Hvad er kinematik? Sektion for mekanik, studere den matematiske beskrivelse af bevægelsen af idealiserede kroppe

Hvad er kinematik? Med sin definition for første gang begynder elever på gymnasier på fysisk lektion at blive bekendt. Mekanik (kinematik er en af dens sektioner) udgør selve størstedelen af denne videnskab. Normalt præsenteres den først for eleverne i lærebøger. Som sagt er kinematik et underafsnit af mekanik. Men da det handler om hende, snakker vi om dette mere detaljeret.

Mekanik som en del af fysikken

Selve ordet "mekanik" er af græsk oprindelse og er bogstaveligt oversat som kunsten at bygge maskiner. I fysik betragtes det som et afsnit, der studerer bevægelsen af såkaldte materialelegemer i forskellige dimensionelle rum (det vil sige bevægelse kan forekomme i et plan, på et konventionelt koordinatgitter eller i det tredimensionale rum). Undersøgelsen af samspillet mellem materialepunkter er en af de opgaver, der udføres af mekanikere (kinematik er undtagelsen fra deres regel, da den omhandler modellering og analyse af alternative situationer uden at tage hensyn til effektparametre). Med alt dette skal det bemærkes, at den relevante del af fysikken indebærer under bevægelsen forandringen i kroppens stilling i rummet over tid. Denne definition gælder ikke kun for materielle punkter eller organer som helhed, men også for deres dele.

Konceptet kinematik

Titlen på denne del af fysikken har også en græsk oprindelse og bogstaveligt oversættes som "move". Således får vi den oprindelige, endnu ikke dannede, virkelig svar på spørgsmålet om, hvad der er kinematik. I dette tilfælde kan vi sige, at afsnittet undersøger matematiske metoder til at beskrive forskellige typer bevægelser af direkte idealiserede organer. Vi taler om de såkaldte helt solide kroppe, om ideelle væsker, og selvfølgelig om materielle punkter. Det er meget vigtigt at huske, at når motivet anvendes, tages der ikke hensyn til årsagerne til bevægelsen. Det vil sige, at parametre som kropsmasse eller kraft, som påvirker bevægelsens karakter, ikke er underlagt overvejelser.

Grundlag for kinematik

De omfatter sådan en ting som tid og rum. Et af de enkleste eksempler er den situation, hvor et materielt punkt bevæger sig langs en cirkel af en vis radius. I dette tilfælde vil kinematikken tilskrives den obligatoriske eksistens af en sådan mængde som centripetal accelerationen, som langs vektoren ledes fra selve kroppen til midten af cirklen. Det vil sige, at accelerationsvektoren ved en hvilken som helst af instanterne vil falde sammen med cirkelens radius. Men selv i dette tilfælde (i nærværelse af centripetal acceleration) vil kinematik ikke indikere hvilken natur har den kraft, der forårsagede dens udseende. Dette er allerede handlingen, som afmonterer dynamikken.

Hvilken slags kinematik?

Så faktisk gav vi svaret på, hvad der er kinematik. Det er en del af mekanik, der studerer måder at beskrive bevægelsen af idealiserede objekter uden at studere kraftparametrene. Lad os nu tale om, hvilken slags kinematik der kan være. Den første type er klassisk. Det er sædvanligt at overveje absolutte rumlige og tidsmæssige egenskaber ved en bestemt type bevægelse. I den første rolle spiller længden af segmenterne i den sidstnævnte rolle tidsintervallerne. Med andre ord kan vi sige, at disse parametre forbliver uafhængige af valget af referencerammen.

relativistisk

Den anden type kinematik er relativistisk. I den mellem de to tilsvarende hændelser kan de tidsmæssige og rumlige egenskaber ændre sig, hvis en overgang er lavet fra en referenceramme til en anden. Samtidigheden af de to begivenheders oprindelse i denne sag antager også en udelukkende relativ karakter. I denne form for kinematik kombineres to separate begreber (og vi taler om rum og tid) sammen i en. I den bliver en mængde, som normalt kaldes et interval, uforanderlige under Lorentz-transformationer.

Historien om oprettelsen af kinematik

Vi formåede at forstå konceptet og give et svar på spørgsmålet om, hvad der er kinematik. Men hvad var historiens fremkomst som et underafsnit af mekanik? Det er det, vi skal tale om lige nu. I lang tid var alle begreberne i dette underafsnit baseret på værker, der var skrevet af Aristoteles selv. I dem var der tilsvarende udtalelser om, at kroppens hastighed i efteråret er direkte proportional med den numeriske værdi af vægten af en bestemt krop. Det blev også nævnt, at bevægelsens årsag er direkte kraft, og i fraværet kan der ikke være bevægelse og tale.

Erfaringer fra Galileo

Aristoteles arbejde i slutningen af sekstende århundrede var interesseret i den berømte forsker Galileo Galilei. Han begyndte at studere processen med frit fald i kroppen. Man kan nævne sine eksperimenter, som han gennemførte ved det skæve tårn i Pisa. Også forskeren studerede træghedsprocessen i organer. Til sidst formåede Galileo at bevise, at Aristoteles i hans værker var forkert, og han lavede en række fejlagtige konklusioner. I den tilsvarende bog præsenterede Galileo resultaterne af det udførte arbejde med bevis for, at Aristoteles konklusioner var fejlagtige.

Moderne kinematik, som det betragtes i dag, blev født i januar 1700 år. Derefter lavede Pierre Varignon en tale for det franske videnskabsakademi. Han gav også de første begreber om acceleration og hastighed, skrive og forklare dem i en differentieret form. Lidt senere noterede Ampere nogle af de kinematiske repræsentationer. I det attende århundrede brugte han den såkaldte beregning af variationer i kinematik. Den specielle relativitetsteori, der blev skabt endnu senere, viste, at rummet som tiden ikke er absolut. Samtidig blev det påpeget, at hastigheden kan være fundamentalt begrænset. Det var sådan grund, at kinematikken skubbedes til udvikling inden for rammerne og begreberne af såkaldt relativistisk mekanik.

De begreber og mængder, der anvendes i afsnittet

Kinematikens grundelementer omfatter flere mængder, som ikke kun teoretisk anvendes, men også foregår i praktiske formler, der anvendes til modellering og løsning af et bestemt udvalg af problemer. Lad os bekendtgøre disse mængder og begreber mere detaljeret. Lad os starte med måske sidstnævnte.

1) Mekanisk bevægelse. Det defineres som forandringen i den geografiske position af en bestemt idealiseret krop i forhold til andre (materialepunkter) under ændringen i tidsintervallet. I dette tilfælde har de nævnte organer tilsvarende interaktionskræfter.

2) Referencerammen. Kinematikken, som vi tidligere har defineret, 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 referencerammen nødvendig for en vellykket beskrivelse af en bestemt type bevægelse.

3) Koordinater. At være en konventionel imaginær indikator, der er uløseligt forbundet med det foregående koncept (referenceramme), er koordinaterne intet mere end den måde, hvorpå positionen af den idealiserede krop i rummet bestemmes. I dette tilfælde kan cifre og specielle symboler bruges til beskrivelsen. Koordinaterne bruges ofte af spejdere og artilleri.

4) Radius vektor. Dette er en fysisk mængde, som i praksis bruges til at indstille en idealiseret krops position med henblik på den oprindelige position (og ikke kun). Kort sagt, et bestemt punkt er taget og fastgjort til konventionen. Ofte er dette koordinatets oprindelse. Så, efter dette, siger, en idealiseret krop fra dette punkt begynder at bevæge sig langs en fri vilkårlig bane. På ethvert tidspunkt kan vi forbinde kroppens position med oprindelsen, og den resulterende lige linje vil ikke være mere end en radiusvektor.

5) Kinematikafsnittet bruger forestillingen. Det er en almindelig kontinuerlig linje, der er skabt under bevægelsen af en idealiseret krop med vilkårlig fri bevægelse i et andet mellemrum. Banen kan derfor være retlinet, cirkulært og brudt.

6) Kinematikken i kroppen er uløseligt forbundet med en sådan fysisk mængde som hastighed. Faktisk er dette en vektormængde (det er meget vigtigt at huske, at begrebet en skalær mængde kun gælder for det i ekstraordinære situationer), som vil karakterisere hastigheden af forandringen i den idealiserede kropps stilling. Dens vektor anses normalt for at skyldes, at hastigheden bestemmer retningen for den aktuelle bevægelse. For at anvende konceptet er det nødvendigt at anvende en referenceramme som tidligere nævnt.

7) Kinematik, hvis definition fortæller, at den ikke anser årsagerne til bevægelse, i visse situationer, overvejelser og acceleration. Det er også en vektormængde, der viser, hvor intensivt hastighedsvektoren af en idealiseret krop vil ændre sig under en alternativ (parallel) ændring i tidsenheden. At kende på samme tid, i hvilken retning begge vektorer er rettet - hastigheder og accelerationer - kan man sige om karakteren af bevægelsen af kroppen. Det kan enten være ensartet accelereret (vektorer falder sammen), eller lige langsomt (vektorer er forskelligt rettet).

8) Vinkelhastighed. En anden vektor mængde. I princippet falder dens definition sammen med den, vi tidligere gav. Faktisk ligger forskellen kun i, at den tidligere betragtede sag opstod under bevægelse langs en retlinet bane. Så har vi en cirkulær bevægelse. Det kan være en pæn cirkel, såvel som en ellipse. Et lignende koncept er givet for vinkel acceleration.

Fysik. Kinematik. formel

For at løse praktiske problemer relateret til kinematik af idealiserede kroppe, er der en hel liste over meget forskellige formler. De giver dig mulighed for at bestemme den tilbagelagte afstand, øjeblikkelig, indledende sluthastighed, tid for hvilken kroppen har passeret denne eller den pågældende afstand og meget mere. Et særligt tilfælde af anvendelse (privat) er situationen med et modelleret frit fald i kroppen. I dem erstattes accelerationen (betegnet med bogstavet a) med tyngdepunktets acceleration (bogstav g, numerisk lig med 9,8 m / s ^ 2).

Så hvad fandt vi ud af? Fysik - kinematik (hvis formler er afledt af hinanden) - dette afsnit bruges til at beskrive bevægelsen af idealiserede kroppe uden at tage hensyn til de kraftparametre, der bliver årsagerne til forekomsten af den tilsvarende bevægelse. Læseren kan altid lære mere om dette emne. Fysik (temaet "kinematik") er meget vigtigt, fordi det giver de grundlæggende begreber om mekanik som et globalt afsnit af den relevante videnskab.