Ce este cinematica? Secțiunea de mecanică, care studiază descrierea matematică a mișcării corpurilor idealizate

Ce este cinematica? Prin definirea sa, pentru prima oară, elevii de liceu din lecțiile fizice încep să se familiarizeze. Mecanica (kinematica este una dintre secțiunile sale) constituie ea însăși cea mai mare parte a acestei științe. De obicei, este prezentat elevilor mai întâi în manuale. Așa cum am spus, cinematica este o subsecțiune a mecanicii. Dar, din moment ce este vorba de ea, să vorbim despre asta mai detaliat.

Mecanica ca parte a fizicii

Cuvântul "mecanică" este grecorigine și tradus literal ca arta construirii mașinilor. În fizică, se consideră o secțiune care studiază mișcarea așa-numitelor corpuri materiale în spații dimensionale diferite (adică mișcarea poate apărea într-un plan, pe o rețea convențională de coordonate sau în spațiul tridimensional). Studiul interacțiunii dintre punctele materiale este una din sarcinile mecanicii (cinematica este excepția regulii lor, deoarece se ocupă cu modelarea și analiza situațiilor alternative fără a ține seama de efectul parametrilor de forță). Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că secțiunea corespunzătoare a fizicii implică sub mișcarea schimbarea poziției corpului în spațiu în timp. Această definiție se aplică nu numai la punctele sau organismele materiale în general, ci și la elementele lor.

Conceptul de cinematică

Titlul acestei secțiuni de fizică are de asemeneaOrigine greacă și este tradus literalmente ca "mișcare". Astfel, primim răspunsul inițial, încă neformat, la întrebarea a ceea ce este cinematică. În acest caz, putem spune că secțiunea studiază metode matematice pentru descrierea diferitelor tipuri de mișcări ale organismelor direct idealizate. Vorbim despre așa-numitele corpuri absolut solide, despre lichidele ideale și, desigur, despre punctele materiale. Este foarte important să rețineți că atunci când se aplică descrierea, motivele mișcării nu sunt luate în considerare. Astfel, parametrii ca greutatea corpului sau a forței care influențează caracterul mișcării sale nu sunt supuși atenției.

Bazele cinematicii

Acestea includ concepte precum timpul șispațiu. Unul dintre cele mai simple exemple este situația în care, de exemplu, un punct material se deplasează de-a lungul unui cerc cu o anumită rază. În acest caz, atributul este cinematicii obligatorie existența unor cantități precum accelerația centripetă care este direcționat de-a lungul vectorului din corp spre centrul cercului. Adică, vectorul de accelerație la oricare dintre momentele va coincide cu raza cercului. Dar chiar și în acest caz (dacă accelerația centripetă) cinematica nu va indica ce natura este forța care a condus la apariția ei. Aceasta este deja acțiunea, care dezmembrează dinamica.

Ce fel de cinematică?

Deci, răspunsul la ceea ce este cinematic, noi, prinfapt, au dat. Este o secțiune a mecanicii care studiază modalități de descriere a mișcării obiectelor idealizate fără a studia parametrii de forță. Acum hai să vorbim despre ce fel de cinematică poate fi. Primul său tip este clasic. Este obișnuit să se ia în considerare caracteristicile spațiale și temporale absolute ale unui anumit tip de mișcare. În rolul primului, lungimile segmentelor apar, în rolul acestora din urmă, a intervalelor de timp. Cu alte cuvinte, putem spune că acești parametri rămân independenți de alegerea cadrului de referință.

relativist

Cel de-al doilea tip de cinematică este relativist. În acesta, între cele două evenimente corespunzătoare, caracteristicile temporale și spațiale se pot schimba dacă se face o tranziție de la un cadru de referință la altul. Simultanitatea originii celor două evenimente în acest caz presupune și un caracter exclusiv relativ. În această formă de cinematică, două concepte separate (și vorbim despre spațiu și timp) se integrează în una. În ea, o cantitate, care este numită de obicei un interval, devine invariantă sub transformările Lorentz.

Istoria creării cinematicii

Am reușit să înțelegem conceptul și să oferim un răspunschestiunea a ceea ce este cinematică. Dar care a fost istoria apariției sale ca subsecțiune a mecanicii? Despre asta ar trebui să vorbim chiar acum. De mult timp, toate conceptele acestei subsecțiuni se bazau pe lucrări scrise de Aristotel însuși. În ele, au existat declarații corespunzătoare că viteza corpului în toamnă este direct proporțională cu indicele numeric al greutății unui anumit corp. De asemenea, sa menționat că cauza mișcării este forța directă, iar în absența ei nu poate exista mișcare și vorbire.

Experiențele lui Galileo

Lucrarea lui Aristotel la sfârșitul secolului al XVI-leainteresați de faimosul om de știință Galileo Galilei. A început să studieze procesul de cădere liberă a corpului. Se poate menționa experimentele pe care le-a condus la Turnul Înclinat din Pisa. De asemenea, omul de știință a studiat procesul de inerție a corpurilor. În final, Galileo a fost în măsură să dovedească faptul că Aristotel a fost greșit în lucrarea sa, și a făcut o serie de concluzii eronate. Cartea corespunzătoare Galileo a prezentat rezultatele acestei lucrări cu dovezile împotriva concluziilor Aristotel.

Cinematica moderna, asa cum este considerata astazi,sa născut în ianuarie 1700th an. Apoi, Pierre Varignon a ținut un discurs în fața Academiei Franceze de Științe. El a dat, de asemenea, primele concepte de accelerare și viteză, scriind și explicându-le într-o formă diferențiată. Puțin mai târziu, Ampere a luat act de unele reprezentări cinematice. În secolul al XVIII-lea, el a folosit așa-numitul calcul al variațiilor în cinematică. Teoria specială a relativității, creată chiar mai târziu, a arătat că spațiul, ca și timpul, nu este absolut. În același timp, sa subliniat că viteza poate fi limitată în mod fundamental. A fost o astfel de bază care a împins cinematica să se dezvolte în cadrul și conceptele așa-numitei mecanici relativiste.

Conceptele și cantitățile utilizate în secțiune

Fundamentele cinematicii includ mai multevalori care sunt utilizate nu numai în planul teoretic, dar au loc și în formule practice utilizate în modelarea și rezolvarea unei anumite game de probleme. Să ne familiarizăm mai mult cu aceste cantități și concepte. Să începem, poate, cu ultimul.

1) Mișcarea mecanică. Este definită ca schimbarea poziției spațiale a unui anumit corp idealizat față de cealaltă (punctele materiale) în timpul unei schimbări în intervalul de timp. În acest caz, organismele care sunt menționate au forțe de interacțiune corespunzătoare.

2) Sistemul de referință. Cinematica, definirea căreia am dat mai devreme, se bazează pe utilizarea unui sistem de coordonate. Prezența variațiilor sale este una dintre condițiile necesare (cea de-a doua condiție este utilizarea instrumentelor sau a mijloacelor pentru măsurarea timpului). În general, sistemul de referință este necesar pentru descrierea cu succes a unui anumit tip de mișcare.

3) Coordonate. Fiind un indicator imaginar convențional, legat indisolubil de conceptul anterior (cadru de referință), coordonatele nu sunt altceva decât modul prin care se determină poziția corpului idealizat în spațiu. În acest caz, cifrele și simbolurile speciale pot fi folosite pentru descriere. Coordonatele sunt adesea folosite de cercetași și artileri.

4) Vector radius. Aceasta este o cantitate fizică, care în practică este folosită pentru a stabili poziția unui corp idealizat cu ochiul la poziția inițială (și nu numai). Pur și simplu, un anumit punct este luat și stabilit pentru convenție. Cel mai adesea aceasta este originea coordonatelor. Deci, după aceea, să zicem, un corp idealizat din acest punct începe să se deplaseze de-a lungul unei traiectorii arbitrare libere. În orice moment, putem conecta poziția corpului la origine, iar linia dreaptă care rezultă nu va fi decât un vector de rază.

5) Secțiunea cinematică folosește conceptul detraiectorie. Este o linie continuă obișnuită, care este creată în timpul mișcării unui corp idealizat cu mișcare liberă arbitrară într-un spațiu de dimensiuni diferite. Traiectoria, în consecință, poate fi rectilinie, circulară și ruptă.

6) Cinematica corpului este strâns legată de aceastacantitatea fizică ca viteză. De fapt, aceasta este o cantitate vectorială (este foarte important să ne amintim că conceptul unei cantități scalare se aplică doar în situații excepționale), ceea ce va caracteriza rapiditatea schimbării poziției corpului idealizat. Vectorul său este de obicei considerat a fi datorat faptului că viteza definește direcția mișcării actuale. Pentru a folosi conceptul este necesar să aplicăm un cadru de referință, așa cum am menționat mai devreme.

7) Cinematica, a cărei definiție o descrieFaptul că nu ia în considerare cauzele care provoacă mișcarea, în anumite situații, ia în considerare și accelerează. Este, de asemenea, o cantitate vectorică care arată cât de intens se va schimba vectorul de viteză al unui corp idealizat sub o schimbare alternativă (paralelă) în unitatea de timp. Cunoscând în același timp, în ce direcție sunt îndreptate ambele vectori - viteze și accelerații - se poate spune despre natura mișcării corpului. Poate fi accelerat uniform (vectorii coincid) sau la fel de lenți (vectorii sunt direcționați diferit).

8) Viteza unghiulară. O altă cantitate vectorială. În principiu, definiția acestuia coincide cu cea pe care am dat-o mai devreme. De fapt, diferența rezidă numai în faptul că a avut loc cazul considerat anterior atunci când se deplasează de-a lungul unei traiectorii rectilinii. Apoi avem o mișcare circulară. Acesta poate fi un cerc curat, precum și o elipsă. Un concept similar este dat pentru accelerația unghiulară.

Fizică. Cinematica. formulă

Pentru a rezolva problemele practice asociate cucinematica a organismelor idealizate, există o întreagă listă de formule foarte diferite. Ele vă permit să determinați distanța parcursă, instantaneu, viteza inițială finală, timpul pentru care corpul a trecut această distanță sau chiar mai mult și multe altele. Un caz particular de aplicare (privat) este situația cu o cadere liberă modelată a corpului. În acestea, accelerația (indicată prin litera a) se înlocuiește cu accelerația gravitației (litera g, numeric egală cu 9,8 m / s ^ 2).

Deci, ce am aflat? Fizica - cinematica (ale cărei formule sunt derivate una de cealaltă) - această secțiune este utilizată pentru a descrie mișcarea organismelor idealizate fără a lua în considerare parametrii de forță care devin cauzele producerii mișcării corespunzătoare. Cititorul poate afla întotdeauna mai multe despre acest subiect. Fizica (tema "cinematică") este foarte importantă, deoarece oferă conceptele de bază ale mecanicii ca o secțiune globală a științei relevante.