Kaj je kinematika? Odsek mehanike, proučevanje matematičnega opisa gibanja idealiziranih teles

Kaj je kinematika? S svojo opredelitvijo se prvič seznanijo učenci srednjih šol na fizičnih urah. Mehanika (kinematika je eden od njegovih odsekov) sama predstavlja večji del te znanosti. Ponavadi se učencem najprej predstavijo v učbenikih. Kot smo rekli, je kinematika podrazdelek mehanike. Ampak, ker gre za njo, pogovorimo o tem podrobneje.

Mehanika kot del fizike

Sama beseda "mehaniki" je grškega porekla in se dobesedno prevaja kot umetnost gradbenih strojev. V fizike, se šteje, da je odsek, ki obravnava gibanje tako imenovanih kontaktnih materialnih teles v različnih volumnov (tj, lahko pride do gibanje v isti ravnini, pri običajnem mreži ali tridimenzionalni prostor). Preučevanje interakcije med delci - ena od nalog, ki jih mehaniki opravljenih (kinematiko - izjema od tega pravila, saj se ukvarja z modeliranjem in analizo alternativnih položajev brez upoštevanja vpliva nastavitev moči). Ob vsem tem je treba opozoriti, da ustrezni odsek fizike pod gibanjem implicira spremembo položaja telesa v vesolju skozi čas. Ta opredelitev ne velja le za materialne točke ali telesa na splošno, ampak tudi za njihove dele.

Koncept kinematike

Ime tega oddelek fizike ima tudi grški izvor in se dobesedno prevaja kot "premakniti". Tako dobimo začetno, še ni oblikovano, resnično odgovoriti na vprašanje, kaj je kinematika. V tem primeru lahko rečemo, da se v oddelku proučujejo matematične metode opisovanja enega ali drugega vrste prometa neposredno idealizirana telesa. To je tako imenovani absolutni trdne snovi, o idealnih tekočine, in, seveda, na pomembnih točkah. Zelo pomembno je vedeti, da pri uporabi opisa razlogi za gibanje niso upoštevani. To pomeni, da takih parametrov, kot so teža telesa ali sile, ki vplivajo na značaj njegovega gibanja, niso predmet preučitve.

Osnove kinematike

Vključujejo pojme, kot so čas in prostor. Eden od najpreprostejših primerov je situacija, v kateri se materialna točka premika po krogu določenega polmera. V tem primeru bo kinematika pripisala obvezen obstoj takšne količine kot centripetalni pospešek, ki se vzdolž vektorja usmeri od samega telesa do središča kroga. To pomeni, da bo vektor v pospeševanju v kateri koli od trenutkov sovpadel s polmerom kroga. Toda tudi v tem primeru (če je centripetalna pospeška) kinematika ne bo pokazal, kaj je narava, je sila, ki je privedel do njegovega nastanka. To je že ukrep, ki odpravlja dinamiko.

Kakšna kinematika?

Torej, dejansko smo odgovorili na to, kaj je kinematika. To je del mehanike, ki proučuje načine opisovanja gibanja idealiziranih predmetov brez preučevanja parametrov sile. Zdaj pa govorimo o kakšni kinematiki je lahko. Njegova prva vrsta je klasična. Običajno je upoštevati absolutne prostorske in časovne značilnosti določene vrste gibanja. V vlogi prvega se dolžina segmentov pojavi v vlogi slednjih časovnih presledkih. Z drugimi besedami, lahko rečemo, da ti parametri ostajajo neodvisni od izbire referenčnega okvira.

Relativistično

Druga vrsta kinematike je relativistična. V njej lahko med dvema ustreznima dogodkoma časovne in prostorske značilnosti spremenijo, če se prehod iz enega referenčnega okvirja spremeni v drugega. Hkratnost izvora obeh dogodkov v tem primeru tudi prevzema izključno relativno naravo. V tej obliki kinematike se združita dva ločena koncepta (in govorimo o prostoru in času). V njej se količina, ki se ponavadi imenuje interval, postaja invariantna pri Lorentzovih transformacijah.

Zgodovina ustvarjanja kinematike

Uspelo nam je razumeti koncept in odgovoriti na vprašanje, kaj je kinematika. Toda kakšna je bila zgodovina njenega nastanka kot podsektor mehanike? O tem bi morali zdaj govoriti. Precej dolgo časa vsi pojmi iz tega pododdelka, ki temelji na delih, ki so jih napisali Aristotel. V njih so bile ustrezne izjave, da je hitrost telesa v jeseni neposredno sorazmerna z numeričnim indeksom teže določenega telesa. Omenili so tudi, da je vzrok gibanja neposredno sila, v odsotnosti pa ni gibanja in govora.

Izkušnje Galileja

Delo Aristotela ob koncu šestnajstega stoletja je zanimalo znani znanstvenik Galileo Galilei. Začel je preučevati proces prostega padca telesa. Omenimo lahko svoje eksperimente, ki jih je vodil v Pisa. Tudi znanstvenik je preučil proces inercije teles. Na koncu je Galileo uspelo dokazati, da je Aristotel v svojih delih narobe in je naredil nekaj napačnih sklepov. V ustrezni knjigi je Galileo predstavil rezultate opravljenega dela z dokazi o zavedanju Aristotelovih sklepov.

Sodobna kinematika, kot se danes domneva, se je rodila januarja 1700. leta. Potem je Pierre Varignon govoril pred francosko akademijo znanosti. Dobil je tudi prve koncepte pospeševanja in hitrosti, pisanja in razlaganja v diferencialni obliki. Malo pozneje je Ampere upošteval nekaj kinematičnih predstavitev. V osemnajstem stoletju je uporabil tako imenovani račun sprememb v kinematiki. Posebna teorija relativnosti, ustvarjena še kasneje, je pokazala, da vesolje, kot je čas, ni absolutno. Hkrati je bilo poudarjeno, da je hitrost lahko bistveno omejena. To so osnove kinematike potisnjeni na razvoj v okviru in glede na tako imenovanih relativistični mehaniki.

Koncepti in količine, uporabljene v tem razdelku

Osnove kinematike vključuje več spremenljivk, ki se uporabljajo ne le v teoretičnih smislu, ampak tudi imajo mesto v praktičnih formule, ki se uporabljajo za modeliranje in reševanje poseben spekter uporabe. Podrobneje se seznanimo s temi količinami in koncepti. Začnimo, morda, s slednjim.

1) Mehansko gibanje. Opredeljen je kot sprememba prostorskega položaja določenega idealiziranega telesa glede na druge (materialne točke) med spremembo časovnega intervala. V tem primeru imajo omenjena telesa ustrezne sile interakcije.

2) Referenčni sistem. Kinematika, definicija katere smo dali prej, temelji na uporabi koordinatnega sistema. Prisotnost njenih sprememb je eden od potrebnih pogojev (drugi pogoj je uporaba instrumentov ali sredstev za merjenje časa). Na splošno je referenčni sistem potreben za uspešen opis določenega tipa gibanja.

3) Koordinate. Kot konvencionalne imaginarno eksponent neločljivo povezan s prejšnjim konceptom (referenčni okvir), katere koordinate niso razen postopka, po katerem odločno položaj telesa v idealiziranem prostoru. V tem primeru lahko za opis uporabimo številke in posebne simbole. Koordinate pogosto uporabljajo skavti in artileriji.

4) Radijus vektor. To je fizična količina, ki se v praksi uporablja za nastavitev položaja idealiziranega telesa s pogledom na prvotni položaj (in ne samo). Preprosto rečeno, določena točka je sprejeta in določena za konvencijo. Najpogosteje je to izvor koordinat. Torej, po tem, recimo, idealizirano telo od te točke se začne gibati vzdolž proste poljubne poti. V danem trenutku lahko povežemo položaj telesa na izvor in da neposredno izhajajo bo predstavljala nič več, kot je radij vektor.

5) Kinematični odsek uporablja pojmovanje poti. To je običajna zvezna črta, ki se ustvarja med gibanjem idealiziranega telesa s poljubnim prosto gibanjem v drugačnem prostoru. Pot je zato lahko usmerjena, okrogla in pokvarjena.

6) Kinematika telesa je neločljivo povezana s tako fizično količino kot hitrost. Pravzaprav, to vektorska vrednost (zelo pomembno je, da se spomnimo, da se pojem skalarne količine uporablja le v izjemnih situacijah), kar bo značilno za hitro spremembo položaja idealiziranega telesa. Njegov vektor je običajno posledica dejstva, da hitrost določa smer trenutnega gibanja. Za uporabo koncepta je treba uporabiti referenčni okvir, kot je bilo že omenjeno.

7) Kinematika, katere definicija pravi, da v nekaterih situacijah ne upošteva vzrokov, ki povzročajo gibanje, in pospešek. Prav tako je vektorska količina, ki kaže, kako se bo intenzivno vektor hitrosti idealiziranega telesa spremenil pod alternativno (vzporedno) spremembo v časovni enoti. Obenem se zavedamo, v katero smer usmerimo oba vektorja - hitrosti in pospeške - lahko govorimo o naravi gibanja telesa. Lahko se enakomerno pospeši (vektorji sovpadajo) ali enako počasi (vektorji so drugače usmerjeni).

8) kotna hitrost. Druga vektorska količina. Njegova opredelitev načeloma sovpada z tistim, ki smo ga prej dali. Dejansko je razlika le v dejstvu, da se je prej obravnaval primer pri premikanju vzdolž rektilinearne poti. Potem imamo krožno gibanje. Lahko je čeden krog, pa tudi elipse. Podoben koncept je podan za kotni pospešek.

Fizika. Kinematika. Formule

Za reševanje praktičnih problemov, povezanih s kinematiko idealiziranih teles, obstaja celoten seznam zelo različnih formul. Ti vam omogočajo, da določite prevoženo razdaljo, trenutno, začetno končno hitrost, čas, do katerega je telo prešlo to ali to razdaljo, in še veliko več. Poseben primer uporabe (zasebni) je stanje z modeliranim prostim padcem telesa. V njih se pospešek (označen s črko a) nadomesti z pospešek gravitacije (črka g, je numerično enaka 9,8 m / s ^ 2).

Torej, kaj smo ugotovili? Fizika - kinematika (katere formule izhajajo drug od drugega) - ta sekcija služi za opisovanje gibanja idealiziranih teles, ne da bi upoštevali parametre sile, ki postanejo vzroki za nastanek ustreznega gibanja. Bralec lahko vedno veš o tej temi. Fizika (tema "kinematika") je zelo pomembna, ker daje osnovnim pojmom mehanike kot globalni del ustrezne znanosti.