Ce este cinematica? Pentru prima dată, elevii de liceu încep să se familiarizeze cu definiția acesteia în lecțiile de fizică. Mecanica (cinematica este una dintre ramurile sale) în sine constituie o mare parte a acestei științe. De obicei, este prezentat elevilor mai întâi în manuale. După cum am spus, cinematica este o subsecțiune a mecanicii. Dar, din moment ce vorbim despre ea, să vorbim despre asta mai detaliat.
Mecanica ca parte a fizicii
Cuvântul „mecanică” în sine este de origine greacă și se traduce literal prin arta de a construi mașini. În fizică, este considerată o secțiune care studiază mișcarea așa-numitelor corpuri materiale de către noi în spații de dimensiuni diferite (adică mișcarea poate avea loc într-un singur plan, pe o grilă de coordonate condiționate sau în spațiu tridimensional.). Studiul interacțiunii dintre punctele materiale este una dintre sarcinile pe care le îndeplinește mecanica (cinematica este o excepție de la această regulă, deoarece este angajată în modelarea și analizarea situațiilor alternative fără a ține cont de impactul parametrilor de forță). Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că ramura corespunzătoare a fiziciiînseamnă prin mişcare modificarea poziţiei corpului în spaţiu în timp. Această definiție este aplicabilă nu numai punctelor materiale sau corpurilor în ansamblu, ci și părților lor.
Conceptul de cinematică
Numele acestei secțiuni de fizică este, de asemenea, de origine greacă și se traduce literal prin „mutare”. Astfel, obținem răspunsul inițial, încă neformat cu adevărat, la întrebarea ce este cinematica. În acest caz, putem spune că secțiunea studiază metode matematice de descriere a anumitor tipuri de mișcare a corpurilor direct idealizate. Vorbim despre așa-numitele corpuri absolut solide, despre lichidele ideale și, bineînțeles, despre punctele materiale. Este foarte important să ne amintim că la aplicarea descrierii nu sunt luate în considerare cauzele mișcării. Adică, parametrii precum masa corporală sau forța care afectează natura mișcării sale nu sunt supuși luării în considerare.
Fundamentele cinematicii
Acestea includ concepte precum timp și spațiu. Ca unul dintre cele mai simple exemple, putem cita o situație în care, să zicem, un punct material se mișcă de-a lungul unui cerc cu o anumită rază. În acest caz, cinematica va atribui existența obligatorie a unei astfel de mărimi precum accelerația centripetă, care este îndreptată de-a lungul vectorului de la corpul însuși la centrul cercului. Adică, vectorul accelerație în orice moment va coincide cu raza cercului. Dar chiar și în acest caz (cuaccelerația centripetă) cinematica nu va indica natura forței care a determinat apariția acesteia. Acestea sunt deja acțiuni pe care dinamica le analizează.
Cum este cinematica?
Deci, noi, de fapt, am dat răspunsul la ce este cinematica. Este o ramură a mecanicii care studiază cum să descrie mișcarea obiectelor idealizate fără a studia parametrii forței. Acum să vorbim despre ce poate fi cinematica. Primul său tip este clasic. Se obișnuiește să se ia în considerare caracteristicile spațiale și temporale absolute ale unui anumit tip de mișcare. În rolul primului apar lungimile segmentelor, în rolul celor din urmă intervalele de timp. Cu alte cuvinte, putem spune că acești parametri rămân independenți de alegerea sistemului de referință.
Relativist
Al doilea tip de cinematică este relativistă. În ea, între două evenimente corespunzătoare, caracteristicile temporale și spațiale se pot schimba dacă se face o tranziție de la un cadru de referință la altul. Simultaneitatea originii a două evenimente capătă și în acest caz un caracter exclusiv relativ. În acest gen de cinematică, două concepte separate (și vorbim despre spațiu și timp) se contopesc într-unul singur. În ea, mărimea, care este de obicei numită interval, devine invariantă sub transformările lorentziane.
Istoria creării cinematicii
Noia reușit să înțeleagă conceptul și să dea un răspuns la întrebarea ce este cinematica. Dar care a fost istoria apariției sale ca subsecțiune a mecanicii? Despre asta trebuie să vorbim acum. Pentru o lungă perioadă de timp, toate conceptele acestei subsecțiuni s-au bazat pe lucrări care au fost scrise de însuși Aristotel. Ele conțineau afirmații relevante că viteza unui corp în timpul unei căderi este direct proporțională cu indicatorul numeric al greutății unui anumit corp. S-a mai menționat că cauza mișcării este direct forța, iar în absența acesteia, nu se poate vorbi despre nicio mișcare.
Experimentele lui Galileo
Renumitul om de știință Galileo Galilei a devenit interesat de lucrările lui Aristotel la sfârșitul secolului al XVI-lea. A început să studieze procesul de cădere liberă a corpului. Se pot menționa experimentele sale pe Turnul înclinat din Pisa. Omul de știință a studiat și procesul de inerție al corpurilor. În cele din urmă, Galileo a reușit să demonstreze că Aristotel a greșit în lucrările sale și a tras o serie de concluzii eronate. În cartea corespunzătoare, Galileo a evidențiat rezultatele lucrării efectuate cu dovezi ale erorii concluziilor lui Aristotel.
Cinematica modernă este acum considerată a avea originea în ianuarie 1700. Apoi Pierre Varignon a vorbit în fața Academiei Franceze de Științe. El a adus și primele concepte de accelerație și viteză, scriindu-le și explicându-le într-o formă diferențială. Puțin mai târziu, Ampere a luat notă și de câteva idei cinematice. În secolul al XVIII-lea a folosit în cinematică așa-numitacalcul variațional. Teoria specială a relativității, creată și mai târziu, a arătat că spațiul, ca și timpul, nu este absolut. În același timp, s-a subliniat că viteza ar putea fi limitată fundamental. Aceste fundații au determinat cinematica să se dezvolte în cadrul și conceptele așa-numitei mecanici relativiste.
Concepte și cantități utilizate în secțiunea
Bazele cinematicii includ mai multe mărimi care sunt utilizate nu numai în termeni teoretici, ci au loc și în formule practice utilizate în modelarea și rezolvarea unei anumite game de probleme. Să facem cunoștință cu aceste cantități și concepte mai detaliat. Să începem cu ultimele.
1) Mișcare mecanică. Este definită ca modificări ale poziției spațiale a unui anumit corp idealizat față de altele (puncte materiale) în cursul modificării intervalului de timp. În același timp, corpurile care sunt menționate au forțele de interacțiune corespunzătoare între ele.
2) Sistem de referință. Cinematica, pe care am definit-o mai devreme, se bazează pe utilizarea unui sistem de coordonate. Prezența variațiilor sale este una dintre condițiile necesare (a doua condiție este utilizarea instrumentelor sau mijloacelor pentru măsurarea timpului). În general, un cadru de referință este necesar pentru descrierea cu succes a unuia sau altuia tip de mișcare.
3) Coordonate. Fiind un indicator imaginar condiționat, indisolubil legat de conceptul anterior (cadru de referință), coordonatele nu sunt altceva decât o metodă prin care poziția unui corp idealizat înspaţiu. În acest caz, numerele și caracterele speciale pot fi folosite pentru descriere. Coordonatele sunt adesea folosite de cercetași și trăgători.
4) Vector rază. Aceasta este o mărime fizică care este folosită în practică pentru a seta poziția unui corp idealizat cu ochiul în poziția inițială (și nu numai). Mai simplu spus, un anumit punct este luat și este fixat pentru convenție. Cel mai adesea aceasta este originea coordonatelor. Deci, după aceea, să spunem, un corp idealizat din acest punct începe să se miște pe o traiectorie arbitrară liberă. În orice moment, putem conecta poziția corpului la origine, iar linia dreaptă rezultată nu va fi altceva decât un vector cu rază.
5) Secțiunea de cinematică folosește conceptul de traiectorie. Este o linie continuă obișnuită, care este creată în timpul mișcării unui corp idealizat în timpul mișcării libere arbitrare într-un spațiu de diferite dimensiuni. Traiectoria, respectiv, poate fi rectilinie, circulară și întreruptă.
6) Cinematica corpului este indisolubil legată de o asemenea mărime fizică precum viteza. De fapt, aceasta este o mărime vectorială (este foarte important de reținut că conceptul de mărime scalară îi este aplicabil doar în situații excepționale), care va caracteriza viteza de schimbare a poziției unui corp idealizat. Este considerat a fi un vector datorită faptului că viteza stabilește direcția mișcării în curs. Pentru a utiliza conceptul, trebuie să aplicați cadrul de referință, așa cum sa menționat mai devreme.
7) Cinematică, a cărei definiție spune desprecă nu are în vedere cauzele care provoacă mișcarea, în anumite situații are în vedere și accelerația. Este, de asemenea, o mărime vectorială, care arată cât de intens se va schimba vectorul viteză al unui corp idealizat cu o modificare alternativă (paralelă) a unității de timp. Știind în același timp în ce direcție sunt îndreptați ambii vectori - viteza și accelerația -, putem spune despre natura mișcării corpului. Poate fi fie uniform accelerat (vectorii sunt aceiași), fie uniform lent (vectorii sunt în direcții opuse).
8) Viteza unghiulară. O altă cantitate vectorială. În principiu, definiția sa coincide cu cea analogă pe care am dat-o mai devreme. De fapt, singura diferență este că cazul considerat anterior a avut loc atunci când se deplasa de-a lungul unei traiectorii rectilinie. Aici avem o mișcare circulară. Poate fi un cerc îngrijit, precum și o elipsă. Un concept similar este dat pentru accelerația unghiulară.
Fizica. Cinematică. Formule
Pentru a rezolva probleme practice legate de cinematica corpurilor idealizate, există o listă întreagă de diverse formule. Acestea vă permit să determinați distanța parcursă, viteza instantanee, viteza finală inițială, timpul în care corpul a parcurs cutare sau cutare distanță și multe altele. Un caz separat de aplicare (privat) sunt situațiile cu o cădere liberă simulată a unui corp. În ele, accelerația (notată cu litera a) este înlocuită cu accelerația gravitației (litera g, egală numeric cu 9,8 m/s^2).
Deci ce am aflat? Fizica - cinematică (ale cărei formulederivate unul de altul) - această secțiune este folosită pentru a descrie mișcarea corpurilor idealizate fără a lua în considerare parametrii de forță care devin cauzele mișcării corespunzătoare. Cititorul poate întotdeauna să se familiarizeze cu acest subiect mai detaliat. Fizica (subiectul „cinematică”) este foarte importantă, deoarece este cea care oferă conceptele de bază ale mecanicii ca o secțiune globală a științei corespunzătoare.
