Vad är kinematik? För första gången börjar gymnasieelever bekanta sig med dess definition på fysiklektionerna. Mekanik (kinematik är en av dess grenar) utgör själv en stor del av denna vetenskap. Vanligtvis presenteras det för eleverna först i läroböcker. Som vi sa är kinematik en underavdelning av mekanik. Men eftersom vi pratar om henne, låt oss prata om det här lite mer detaljerat.
Mekanik som en del av fysiken
Ordet "mekanik" i sig är av grekiskt ursprung och kan bokstavligen översättas som konsten att bygga maskiner. Inom fysiken anses det vara ett avsnitt som studerar rörelsen av de så kallade materiella kropparna av oss i olika stora utrymmen (det vill säga rörelsen kan ske i ett plan, på ett villkorat koordinatnät eller i tredimensionellt rum). Studiet av interaktionen mellan materialpunkter är en av de uppgifter som mekanik utför (kinematik är ett undantag från denna regel, eftersom den är engagerad i modellering och analys av alternativa situationer utan att ta hänsyn till kraftparametrarnas inverkan). Med allt detta bör det noteras att motsvarande gren av fysikenbetyder genom rörelse förändringen av kroppens position i rummet över tiden. Denna definition är tillämplig inte bara på materiella punkter eller kroppar som helhet, utan också på deras delar.
Begreppet kinematik
Namnet på den här delen av fysiken är också av grekiskt ursprung och kan bokstavligen översättas som "rörelse". Således får vi det initiala, ännu inte riktigt bildade svaret på frågan om vad kinematik är. I det här fallet kan vi säga att avsnittet studerar matematiska metoder för att beskriva vissa typer av rörelser hos direkt idealiserade kroppar. Vi talar om de så kallade absolut fasta kropparna, om idealiska vätskor och, naturligtvis, om materiella punkter. Det är mycket viktigt att komma ihåg att när man tillämpar beskrivningen, beaktas inte orsakerna till rörelse. Det vill säga parametrar som kroppsmassa eller kraft som påverkar arten av dess rörelse är inte föremål för övervägande.
Fundamentals of kinematics
De inkluderar begrepp som tid och rum. Som ett av de enklaste exemplen kan vi nämna en situation där, säg, en materialpunkt rör sig längs en cirkel med en viss radie. I det här fallet kommer kinematik att tillskriva den obligatoriska existensen av en sådan kvantitet som centripetalacceleration, som är riktad längs vektorn från kroppen själv till cirkelns mitt. Det vill säga att accelerationsvektorn när som helst kommer att sammanfalla med cirkelns radie. Men även i det här fallet (medcentripetalacceleration) kommer kinematik inte att indikera arten av kraften som fick den att uppträda. Dessa är redan åtgärder som dynamiken analyserar.
Hur är kinematik?
Så, vi gav faktiskt svaret på vad kinematik är. Det är en gren inom mekaniken som studerar hur man beskriver rörelsen hos idealiserade föremål utan att studera kraftparametrar. Låt oss nu prata om vad kinematik kan vara. Dess första typ är klassisk. Det är vanligt att överväga de absoluta rumsliga och tidsmässiga egenskaperna hos en viss typ av rörelse. I rollen som den förra framträder segmentens längder, i den senares roll tidsintervallen. Med andra ord kan vi säga att dessa parametrar förblir oberoende av valet av referenssystem.
Relativistic
Den andra typen av kinematik är relativistisk. I den, mellan två motsvarande händelser, kan temporala och rumsliga egenskaper förändras om en övergång görs från en referensram till en annan. Samtidigt uppkomsten av två händelser får i detta fall också en uteslutande relativ karaktär. I denna typ av kinematik smälter två separata begrepp (och vi talar om rum och tid) samman till ett. I den blir kvantiteten, som vanligtvis kallas intervallet, oföränderlig under Lorentziska transformationer.
Historien om skapandet av kinematik
Osslyckats förstå konceptet och ge svar på frågan om vad kinematik är. Men vad var historien om dess uppkomst som en underavdelning av mekanik? Detta är vad vi behöver prata om nu. Under ganska lång tid baserades alla begrepp i denna underavdelning på verk som skrevs av Aristoteles själv. De innehöll relevanta påståenden om att en kropps hastighet under ett fall är direkt proportionell mot den numeriska indikatorn för vikten av en viss kropp. Det nämndes också att orsaken till rörelsen direkt är kraften, och i dess frånvaro kan det inte vara tal om någon rörelse.
Experiment of Galileo
Den berömda vetenskapsmannen Galileo Galilei blev intresserad av Aristoteles verk i slutet av 1500-talet. Han började studera processen för kroppens fritt fall. Nämnas kan hans experiment på det lutande tornet i Pisa. Forskaren studerade också processen med tröghet hos kroppar. Till slut lyckades Galileo bevisa att Aristoteles hade fel i sina verk, och han drog ett antal felaktiga slutsatser. I motsvarande bok redogjorde Galileo för resultaten av det arbete som utfördes med bevis på felaktigheten i Aristoteles slutsatser.
Modern kinematik anses nu ha sitt ursprung i januari 1700. Sedan talade Pierre Varignon inför den franska vetenskapsakademin. Han kom också med de första begreppen acceleration och hastighet, och skrev och förklarade dem i en differentiell form. Lite senare noterade Ampere också några kinematiska idéer. På 1700-talet använde han inom kinematik den så kalladevariationskalkyl. Den speciella relativitetsteorin, skapad även senare, visade att rummet, liksom tiden, inte är absolut. Samtidigt påpekades att hastigheten kunde begränsas i grunden. Det är dessa grunder som fick kinematik att utvecklas inom ramarna och begreppen för den så kallade relativistiska mekaniken.
Begrepp och kvantiteter som används i avsnittet
Kinematikens grunder inkluderar flera kvantiteter som används inte bara i teoretiska termer, utan också äger rum i praktiska formler som används för att modellera och lösa ett visst antal problem. Låt oss bekanta oss med dessa kvantiteter och begrepp mer i detalj. Låt oss börja med de sista.
1) Mekanisk rörelse. Det definieras som förändringar i den rumsliga positionen för en viss idealiserad kropp i förhållande till andra (materiella punkter) under loppet av att ändra tidsintervallet. Samtidigt har de kroppar som nämns motsvarande krafter i samverkan med varandra.
2) Referenssystem. Kinematik, som vi definierade tidigare, bygger på användningen av ett koordinatsystem. Närvaron av dess variationer är ett av de nödvändiga villkoren (det andra villkoret är användningen av instrument eller medel för att mäta tid). Generellt sett krävs en referensram för en framgångsrik beskrivning av en eller annan typ av rörelse.
3) Koordinater. Eftersom koordinaterna är en villkorad imaginär indikator, oupplösligt kopplad till det tidigare konceptet (referensram), är koordinaterna inget annat än en metod genom vilken positionen av en idealiserad kropp iPlats. I det här fallet kan siffror och speci altecken användas för beskrivningen. Koordinater används ofta av scouter och skyttar.
4) Radievektor. Detta är en fysisk kvantitet som används i praktiken för att ställa in positionen för en idealiserad kropp med ett öga på den ursprungliga positionen (och inte bara). Enkelt uttryckt, en viss punkt tas och den är fixerad för konventionen. Oftast är detta ursprunget till koordinaterna. Så, efter det, låt oss säga, börjar en idealiserad kropp från denna punkt att röra sig längs en fri godtycklig bana. När som helst kan vi koppla kroppens position till origo, och den resulterande räta linjen blir inget annat än en radievektor.
5) Kinematiksektionen använder begreppet en bana. Det är en vanlig kontinuerlig linje, som skapas under rörelsen av en idealiserad kropp under godtycklig fri rörelse i ett utrymme av olika storlekar. Banan kan vara rätlinjig, cirkulär respektive bruten.
6) Kroppens kinematik är oupplösligt förenad med en sådan fysisk storhet som hastighet. I själva verket är detta en vektorkvantitet (det är mycket viktigt att komma ihåg att konceptet med en skalär kvantitet är tillämpligt på den endast i exceptionella situationer), vilket kommer att karakterisera förändringshastigheten i positionen för en idealiserad kropp. Det anses vara en vektor på grund av att hastigheten bestämmer riktningen för den pågående rörelsen. För att använda konceptet måste du tillämpa referensramen, som nämnts tidigare.
7) Kinematik, vars definition berättar omatt den inte tar hänsyn till orsakerna som orsakar rörelse, i vissa situationer beaktar den även acceleration. Det är också en vektorkvantitet, som visar hur intensivt en idealiserad kropps hastighetsvektor kommer att förändras med en alternativ (parallell) förändring i tidsenheten. Genom att samtidigt veta i vilken riktning båda vektorerna - hastighet och acceleration - är riktade, kan vi säga om arten av kroppens rörelse. Den kan antingen vara jämnt accelererad (vektorerna är desamma) eller jämnt långsamma (vektorerna är i motsatta riktningar).
8) Vinkelhastighet. En annan vektorkvantitet. I princip sammanfaller dess definition med den analoga som vi gav tidigare. Faktum är att den enda skillnaden är att det tidigare övervägda fallet inträffade när man rörde sig längs en rätlinjig bana. Här har vi en cirkulär rörelse. Det kan vara en snygg cirkel, såväl som en ellips. Ett liknande koncept ges för vinkelacceleration.
Fysik. Kinematik. Formler
För att lösa praktiska problem relaterade till kinematik hos idealiserade kroppar finns det en hel lista med olika formler. De låter dig bestämma det tillryggalagda avståndet, det ögonblickliga, den initiala sluthastigheten, den tid under vilken kroppen har passerat detta eller det avståndet och mycket mer. Ett separat fall av tillämpning (privat) är situationer med ett simulerat fritt fall av en kropp. I dem ersätts acceleration (betecknad med bokstaven a) med tyngdaccelerationen (bokstaven g, är numeriskt lika med 9,8 m/s^2).
Så vad fick vi reda på? Fysik - kinematik (vars formlerhärledda från varandra) - detta avsnitt används för att beskriva rörelsen hos idealiserade kroppar utan att ta hänsyn till kraftparametrarna som blir orsakerna till motsvarande rörelse. Läsaren kan alltid bekanta sig mer detaljerat med detta ämne. Fysik (ämnet "kinematik") är mycket viktigt, eftersom det är det som ger de grundläggande begreppen mekanik som en global del av motsvarande vetenskap.
