Subiectul articolului nostru de astăzi va fi cinematica unui punct material. Despre ce e vorba? Ce concepte apar în el și ce definiție ar trebui dată acestui termen? Vom încerca să răspundem la aceste întrebări și la multe alte întrebări astăzi.
Definiție și concept
Cinematica unui punct material nu este altceva decât o subsecțiune a fizicii numită „mecanică”. Ea, la rândul său, studiază tiparele de mișcare ale anumitor corpuri. Cinematica unui punct material se ocupă și de această problemă, dar nu o face într-un mod general. De fapt, această subsecțiune studiază metode care vă permit să descrieți mișcarea corpurilor. În acest caz, doar așa-numitele corpuri idealizate sunt potrivite pentru cercetare. Acestea includ: un punct material, un corp absolut rigid și un gaz ideal. Să luăm în considerare conceptele mai detaliat. Știm cu toții de pe banca școlii că se obișnuiește să se numească un punct material un corp, ale cărui dimensiuni într-o situație dată pot fi neglijate. Apropo, cinematica mișcării de translație a unui punct material începe pentru prima datăapar în manualele de fizică de clasa a șaptea. Aceasta este cea mai simplă ramură, deci este cel mai convenabil să începeți cunoașterea științei cu ajutorul acesteia. O întrebare separată este care sunt elementele cinematicii unui punct material. Există destul de multe și, în mod condiționat, pot fi împărțite în mai multe niveluri cu complexitate diferită pentru înțelegere. Dacă vorbim, de exemplu, despre vectorul rază, atunci, în principiu, nu există nimic prohibitiv de complicat în definiția sa. Cu toate acestea, veți fi de acord că va fi mult mai ușor pentru un elev să o înțeleagă decât pentru un elev de gimnaziu sau liceu. Și, pentru a fi sincer, nu este nevoie să explicăm trăsăturile acestui termen elevilor de liceu.
O scurtă istorie a creării cinematicii
Cu mulți, mulți ani în urmă, marele om de știință Aristotel și-a dedicat partea leului din timpul său liber studiului și descrierii fizicii ca știință separată. A lucrat și la cinematică, încercând să-și prezinte principalele teze și concepte, într-un fel sau altul folosit în încercările de a rezolva probleme practice și chiar de zi cu zi. Aristotel a dat ideile inițiale despre care sunt elementele cinematicii unui punct material. Lucrările și lucrările sale sunt foarte valoroase pentru întreaga omenire. Cu toate acestea, în concluziile sale a făcut un număr considerabil de erori, iar motivul pentru aceasta au fost anumite concepții greșite și calcule greșite. La un moment dat, un alt om de știință, Galileo Galilei, a devenit interesat de lucrările lui Aristotel. Una dintre tezele fundamentale prezentate de Aristotel a fost că mișcarea unui corpapare numai dacă este acționată de o anumită forță, determinată de intensitate și direcție. Galileo a dovedit că aceasta a fost o greșeală. Forța va afecta parametrul vitezei de mișcare, dar nu mai mult. Italianul a arătat că forța este cauza accelerației și nu poate apărea decât reciproc cu ea. De asemenea, Galileo Galilei a acordat o atenție considerabilă studiului procesului de cădere liberă, derivând modelele adecvate. Probabil că toată lumea își amintește celebrele sale experimente, pe care le-a condus pe Turnul înclinat din Pisa. Fizicianul Ampère a folosit și elementele de bază ale soluțiilor cinematice în lucrările sale.
Concepte inițiale
Așa cum am menționat mai devreme, cinematica este studiul modalităților de a descrie mișcarea obiectelor idealizate. În acest caz, bazele analizei matematice, algebrei obișnuite și geometriei pot fi aplicate în practică. Dar ce concepte (mai exact concepte, și nu definiții pentru mărimi parametrice) stau la baza acestei subsecțiuni a fizicii? În primul rând, toată lumea ar trebui să înțeleagă clar că cinematica mișcării de translație a unui punct material ia în considerare mișcarea fără a lua în considerare indicatorii de forță. Adică, pentru a rezolva problemele corespunzătoare, nu avem nevoie de formule legate de forță. Nu este luată în considerare de cinematică, oricâte dintre ele ar fi - unu, doi, trei, cel puțin câteva sute de mii. Cu toate acestea, existența accelerației este încă prevăzută. Într-o serie de probleme, cinematica mișcării unui punct material prescrie determinarea mărimii accelerației. Cu toate acestea, cauzele acestui fenomen (adică forțele șinatura lor) nu sunt luate în considerare, ci omise.
Clasificare
Am aflat că cinematica explorează și aplică metode pentru a descrie mișcarea corpurilor fără a ține cont de forțele care acționează asupra lor. Apropo, o altă subsecțiune a mecanicii, care se numește dinamică, se ocupă de o astfel de sarcină. Deja acolo se aplică legile lui Newton, care permit în practică determinarea unui număr destul de mare de parametri cu o cantitate mică de date inițiale cunoscute. Conceptele de bază ale cinematicii unui punct material sunt spațiul și timpul. Și în legătură cu dezvoltarea științei atât în general, cât și în acest domeniu, a apărut întrebarea cu privire la oportunitatea utilizării unei astfel de combinații.
De la început a existat cinematica clasică. Putem spune că se caracterizează nu numai prin prezența atât a golurilor temporale, cât și spațiale, ci și a independenței acestora față de alegerea unuia sau altuia cadru de referință. Apropo, despre asta vom vorbi puțin mai târziu. Acum să explicăm doar despre ce vorbim. În acest caz, un segment va fi considerat un interval spațial, iar un interval de timp va fi considerat un interval temporal. Totul pare a fi clar. Deci, aceste goluri vor fi considerate în cinematica clasică ca absolute, invariante, cu alte cuvinte, independente de trecerea de la un cadru de referință la altul. Fie cinematica relativista de afaceri. În ea, golurile în timpul tranziției între sistemele de referință se pot schimba. Ar fi chiar mai corect să spunem că nu pot, dar trebuie, probabil. Din această cauză, simultaneitatea celor douăevenimentele aleatorii devin, de asemenea, relative și supuse unei considerații speciale. De aceea, în cinematica relativistă două concepte - spațiu și timp - sunt combinate într-unul singur.
Cinematica unui punct material: viteza, acceleratia si alte marimi
Pentru a înțelege măcar puțin această subsecțiune a fizicii, trebuie să navigați prin cele mai importante concepte, să cunoașteți definițiile și să vă imaginați care este cutare sau cutare cantitate în termeni generali. Nu este nimic dificil în asta, de fapt, totul este foarte ușor și simplu. Luați în considerare, poate, pentru început, conceptele de bază folosite în problemele de cinematică.
Mișcare
Mișcare mecanică vom lua în considerare procesul în care unul sau altul obiect idealizat își schimbă poziția în spațiu. În acest caz, putem spune că schimbarea are loc în raport cu alte corpuri. De asemenea, este necesar să se țină cont de faptul că stabilirea unui anumit interval de timp între două evenimente are loc simultan. De exemplu, se va putea izola un anumit interval format în timpul scurs între sosirea corpului dintr-o poziție în alta. De asemenea, remarcăm că corpurile în acest caz pot și vor interacționa între ele, conform legilor generale ale mecanicii. Exact cu asta funcționează cel mai adesea cinematica unui punct material. Sistemul de referință este următorul concept care este indisolubil legat de acesta.
Coordonate
Ele pot fi numite date obișnuite care vă permit să determinați poziția corpului la un moment dat sau altul. Coordonatele sunt indisolubil legate de conceptul de sistem de referință, precum și de grila de coordonate. Cel mai adesea sunt o combinație de litere și cifre.
Vector rază
Din nume ar trebui să fie deja clar ce este. Cu toate acestea, să vorbim despre asta mai detaliat. Dacă un punct se mișcă de-a lungul unei anumite traiectorii și cunoaștem exact începutul unui anumit sistem de referință, atunci putem desena un vector cu rază în orice moment. Acesta va conecta poziția inițială a punctului cu poziția instantanee sau finală.
Traiectorie
Se va numi o linie continuă, care este așezată ca rezultat al mișcării unui punct material într-un anumit sistem de referință.
Viteză (atât liniară, cât și unghiulară)
Acesta este o valoare care poate spune cât de repede trece corpul printr-un anumit interval de distanță.
Accelerație (atât unghiulară, cât și liniară)
Afișează după ce lege și cât de intens se modifică parametrul de viteză al corpului.
Poate, iată-le - elementele principale ale cinematicii unui punct material. Trebuie remarcat faptul că atât viteza, cât și accelerația sunt mărimi vectoriale. Și asta înseamnă că nu au doar o valoare indicativă, ci și o anumită direcție. Apropo, ele pot fi direcționate atât într-o direcție, cât și în direcții opuse. În primul caz, corpul va accelera, în al doilea va încetini.
Sarcini simple
Cinematica unui punct material (viteza, accelerația și distanța în care sunt practic concepte fundamentale) include nu numai un număr mare de sarcini, ci multe dintre categoriile lor diferite. Să încercăm să rezolvăm o problemă destul de simplă determinând distanța parcursă de corp.
Să presupunem că condițiile pe care le avem la îndemână sunt următoarele. Mașina șoferului este la linia de start. Operatorul dă voie cu steagul, iar mașina decolează brusc. Stabiliți dacă poate stabili un nou record în competiția de concurenți, dacă următorul lider a parcurs o distanță de o sută de metri în 7,8 secunde. Luați accelerația mașinii egală cu 3 metri împărțit la o secundă la pătrat.
Deci, cum să rezolvi această problemă? Este destul de interesant, deoarece ni se cere să nu „uscăm” anumiți parametri. Se luminează cu cifre de afaceri și o anumită situație, care diversifică procesul de rezolvare și căutare a indicatorilor. Dar după ce ar trebui să ne ghidăm înainte de a aborda sarcina?
1. Cinematica unui punct material prevede utilizarea accelerației în acest caz.
2. Soluția se presupune folosind formula distanței, deoarece valoarea sa numerică apare în condiții.
Problema este de fapt rezolvată destul de simplu. Pentru a face acest lucru, luăm formula distanței: S=VoT + (-) AT ^ 2/2. Care este scopul? Trebuie să aflăm cât de mult va parcurge călărețul distanța desemnată și apoi să comparăm cifra cu recordul pentru a afla dacă o bate sau nu. Pentru a face acest lucru, alocați timp, obținem formulapentru el: AT^2 + 2VoT - 2S. Aceasta nu este altceva decât o ecuație pătratică. Dar mașina decolează, ceea ce înseamnă că viteza inițială va fi 0. Când rezolvați ecuația, discriminantul va fi egal cu 2400. Pentru a găsi timpul, trebuie să luați rădăcina. Să o facem până la a doua zecimală: 48,98. Găsiți rădăcina ecuației: 48,98/6=8,16 secunde. Se pare că șoferul nu va putea să bată recordul existent.
