Hvad er kinematik? Sektion for mekanik, studere den matematiske beskrivelse af bevægelsen af ​​idealiserede kroppe

Hvad er kinematik? Med sin definition for første gang begynder elever på gymnasier på fysisk lektion at blive bekendt. Mekanik (kinematik er en af ​​dens sektioner) udgør selve størstedelen af ​​denne videnskab. Normalt præsenteres den først for eleverne i lærebøger. Som sagt er kinematik et underafsnit af mekanik. Men da det handler om hende, lad os tale mere om det her.

Mekanik som en del af fysikken

Selve ordet "mekanik" er græskOprindelse og bogstaveligt oversat som kunsten at bygge maskiner. I fysik betragtes det som et afsnit, der studerer bevægelsen af ​​såkaldte materialelegemer i forskellige dimensionerede rum (det vil sige bevægelse kan forekomme i et plan, på et konventionelt koordinatgitter eller i det tredimensionale rum). Undersøgelsen af ​​interaktion mellem materialepunkter er en af ​​de opgaver, der udføres af mekanikere (kinematik er undtagelsen fra deres regel, da den omhandler modellering og analyse af alternative situationer uden hensyntagen til effektparametre). Med alt dette skal det bemærkes, at den tilsvarende del af fysikken indebærer under bevægelsen forandringen i kroppens stilling i rummet over tid. Denne definition gælder ikke kun for materielle punkter eller organer generelt, men også for deres dele.

Konceptet kinematik

Titlen på denne del af fysikken har ogsåGræsk oprindelse og bogstaveligt oversættes som "flytte". Således får vi den oprindelige, endnu ikke dannede, virkelig svar på spørgsmålet om, hvad der er kinematik. I dette tilfælde kan vi sige, at afsnittet undersøger matematiske metoder til beskrivelse af forskellige typer bevægelser af direkte idealiserede organer. Vi taler om de såkaldte helt solide kroppe, om ideelle væsker, og selvfølgelig om materielle punkter. Det er meget vigtigt at huske, at når der anvendes beskrivelsen, tages der ikke hensyn til årsagerne til bevægelsen. Det vil sige, at sådanne parametre som vægten af ​​et legeme eller en kraft, som påvirker bevægelsens karakter, ikke er genstand for overvejelse.

Grundlag for kinematik

De omfatter begreber som tid ogplads. Et af de enkleste eksempler er den situation, hvor et materialepunkt bevæger sig langs en cirkel af en vis radius. I dette tilfælde vil kinematikken tilskrives den obligatoriske eksistens af en sådan mængde som centripetal accelerationen, som langs vektoren ledes fra selve kroppen til midten af ​​cirklen. Det vil sige, at accelerationsvektoren ved en hvilken som helst af instanterne vil falde sammen med cirkelens radius. Men selv i dette tilfælde (i nærværelse af centripetal acceleration) vil kinematikken ikke angive arten af ​​den kraft, der fik det til at virke. Dette er allerede handlingen, som afmonterer dynamikken.

Hvilken slags kinematik?

Så svaret på hvad er kinematik, vi, vedFaktisk gav de. Det er en sektion af mekanik, der studerer måder at beskrive bevægelsen af ​​idealiserede objekter uden at studere kraftparametrene. Lad os nu tale om, hvilken slags kinematik der kan være. Den første type er klassisk. Det er almindeligt at overveje absolutte rumlige og tidsmæssige egenskaber ved en bestemt type bevægelse. I førstnævntes rolle optræder segmenternes længder i sidstnævntes rolle tidsintervallerne. Med andre ord kan vi sige, at disse parametre forbliver uafhængige af valget af referencerammen.

relativistisk

Den anden type kinematik er relativistisk. I den mellem de to tilsvarende hændelser kan de tidsmæssige og rumlige egenskaber ændre sig, hvis en overgang er lavet fra en referenceramme til en anden. Samtidigheden af ​​oprindelsen af ​​de to begivenheder i denne sag antager også en udelukkende relativ karakter. I denne form for kinematik kombineres to separate begreber (og vi taler om plads og tid) sammen i et. I den bliver en mængde, som normalt kaldes et interval, uforanderlig under Lorentz-transformationerne.

Historien om oprettelsen af ​​kinematik

Det lykkedes os at forstå konceptet og give et svarspørgsmålet om, hvad der er kinematik. Men hvad var historiens fremkomst som et underafsnit af mekanik? Det er, hvad vi skal tale om lige nu. I lang tid var alle begreberne i dette underafsnit baseret på værker, der var skrevet af Aristoteles selv. I dem var der tilsvarende udsagn om, at kroppens hastighed i efteråret er direkte proportional med det numeriske indeks for vægten af ​​en bestemt krop. Det blev også nævnt, at bevægelsens årsag er direkte kraft, og i fraværet kan der ikke være bevægelse og tale.

Erfaringer fra Galileo

Aristoteles arbejde i slutningen af ​​sekstende århundredeinteresseret i den berømte forsker Galileo Galilei. Han begyndte at studere processen med frit fald i kroppen. Man kan nævne sine eksperimenter, som han gennemførte ved det skæve tårn i Pisa. Også forskeren studerede træghedsprocessen af ​​organer. Til sidst formåede Galileo at bevise, at Aristoteles var forkert i sine værker, og han lavede en række fejlagtige konklusioner. I den tilsvarende bog præsenterede Galileo resultaterne af det udførte arbejde med bevis for, at Aristoteles konklusioner var fejlagtige.

Moderne kinematik, som det betragtes som i dag,blev født i januar 1700 år. Derefter lavede Pierre Varignon en tale for det franske videnskabsakademi. Han gav også de første begreber om acceleration og hastighed, skrive og forklare dem i en differentieret form. Lidt senere noterede Ampere nogle kinematiske repræsentationer. I det attende århundrede brugte han den såkaldte beregning af variationer i kinematik. Den specielle relativitetsteori, der blev skabt endnu senere, viste, at rummet som tiden ikke er absolut. Samtidig blev det påpeget, at hastigheden kan være fundamentalt begrænset. Det er netop sådanne grunde, der pressede kinematikerne til at udvikle sig inden for rammerne og begreberne af såkaldt relativistisk mekanik.

Begreber og mængder anvendt i afsnittet

Kinematikens grundlæggende elementer omfatter flereværdier, der ikke kun anvendes i den teoretiske plan, men også foregår i praktiske formler, der anvendes til modellering og løsning af en række problemer. Lad os bekendtgøre disse mængder og begreber mere detaljeret. Lad os starte med måske sidstnævnte.

1) Mekanisk bevægelse. Det defineres som forandringen i den geografiske position af en bestemt idealiseret krop i forhold til den anden (materialepunkter) under en ændring i tidsintervallet. I dette tilfælde har de nævnte organer tilsvarende interaktionskræfter.

2) Referencesystemet. Kinematikken, som vi tidligere har defineret, er baseret på brugen af ​​et koordinatsystem. Tilstedeværelsen af ​​dens variationer er en af ​​de nødvendige betingelser (den anden betingelse er brugen af ​​instrumenter eller midler til måling af tid). Generelt er referencesystemet nødvendigt for en vellykket beskrivelse af en bestemt type bevægelse.

3) Koordinater. At være en konventionel imaginær indikator, der er uløseligt forbundet med det foregående koncept (referenceramme), er koordinaterne intet mere end den måde, hvorpå positionen af ​​den idealiserede krop i rummet bestemmes. I dette tilfælde kan tal og specielle symboler bruges til beskrivelse. Koordinaterne bruges ofte af spejdere og artilleri.

4) Radiusvektor. Dette er en fysisk mængde, som i praksis bruges til at indstille en idealiseret krops position med henblik på den oprindelige position (og ikke kun). Kort sagt, et bestemt punkt er taget og fastgjort til konventionen. Ofte er dette koordinaternes oprindelse. Så, efter dette, siger, en idealiseret krop fra dette punkt begynder at bevæge sig langs en fri vilkårlig bane. På ethvert tidspunkt kan vi forbinde kroppens position til oprindelsen, og den resulterende lige linje vil ikke være mere end en radiusvektor.

5) Kinematikafsnittet bruger begrebetbane. Det er en almindelig kontinuerlig linje, der er skabt under bevægelsen af ​​en idealiseret krop med vilkårlig fri bevægelse i et andet rum. Banen kan derfor være retlinet, cirkulært og brudt.

6) Kinematikken i kroppen er uløseligt forbundet med dettefysisk mængde som hastighed. I virkeligheden er det en vektor mængde (det er vigtigt at huske, at begrebet skalarstørrelse det kun gælder i særlige omstændigheder), som giver denne reaktion hurtige ændringer på positionen af ​​en idealiseret legeme. Vektor det anses for at være på grund af det faktum, at hastigheden af ​​bevægelsen definerer retningen af, hvad der sker. For at bruge konceptet er det nødvendigt at anvende en referenceramme som tidligere nævnt.

7) Kinematik, hvis definition fortæller omDen omstændighed, at den ikke anser årsagerne til bevægelse i visse situationer, betragter og accelererer. Det er også en vektormængde, der viser, hvor intensivt hastighedsvektoren for en idealiseret krop vil ændre sig under en alternativ (parallel) ændring i tidsenheden. At kende på samme tid, i hvilken retning begge vektorer styres - hastigheder og accelerationer - kan man sige om karakteren af ​​bevægelsen af ​​kroppen. Det kan enten være ensartet accelereret (vektorer falder sammen), eller lige langsomt (vektorer er forskelligt rettet).

8) Vinkelhastighed. En anden vektor mængde. I princippet falder dens definition sammen med den, vi tidligere gav. Faktisk ligger forskellen kun i den omstændighed, at den tidligere betragtede sag opstod, når den bevægede sig langs en retlinet bane. Så har vi en cirkulær bevægelse. Det kan være en pæn cirkel, såvel som en ellipse. Et lignende koncept er givet for vinkel acceleration.

Fysik. Kinematik. formel

At løse praktiske problemer forbundet medkinematik af idealiserede kroppe, er der en hel liste over meget forskellige formler. De giver dig mulighed for at bestemme den tilbagelagte afstand, øjeblikkelig, indledende sluthastighed, tid for hvilken kroppen har passeret denne eller den pågældende afstand og meget mere. Et særligt tilfælde af anvendelse (privat) er situationen med et modelleret frit fald i kroppen. I dem erstattes accelerationen (betegnet med bogstavet a) med tyngdepunktets acceleration (bogstav g, numerisk lig med 9,8 m / s ^ 2).

Så hvad fandt vi ud af? Fysik - kinematik (hvis formler er afledt af hinanden) - dette afsnit bruges til at beskrive bevægelsen af ​​idealiserede kroppe uden at tage hensyn til de kraftparametre, der bliver årsagerne til forekomsten af ​​den tilsvarende bevægelse. Læseren kan altid lære mere om dette emne. Fysik (temaet "kinematik") er meget vigtigt, fordi det giver de grundlæggende begreber om mekanik som et globalt afsnit af den relevante videnskab.