Jakie są podstawowe pojęcia kinematyki? Czym jest ta nauka i czego się uczy? Dziś porozmawiamy o tym, czym jest kinematyka, jakie podstawowe pojęcia kinematyki zachodzą w zadaniach i co one oznaczają. Dodatkowo porozmawiajmy o ilościach, z którymi najczęściej mamy do czynienia.
Kinematyka. Podstawowe pojęcia i definicje
Najpierw porozmawiajmy o tym, co to jest. Jednym z najbardziej badanych działów fizyki na kursie szkolnym jest mechanika. W nieskończonej kolejności następuje fizyka molekularna, elektryczność, optyka i niektóre inne gałęzie, takie jak na przykład fizyka jądrowa i atomowa. Przyjrzyjmy się jednak bliżej mechanice. Ta gałąź fizyki zajmuje się badaniem mechanicznego ruchu ciał. Ustala pewne wzorce i bada swoje metody.
Kinematyka jako część mechaniki
Ten ostatni jest podzielony na trzy części: kinematykę, dynamikę i statykę. Te trzy nauki, jeśli można je tak nazwać, mają pewne osobliwości. Na przykład statyka bada zasady równowagi układów mechanicznych. Od razu przychodzi na myśl skojarzenie z wagą. Dynamika bada prawa ruchu ciał, ale jednocześnie zwraca uwagę na działające na nie siły. Ale kinematyka robi to samo, tylko siły nie są brane pod uwagę. W konsekwencji masa tych samych ciał nie jest brana pod uwagę w zadaniach.
Podstawowe pojęcia kinematyki. Ruch mechaniczny
Temat w tej nauce jest punktem materialnym. Jest rozumiany jako ciało, którego wymiary w porównaniu z pewnym systemem mechanicznym można pominąć. To tak zwane ciało wyidealizowane jest podobne do gazu doskonałego, o którym mowa w dziale fizyki molekularnej. Ogólnie rzecz biorąc, pojęcie punktu materialnego, zarówno w mechanice w ogóle, jak iw kinematyce w szczególności, odgrywa dość ważną rolę. Najczęściej uważany za tak zwany ruch translacyjny.
Co to oznacza i co to może być?
Zazwyczaj ruchy dzielą się na ruchy rotacyjne i translacyjne. Podstawowe pojęcia kinematyki ruchu postępowego dotyczą głównie wielkości użytych we wzorach. Porozmawiamy o nich później, ale na razie wróćmy do rodzaju ruchu. Oczywiste jest, że jeśli mówimy o rotacji, to ciało się kręci. W związku z tym ruch translacyjny będzie nazywany ruchem ciała w płaszczyźnie lub liniowo.
Teoretyczne podstawy rozwiązywania problemów
Kinematyka, podstawowe koncepcje i formuły, które teraz rozważamy, ma ogromną liczbę zadań. Osiąga się to poprzez zwykłą kombinatorykę. Jedną z metod różnorodności jest tutaj zmiana nieznanych warunków. Jeden i ten sam problem można przedstawić w innym świetle, po prostu zmieniając cel jego rozwiązania. Wymagane jest znalezienie dystansu, prędkości, czasu, przyspieszenia. Jak widać, opcji jest całe mnóstwo. Jeśli uwzględnimy tutaj warunki swobodnego spadania, przestrzeń staje się po prostu niewyobrażalna.
Wartości i formuły
Przede wszystkim zróbmy jedną rezerwację. Jak wiadomo, ilości mogą mieć dwojaką naturę. Z jednej strony pewna wartość liczbowa może odpowiadać określonej wartości. Ale z drugiej strony może mieć również kierunek dystrybucji. Na przykład fala. W optyce mamy do czynienia z takim pojęciem jak długość fali. Ale jeśli istnieje spójne źródło światła (ten sam laser), to mamy do czynienia z wiązką fal płaskich spolaryzowanych. Fala będzie zatem odpowiadać nie tylko wartości liczbowej określającej jej długość, ale także danemu kierunkowi propagacji.
Klasyczny przykład
Takie przypadki są analogią w mechanice. Powiedzmy, że przed nami toczy się wózek. Za pomocąze względu na charakter ruchu możemy określić wektorową charakterystykę jego prędkości i przyspieszenia. Trochę trudniej będzie to zrobić podczas jazdy do przodu (na przykład na płaskiej podłodze), dlatego rozważymy dwa przypadki: kiedy wózek toczy się w górę i kiedy toczy się w dół.
Wyobraźmy sobie więc, że wózek podjeżdża pod lekkim wzniesieniem. W takim przypadku zwolni, jeśli nie będą na niego oddziaływać żadne siły zewnętrzne. Ale w sytuacji odwrotnej, a mianowicie, gdy wózek się toczy, przyspieszy. Prędkość w dwóch przypadkach jest skierowana w kierunku, w którym porusza się obiekt. Należy to przyjąć z reguły. Ale przyspieszenie może zmienić wektor. Podczas zwalniania jest skierowany w kierunku przeciwnym do wektora prędkości. To wyjaśnia spowolnienie. Podobny łańcuch logiczny można zastosować w drugiej sytuacji.
Inne wartości
Właśnie rozmawialiśmy o tym, że w kinematyce operują nie tylko wielkościami skalarnymi, ale także wektorowymi. Teraz zróbmy krok dalej. Oprócz prędkości i przyspieszenia przy rozwiązywaniu problemów wykorzystuje się takie cechy, jak odległość i czas. Nawiasem mówiąc, prędkość dzieli się na początkową i chwilową. Pierwszy z nich jest szczególnym przypadkiem drugiego. Prędkość chwilowa to prędkość, którą można znaleźć w dowolnym momencie. A z początkowym prawdopodobnie wszystko jest jasne.
Zadanie
Duża część teorii była przez nas badana wcześniej w poprzednich akapitach. Teraz pozostaje tylko podać podstawowe formuły. Ale zrobimy jeszcze lepiej: nie tylko rozważymy formuły, ale także zastosujemy je podczas rozwiązywania problemu, abysfinalizować zdobytą wiedzę. Kinematyka wykorzystuje cały zestaw formuł, łącząc je, możesz osiągnąć wszystko, czego potrzebujesz do rozwiązania. Oto problem z dwoma warunkami, aby to w pełni zrozumieć.
Zawodnik zwalnia po przekroczeniu linii mety. Całkowite zatrzymanie zajęło mu pięć sekund. Dowiedz się, z jakim przyspieszeniem zwolnił, a także jaką drogę hamowania udało mu się pokonać. Droga hamowania jest uważana za liniową, prędkość końcowa jest równa zeru. W momencie przekroczenia linii mety prędkość wynosiła 4 metry na sekundę.
Właściwie to zadanie jest dość interesujące i nie tak proste, jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. Jeśli spróbujemy przyjąć wzór na odległość w kinematyce (S=Vot + (-) (przy ^ 2/2), to nic z tego nie wyjdzie, ponieważ będziemy mieli równanie z dwiema zmiennymi. Jak postępować w takim przypadku? Możemy iść na dwa sposoby: najpierw obliczyć przyspieszenie, podstawiając dane do wzoru V=Vo - at, lub wyrazić stamtąd przyspieszenie i zamienić je we wzór na odległość. Użyjmy pierwszej metody.
Więc końcowa prędkość wynosi zero. Początkowy - 4 metry na sekundę. Przenosząc odpowiednie wielkości na lewą i prawą stronę równania, uzyskujemy wyrażenie na przyspieszenie. Oto on: a=Vo/t. W związku z tym będzie ona równa 0,8 metra na sekundę do kwadratu i będzie miała charakter hamowania.
Przejdź do wzoru na odległość. Po prostu podstawiamy do niego dane. Otrzymujemy odpowiedź: droga hamowania wynosi 10 metrów.
