Co to jest kinematyka? Jest to poddziedzina mechaniki zajmująca się matematycznymi i geometrycznymi metodami opisu ruchu wyidealizowanych obiektów. Dzielą się na kilka kategorii. Tematem dzisiejszego artykułu będą aspekty, które są w jakiś sposób związane z pojęciem „kinematyki punktowej”. Omówimy wiele tematów, ale zaczniemy od najbardziej podstawowych pojęć i wyjaśnień ich zastosowania w tym obszarze.
Jakie obiekty są brane pod uwagę?
Jeśli kinematyka jest gałęzią fizyki, która zajmuje się opisywaniem ruchu ciał w przestrzeniach o różnych rozmiarach, to musisz operować samymi ciałami, prawda? Aby szybko zrozumieć, o co toczy się gra, możesz znaleźć lekcję multimedialną przeznaczoną dla uczniów. Kinematyka jest ogólnie łatwa do zrozumienia, jeśli rozumiesz jej podstawy. Gdy się z nimi zapoznasz, zauważysz, że w teorii jest informacja, że ta gałąź fizyki bada prawa ruchu obiektów materialnych.zwrotnica. Zwróć uwagę na uogólnienie definicji obiektów. Z drugiej strony, punkty materialne nie są jedynymi obiektami rozpatrywanymi przez kinematykę. Ta gałąź fizyki bada zasady ruchu zarówno ciał absolutnie sztywnych, jak i płynów idealnych. Bardzo często wszystkie te trzy koncepcje łączy się w jedno, mówiąc po prostu „obiekty wyidealizowane”. Idealizacja w tym przypadku jest potrzebna ze względu na konwencje obliczeń i odejście od ewentualnych błędów systematycznych. Jeśli spojrzysz na definicję punktu materialnego, zauważysz, że napisano o nim, co następuje: jest to ciało, którego wymiary można pominąć w odpowiedniej sytuacji. Można to rozumieć w następujący sposób: w porównaniu do przebytej odległości wymiary liniowe obiektu są znikome.
Co jest używane do opisu?
Jak wspomniano wcześniej, kinematyka jest podrozdziałem mechaniki, który bada, jak opisać ruch punktu. Ale jeśli tak jest, to czy oznacza to, że do wykonania takich operacji potrzebne są pewne fundamentalne pojęcia i zasady, takie jak zasady aksjomatyczne? Tak. I w naszym przypadku są. Po pierwsze, w kinematyce regułą jest rozwiązywanie problemów bez patrzenia wstecz na siły działające na punkt materialny. Wszyscy doskonale wiemy, że ciało przyspieszy lub zwolni, jeśli zadziała na nie jakaś siła. A kinematyka to podsekcja, która pozwala operować z przyspieszeniem. Jednak natura wyłaniających się sił nie jest tutaj uwzględniona. Do opisu ruchu wykorzystywane są metody analizy matematycznej, geometria liniowa i przestrzenna oraztakże algebra. Siatki współrzędnych i same współrzędne również odgrywają pewną rolę. Ale o tym porozmawiamy nieco później.
Historia stworzenia
Pierwsze prace dotyczące kinematyki zostały opracowane przez wielkiego naukowca Arystotelesa. To on ukształtował niektóre z podstawowych zasad tej branży. I choć jego prace i wnioski zawierały szereg błędnych opinii i refleksji, jego prace nadal mają wielką wartość dla współczesnej fizyki. Prace Arystotelesa były następnie badane przez Galileo Galilei. Przeprowadził słynne eksperymenty z Krzywą Wieżą w Pizie, gdzie badał prawa procesu swobodnego spadania ciała. Po przestudiowaniu wszystkiego wewnątrz i na zewnątrz Galileusz poddał refleksje i wnioski Arystotelesa ostrej krytyce. Na przykład, jeśli ten ostatni napisał, że siła jest przyczyną ruchu, Galileusz udowodnił, że siła jest przyczyną przyspieszenia, ale nie, że ciało podniesie się, zacznie się poruszać i poruszać. Według Arystotelesa ciało mogło nabrać prędkości tylko pod wpływem określonej siły. Ale wiemy, że ta opinia jest błędna, ponieważ istnieje jednolity ruch translacyjny. Po raz kolejny udowadniają to wzory kinematyki. I przejdziemy do następnego pytania.
Kinematyka. Fizyka. Podstawowe pojęcia
W tej sekcji znajduje się szereg podstawowych zasad i definicji. Zacznijmy od głównego.
Ruch mechaniczny
Prawdopodobnie ze szkolnej ławki próbujemy wysnuć ideę tego, co można uznać za ruch mechaniczny. Zajmujemy się tym codziennie, co godzinę, co sekundę. Rozważymy ruch mechaniczny jako proces zachodzący w przestrzeni w czasie, a mianowicie zmianę położenia ciała. Jednocześnie do procesu często stosuje się teorię względności, to znaczy mówi się, że położenie, powiedzmy, pierwszego ciała zmieniło się w stosunku do położenia drugiego. Wyobraźmy sobie, że na starcie mamy dwa samochody. Zapalają się zielone światło operatora lub zapalają się światła - i samochody ruszają. Już na samym początku następuje zmiana stanowiska. Poza tym można o tym długo i żmudnie mówić: o zawodniku, o linii startu, o stałym widzu. Ale może pomysł jest jasny. To samo można powiedzieć o dwóch osobach, które idą albo w jednym kierunku, albo w różnych kierunkach. Pozycja każdego z nich względem drugiego zmienia się w każdym momencie.
System referencyjny
Kinematyka, fizyka - wszystkie te nauki używają tak fundamentalnego pojęcia, jak układy odniesienia. W rzeczywistości odgrywa bardzo ważną rolę i jest prawie wszędzie stosowany w praktycznych problemach. Z układem odniesienia można połączyć jeszcze dwa ważne elementy.
Siatka współrzędnych i współrzędne
Te ostatnie to nic innego jak zbiór cyfr i liter. Korzystając z pewnych logicznych ustawień, możemy komponować własnejednowymiarową lub dwuwymiarową siatkę współrzędnych, która pozwoli nam rozwiązać najprostsze problemy zmiany położenia punktu materialnego w zadanym okresie czasu. Zwykle w praktyce używana jest dwuwymiarowa siatka współrzędnych z osiami X („x”) i Y („y”). W przestrzeni trójwymiarowej dodaje oś Z („z”), aw przestrzeni jednowymiarowej występuje tylko X. Artylerzyści i zwiadowcy często pracują ze współrzędnymi. I po raz pierwszy spotykamy je w szkole podstawowej, kiedy zaczynamy rysować odcinki o określonej długości. W końcu podziałka to nic innego jak wykorzystanie współrzędnych do wskazania początku i końca.
Kinematyka klasa 10. Ilości
Głównymi wielkościami używanymi do rozwiązywania problemów z kinematyki punktu materialnego są odległość, czas, prędkość i przyspieszenie. Porozmawiajmy bardziej szczegółowo o dwóch ostatnich. Obie te wielkości są wektorowe. Innymi słowy, mają nie tylko wskaźnik liczbowy, ale także określony z góry kierunek. Ruch ciała nastąpi w kierunku, w którym skierowany jest wektor prędkości. Jednocześnie nie należy zapominać o wektorze przyspieszenia, jeśli mamy przypadek nierównomiernego ruchu. Przyspieszenie może być skierowane w tym samym kierunku lub w przeciwnym kierunku. Jeśli są współkierowane, ciało zacznie się poruszać coraz szybciej. Jeśli są przeciwne, obiekt zwolni, aż się zatrzyma. Następnie, w obecności przyspieszenia, ciało nabierze przeciwnej prędkości, to znaczy poruszy się w przeciwnym kierunku. Wszystko to w praktyce bardzo, bardzo wyraźnie pokazuje kinematyka. 10 klasa to po prostuokres, w którym ta sekcja fizyki jest wystarczająco ujawniona.
Formuły
Wzory kinematyczne są dość proste zarówno w przypadku wyprowadzania, jak i zapamiętywania. Na przykład wzór na odległość przebytą przez obiekt w określonym czasie jest następujący: S=VoT + aT^2/2. Jak widać, po lewej stronie mamy dokładnie taką samą odległość. Po prawej stronie znajdziesz prędkość początkową, czas i przyspieszenie. Znak plus jest tylko warunkowy, ponieważ przyspieszenie może przyjąć ujemną wartość skalarną podczas procesu hamowania obiektu. Ogólnie kinematyka ruchu implikuje istnienie jednego rodzaju prędkości, ciągle mówimy „początkowa”, „końcowa”, „chwilowa”. W pewnym momencie pojawia się prędkość chwilowa. Ale w końcu, jeśli tak uważasz, to końcowe lub początkowe składniki są niczym innym jak jego konkretnymi przejawami, prawda? Temat „Kinematyka” jest prawdopodobnie ulubionym tematem uczniów, ponieważ jest prosty i interesujący.
Przykłady problemów
W najprostszej kinematyce istnieją całe kategorie bardzo różnych zadań. Wszystkie one są w taki czy inny sposób związane z ruchem punktu materialnego. Na przykład w niektórych wymagane jest określenie odległości przebytej przez ciało w określonym czasie. W takim przypadku można poznać takie parametry, jak prędkość początkowa i przyspieszenie. A może uczeń otrzyma zadanie, które będzie polegało tylko na konieczności wyrażenia i obliczenia przyspieszenia ciała. Weźmy przykład. Samochód rusza z pozycji statycznej. Jaki dystans będzie miał czasu na pokonanie w ciągu 5 sekund, jeśli jego przyspieszenie wynosi trzy metry,podzielone przez sekundę do kwadratu?
Aby rozwiązać ten problem, potrzebujemy wzoru S=VoT + przy^2/2. Po prostu podstawiamy do niego dostępne dane. To przyspieszenie i czas. Zauważ, że termin Vot spadnie do zera, ponieważ początkowa prędkość wynosi zero. W ten sposób otrzymujemy odpowiedź liczbową 75 metrów. To wszystko, problem rozwiązany.
Wyniki
W ten sposób ustaliliśmy podstawowe zasady i definicje, podaliśmy przykład formuły i omówiliśmy historię powstania tego podrozdziału. Kinematyka, której koncepcja jest wprowadzana w siódmej klasie na lekcjach fizyki, jest stale ulepszana w ramach sekcji relatywistycznej (nieklasycznej).
