Kas ir kinemātika? Mehānikas nodaļa, pētot ideālas ķermeņa kustības matemātisko aprakstu

Kas ir kinemātika? Ar savu definīciju pirmo reizi vidusskolu audzēkņi fiziskās nodarbībās sāk iepazīties. Mehānika (kinemātika ir viena no tās sadaļām) pati veido lielāko šīs zinātnes daļu. Parasti studentiem vispirms tiek iepazīstinātas ar mācību grāmatām. Kā mēs teicām, kinemātika ir mehānikas apakšsekcija. Bet, tā kā tas ir par viņu, mēs par to runāsim sīkāk.

Mehānika kā daļa no fizikas

Vārds "mehānika" ir grieķu valodaizcelsme un burtiski tulko kā celtniecības mašīnu māksla. Fizikā, tas tiek uzskatīts sadaļa, kas pēta kustību tā saukto kontaktpersonu materiālajiem ķermeņiem dažādās-telpās (ti, kustība var notikt vienā un tajā pašā plaknē, parastā tīkla vai trīsdimensiju telpā). Pētījums par mijiedarbību starp daļiņām - viens no uzdevumiem, ko mehānika veikto (kinemātika - izņēmums uz šo noteikumu, jo tas ir saistīts ar modelēšanā un analīzē alternatīvo situāciju, neņemot vērā ietekmi uz jaudas iestatījumus). Ņemot vērā visu, jāatzīmē, ka atbilstošā fizikas sadaļa saskaņā ar kustību nozīmē izmaiņas ķermeņa stāvoklī telpā laika gaitā. Šī definīcija attiecas ne tikai uz materiāliem punktiem vai iestādēm kopumā, bet arī uz to daļām.

Kinemātikas koncepcija

Šīs fizikas sadaļas nosaukums ir arīGrieķijas izcelsme un ir burtiski tulkots kā "pārvietoties". Tādējādi mēs iegūstam sākotnējo, vēl neveidoto, patiesi atbildi uz jautājumu par to, kas ir kinemātika. Šajā gadījumā mēs varam teikt, ka nodaļā tiek pētītas matemātiskās metodes, lai aprakstītu tieši ideālistisku ķermeņu dažāda veida kustības. Mēs runājam par tā sauktajiem absolūti cietajiem ķermeņiem, par ideāliem šķidrumiem un, protams, par materiāliem punktiem. Ir ļoti svarīgi atcerēties, ka, piemērojot aprakstu, kustības iemesli netiek ņemti vērā. Tas nozīmē, ka tādi parametri kā ķermeņa vai spēka svars, kas ietekmē tā kustības raksturu, nav jāņem vērā.

Kinemātikas pamati

Tie ietver tādus jēdzienus kā laiks untelpa. Viens no vienkāršākajiem piemēriem ir situācija, kad, piemēram, materiāls punkts pārvietojas pa noteiktā rādiusa loku. Šajā gadījumā kinemātika apzīmē šāda daudzuma obligātu pastāvēšanu kā centriptines paātrinājumu, kas gar vektoru virzās no pašas ķermeņa uz apļa centru. Tas nozīmē, ka paātrinājuma vektors jebkurā brīdī sakrīt ar apļa rādiusu. Bet pat šajā gadījumā (pie centrifūgas paātrinājuma klātbūtnē) kinemātika nenorāda spēka raksturu, kas tai lika parādīties. Tas jau ir darbība, kas demontē dinamiku.

Kāda veida kinemātika?

Tātad, atbilde uz to, kas ir kinemātika, mēs, arfaktiski viņi deva. Tas ir mehānikas sekcija, kas pēta veidus, kā aprakstīt ideālu objektu kustību, neizpētot spēka parametrus. Tagad parunāsim par to, kāda veida kinemātika var būt. Tās pirmais veids ir klasisks. Parasti ir jāņem vērā kāda veida kustības absolūti telpiskās un laika īpatnības. Pirmajā lomā segmentu garumā parādās laika intervāli. Citiem vārdiem sakot, mēs varam teikt, ka šie parametri paliek neatkarīgi no atskaites izvēles.

Relatīvistiski

Otrais kinemātikas veids ir relativistic. Tajā starp diviem atbilstošiem notikumiem laika un telpiskās īpašības var mainīties, ja pāreja tiek veikta no viena atskaites rāmja uz citu. Vienlaicīgums starp abu notikumu izcelsmi šajā gadījumā arī uzņemas tikai relatīvu raksturu. Šajā kinemātikas formā divi atsevišķi jēdzieni (un mēs runājam par vietu un laiku) saplūst vienā. Tajā daudzums, ko parasti sauc par intervālu, saskaņā ar Lorentca transformācijām kļūst par nemainīgu.

Kinemātikas radīšanas vēsture

Mums izdevās izprast jēdzienu un sniegt atbildijautājums par to, kas ir kinemātika. Bet kāda bija tās rašanās vēsture kā mehānikas apakšnodaļa? Tas ir tas, par ko mums vajadzētu runāt tieši tagad. Ilgu laiku visi šīs apakšnodaļas jēdzieni balstījās uz darbiem, kurus bija uzrakstījis pats Aristotelis. Tajos bija attiecīgie apgalvojumi, ka ķermeņa ātrums rudenī ir tieši proporcionāls konkrētā ķermeņa svara skaitliskajam indeksam. Tika arī minēts, ka kustības cēlonis ir tieši spēks, un, ja tā nav, nevar būt kustības un runas.

Galileo pieredze

Aristoteļa darbs sešpadsmitā gadsimta beigāsinteresē slavenais zinātnieks Galileo Galilejs. Viņš sāka pētīt brīva ķermeņa krišanu. Var pieminēt viņa eksperimentus, kurus viņš veica Pizas torņā. Arī zinātnieks pētīja ķermeņa inerces procesu. Visbeidzot, Galileo spēja pierādīt, ka viņa darbos Aristotelis bija nepareizi, un viņš izdarīja vairākus kļūdainus secinājumus. Atbilstošajā grāmatā "Galileo" izklāstīja darba rezultātus, kas iegūti ar pierādījumiem par Aristoteļa secinājumu nepareizu uzskaiti.

Mūsdienu kinemātika, kā šodien tiek uzskatītsdzimis 1700. gada janvārī. Tad Pierre Varignon uzstājās Francijas Zinātņu akadēmijā. Viņš arī sniedza pirmos paātrinājuma un ātruma jēdzienus, rakstot un izskaidrojot tos diferencētā formā. Nedaudz vēlāk Ampere pieņēma zināma kinematogrāfiska izteiksme. Astoņpadsmitajā gadsimtā viņš izmantoja tā dēvēto kinemātikas variāciju aprēķinu. Īpašā relativitātes teorija, kas izveidota vēlāk, parādīja, ka telpa, tāpat kā laiks, nav absolūta. Tajā pašā laikā tika norādīts, ka ātrums var būt fundamentāli ierobežots. Tieši tādi iemesli, kas lika kinemātikai attīstīties tā sauktās relativistiskās mehānikas ietvaros un koncepcijās.

Jēdzieni un daudzumi, kas izmantoti sadaļā

Kinemātikas pamatā ir vairākivērtības, kas tiek izmantotas ne tikai teorētiskajā plānā, bet arī praktiskās formulas, ko izmanto modelēšanas un noteiktu problēmu loku risināšanā. Iepazīsimies ar šiem daudzumiem un koncepcijām detalizētāk. Sāksim, varbūt, ar pēdējo.

1) Mehāniskā kustība. Tas tiek definēts kā zināmas ideālas ķermeņa telpas atrašanās vietas izmaiņas salīdzinājumā ar otru (materiālie punkti) laika intervāla izmaiņu laikā. Šajā gadījumā minētajām organizācijām ir attiecīgie mijiedarbības spēki.

2) Atsauces sistēma. Kinemātika, kuras definīciju mēs iepriekš sniedzām, ir balstīta uz koordinātu sistēmas izmantošanu. Atšķirību klātbūtne ir viens no nepieciešamajiem nosacījumiem (otrais nosacījums ir instrumentu vai laika mērīšanas līdzekļu izmantošana). Kopumā atskaites sistēma ir vajadzīga, lai sekmīgi aprakstītu konkrētu pārvietošanās veidu.

3) Koordinātas. Kā parasto iedomātu eksponents, nedalāmi saistīts ar iepriekšējās koncepcijas (atsauces rāmis), koordinātas ir ne izņemot metodi, ar kuru noteiktais stāvoklis no organisma ar idealizētu telpā. Šajā gadījumā aprakstam var izmantot ciparus un speciālos simbolus. Koordinācijas bieži izmanto skauti un artilērijas aktieri.

4) Radiācijas vektors. Tas ir fizisks daudzums, kas praksē tiek izmantots, lai iestatītu ideālas ķermeņa pozīciju, ņemot vērā sākotnējo stāvokli (un ne tikai). Vienkārši sakot, tiek pieņemts noteiktais punkts un tas ir fiksēts konvencijai. Visbiežāk tas ir koordinātu izcelsme. Tātad, pēc tam, teiksim, idealizētais ķermenis no šī punkta sāk pārvietoties pa brīvu patvaļīgu trajektoriju. Jebkurā laikā mēs varam savienot ķermeņa stāvokli ar izcelsmi, un iegūtā taisna līnija būs nekas vairāk kā rādiuss vektors.

5) Kinemātikas sadaļa izmanto jēdzienutrajektorija. Tā ir parasta nepārtrauktā līnija, kas tiek radīta idealizēta ķermeņa kustībā ar patvaļīgu brīvu kustību citā lieluma telpā. Trajektorija, attiecīgi, var būt taisna, apaļa un šķelta.

6) Ķermeņa kinemātika ir cieši saistīta ar tofiziskais daudzums kā ātrums. Faktiski, tas ir vektors daudzums (tas ir svarīgi atcerēties, ka jēdziens skalārā daudzuma tas ir piemērojams tikai ārkārtas situācijās), kas sniegs atbildes ātrumu izmaiņu stāvoklī idealizētā ķermeņa. Parasti tā vektors tiek uzskatīts par iemeslu tam, ka ātrums nosaka pašreizējā kustības virzienu. Lai izmantotu koncepciju, ir jāpiemēro atskaites sistēma, kā minēts iepriekš.

7) Kinematika, kuras definīcija stāsta parFakts, ka tajā netiek ņemti vērā cēloņi, kas izraisa kustību, dažās situācijās uzskata un paātrina. Tas ir arī vektoru daudzums, kas parāda, cik intensīvi mainās ideālas ķermeņa ātruma vektors ar alternatīvām (paralēlām) izmaiņām laika vienībā. Vienlaikus zinot, kādā virzienā vērsti abi vektori - ātrumi un paātrinājumi - var teikt par ķermeņa kustības būtību. Tas var būt vai nu viendabīgi paātrināts (vektori sakrīt), vai arī vienādi lēns (vektori ir atšķirīgi orientēti).

8) leņķiskais ātrums. Cits vektoru daudzums. Principā tā definīcija sakrīt ar to, ko mēs agrāk sniedzām. Patiesībā atšķirība ir tikai faktā, ka iepriekš aplūkots gadījums notika, pārvietojoties pa taisnu līniju. Tad mums ir apļveida kustība. Tas var būt kārtīgs aplis, kā arī elipss. Līdzīgs koncepts ir dota leņķa paātrināšanai.

Fizika. Kinemātika. Formulas

Lai risinātu praktiskas problēmas, kas saistītas arIdeāli veidotu ķermeņu kinemātie ir ļoti dažādu formulu saraksts. Tie ļauj jums noteikt attālumu, momentāni, sākotnējo galīgo ātrumu, laiku, par kuru iestāde ir nokārtojusi šo vai šo attālumu, un vēl daudz vairāk. Īpašs lietojuma gadījums (privāts) ir situācija ar modelētu brīvu ķermeņa krišanu. Tajos paātrinājums (apzīmēts ar burtu a) tiek aizstāts ar gravitācijas paātrinājumu (burts g, skaitliski vienāds ar 9,8 m / s ^ 2).

Tātad, ko mēs noskaidrojām? Fizika - kinemātika (formulas, kas iegūtas no viena pret otru) - šajā sadaļā tiek izmantots, lai aprakstītu kustību idealizēts iestāžu izņemot spēka parametri, kas kļūst cēloņi atbilstošo kustību. Lasītājs vienmēr varat iepazīties ar šo tēmu sīkāk. Fizika (tēma "kinemātika"), ir ļoti svarīga, jo tas dod tai pamatzināšanas mehānikā cik globālās sadaļā attiecīgās zinātnes.