začne gibati po prosti poljubni poti. V vsakem trenutku lahko povežemo položaj telesa z izhodiščem in nastala ravna črta ne bo nič drugega kot polmer vektorja.
5) Odsek kinematike uporablja koncept trajektorije. Gre za navadno neprekinjeno črto, ki nastane med gibanjem idealiziranega telesa med poljubnim prostim gibanjem v različno velikem prostoru. Pot je lahko pravokotna, krožna in prekinjena.
6) Kinematika telesa je neločljivo povezana s tako fizično količino, kot je hitrost. Pravzaprav je to vektorska količina (zelo pomembno je vedeti, da se koncept skalarne količine zanjo uporablja le v izjemnih situacijah), ki bo označevala hitrost spreminjanja položaja idealiziranega telesa. Šteje se za vektor zaradi dejstva, da hitrost določa smer tekočega gibanja. Za uporabo koncepta morate uporabiti referenčni okvir, kot je bilo omenjeno prej.
7) Kinematika, katere definicija govori oda ne upošteva vzrokov, ki povzročajo gibanje, v določenih situacijah upošteva tudi pospeševanje. Je tudi vektorska količina, ki kaže, kako intenzivno se bo spreminjal vektor hitrosti idealiziranega telesa z alternativno (vzporedno) spremembo v enoti časa. Če hkrati vemo, v katero smer sta oba vektorja - hitrost in pospešek - usmerjena, lahko rečemo o naravi gibanja telesa. Lahko je enakomerno pospešen (vektorji so enaki) ali enakomerno počasen (vektorji so v nasprotnih smereh).
8) Kotna hitrost. Druga vektorska količina. Načeloma njegova definicija sovpada z analogno, ki smo jo dali prej. Pravzaprav je edina razlika v tem, da se je prej obravnavani primer zgodil pri premikanju po pravokotni poti. Tukaj imamo krožno gibanje. Lahko je čeden krog, pa tudi elipsa. Podoben koncept je podan za kotni pospešek.
Fizika. Kinematika. Formule
Za reševanje praktičnih problemov, povezanih s kinematiko idealiziranih teles, obstaja cel seznam različnih formul. Omogočajo vam, da določite prevoženo razdaljo, trenutno, začetno končno hitrost, čas, v katerem je telo preteklo to ali ono razdaljo, in še veliko več. Poseben primer uporabe (zasebni) so situacije s simuliranim prostim padcem telesa. V njih je pospešek (označen s črko a) nadomeščen s pospeškom težnosti (črka g, številčno enaka 9,8 m/s^2).
Kaj smo torej izvedeli? Fizika - kinematika (formule katereizpeljani drug iz drugega) - ta razdelek se uporablja za opis gibanja idealiziranih teles brez upoštevanja parametrov sile, ki postanejo vzroki ustreznega gibanja. Bralec se lahko vedno bolj podrobno seznani s to temo. Fizika (tema "kinematika") je zelo pomembna, saj daje osnovne pojme mehanike kot globalnega odseka ustrezne znanosti.
