Wat is kinematika? Vir die eerste keer begin sekondêre skoolleerlinge met die definisie daarvan in fisika-lesse kennis maak. Meganika (kinematika is een van sy vertakkings) maak self 'n groot deel van hierdie wetenskap uit. Gewoonlik word dit eerste aan studente in handboeke aangebied. Soos ons gesê het, is kinematika 'n onderafdeling van meganika. Maar aangesien ons oor haar praat, kom ons praat 'n bietjie meer hieroor.
Meganika as deel van fisika
Die woord "meganika" self is van Griekse oorsprong en word letterlik vertaal as die kuns om masjiene te bou. In fisika word dit beskou as 'n afdeling wat die beweging van die sogenaamde materiële liggame deur ons in verskillende-grootte ruimtes bestudeer (dit wil sê die beweging kan in een vlak, op 'n voorwaardelike koördinaatrooster of in driedimensionele ruimte plaasvind). Die studie van die interaksie tussen materiaalpunte is een van die take wat meganika verrig (kinematika is 'n uitsondering op hierdie reël, aangesien dit besig is met modellering en ontleding van alternatiewe situasies sonder om die impak van kragparameters in ag te neem). Met dit alles, moet daarop gelet word dat die ooreenstemmende tak van fisikabeteken deur beweging die verandering in die posisie van die liggaam in die ruimte oor tyd. Hierdie definisie is nie net van toepassing op materiële punte of liggame as 'n geheel nie, maar ook op hul dele.
Die konsep van kinematika
Die naam van hierdie afdeling van fisika is ook van Griekse oorsprong en vertaal letterlik as "beweeg". Dus kry ons die aanvanklike, nog nie werklik gevormde antwoord op die vraag wat kinematika is nie. In hierdie geval kan ons sê dat die afdeling wiskundige metodes bestudeer om sekere tipes beweging van direk geïdealiseerde liggame te beskryf. Ons praat van die sogenaamde absoluut vaste liggame, van ideale vloeistowwe, en natuurlik van materiële punte. Dit is baie belangrik om te onthou dat wanneer die beskrywing toegepas word, die oorsake van beweging nie in ag geneem word nie. Dit wil sê, parameters soos liggaamsmassa of krag wat die aard van sy beweging beïnvloed, is nie onderhewig aan oorweging nie.
Grondbeginsels van kinematika
Hulle sluit konsepte soos tyd en ruimte in. As een van die eenvoudigste voorbeelde kan ons 'n situasie noem waar byvoorbeeld 'n materiële punt langs 'n sirkel met 'n sekere radius beweeg. In hierdie geval sal kinematika die verpligte bestaan van so 'n hoeveelheid soos sentripetale versnelling toeskryf, wat langs die vektor vanaf die liggaam self na die middel van die sirkel gerig word. Dit wil sê, die versnellingsvektor sal te eniger tyd saamval met die radius van die sirkel. Maar selfs in hierdie geval (metsentripetale versnelling) kinematika nie die aard van die krag wat dit veroorsaak het, aandui nie. Dit is reeds aksies wat die dinamika ontleed.
Hoe is kinematika?
So, ons het in werklikheid die antwoord gegee oor wat kinematika is. Dit is 'n tak van meganika wat bestudeer hoe om die beweging van geïdealiseerde voorwerpe te beskryf sonder om kragparameters te bestudeer. Kom ons praat nou oor wat kinematika kan wees. Die eerste tipe is klassiek. Dit is gebruiklik om die absolute ruimtelike en tydelike kenmerke van 'n sekere soort beweging in ag te neem. In die rol van eersgenoemde verskyn die lengtes van die segmente, in die rol van laasgenoemde die tydintervalle. Met ander woorde, ons kan sê dat hierdie parameters onafhanklik bly van die keuse van verwysingstelsel.
Relativisties
Die tweede tipe kinematika is relativisties. Daarin, tussen twee ooreenstemmende gebeurtenisse, kan tydelike en ruimtelike kenmerke verander as 'n oorgang van een verwysingsraamwerk na 'n ander gemaak word. Die gelyktydige ontstaan van twee gebeurtenisse kry in hierdie geval ook 'n uitsluitlik relatiewe karakter. In hierdie soort kinematika smelt twee afsonderlike konsepte (en ons praat van ruimte en tyd) saam in een. Daarin word die hoeveelheid, wat gewoonlik die interval genoem word, onveranderlik onder Lorentziese transformasies.
Die geskiedenis van die skepping van kinematika
Onsdaarin geslaag om die konsep te verstaan en 'n antwoord te gee op die vraag wat kinematika is. Maar wat was die geskiedenis van die ontstaan daarvan as 'n onderafdeling van meganika? Dit is waaroor ons nou moet praat. Vir 'n geruime tyd was al die konsepte van hierdie onderafdeling gebaseer op werke wat deur Aristoteles self geskryf is. Hulle het relevante stellings bevat dat die spoed van 'n liggaam tydens 'n val direk eweredig is aan die numeriese aanwyser van die gewig van 'n spesifieke liggaam. Daar is ook genoem dat die oorsaak van die beweging direk die krag is, en in die afwesigheid daarvan kan daar geen sprake van enige beweging wees nie.
Eksperimente van Galileo
Die beroemde wetenskaplike Galileo Galilei het aan die einde van die sestiende eeu in die werke van Aristoteles begin belangstel. Hy het begin om die proses van vrye val van die liggaam te bestudeer. Melding kan gemaak word van sy eksperimente op die Leunende Toring van Pisa. Die wetenskaplike het ook die proses van traagheid van liggame bestudeer. Op die ou end het Galileo daarin geslaag om te bewys dat Aristoteles verkeerd was in sy werke, en hy het 'n aantal foutiewe gevolgtrekkings gemaak. In die ooreenstemmende boek het Galileo die resultate van die werk wat uitgevoer is, uiteengesit met bewyse van die dwaling van Aristoteles se gevolgtrekkings.
Moderne kinematika word nou beskou as sy oorsprong in Januarie 1700. Toe het Pierre Varignon voor die Franse Akademie van Wetenskappe gepraat. Hy het ook die eerste konsepte van versnelling en spoed gebring en dit in 'n differensiële vorm geskryf en verduidelik. 'n Bietjie later het Ampere ook kennis geneem van 'n paar kinematiese idees. In die agtiende eeu het hy in kinematika die sgvariasierekening. Die spesiale relatiwiteitsteorie, wat selfs later geskep is, het getoon dat ruimte, soos tyd, nie absoluut is nie. Terselfdertyd is daarop gewys dat die spoed fundamenteel beperk kan word. Dit is hierdie fondamente wat kinematika laat ontwikkel het binne die raamwerk en konsepte van die sogenaamde relativistiese meganika.
Konsepte en hoeveelhede gebruik in die afdeling
Die basiese beginsels van kinematika sluit verskeie hoeveelhede in wat nie net in teoretiese terme gebruik word nie, maar ook plaasvind in praktiese formules wat gebruik word in die modellering en oplossing van 'n sekere reeks probleme. Kom ons maak kennis met hierdie hoeveelhede en konsepte in meer besonderhede. Kom ons begin met die laastes.
1) Meganiese beweging. Dit word gedefinieer as veranderinge in die ruimtelike posisie van 'n sekere geïdealiseerde liggaam relatief tot ander (materiële punte) in die loop van die verandering van die tydinterval. Terselfdertyd het die liggame wat genoem word die ooreenstemmende kragte van interaksie met mekaar.
2) Verwysingstelsel. Kinematika, wat ons vroeër gedefinieer het, is gebaseer op die gebruik van 'n koördinaatstelsel. Die teenwoordigheid van sy variasies is een van die nodige voorwaardes (die tweede voorwaarde is die gebruik van instrumente of middele om tyd te meet). Oor die algemeen is 'n verwysingsraamwerk nodig vir die suksesvolle beskrywing van een of ander tipe beweging.
3) Koördinate. Synde 'n voorwaardelike denkbeeldige aanwyser, onlosmaaklik verbind met die vorige konsep (verwysingsraamwerk), is die koördinate niks meer as 'n metode waardeur die posisie van 'n geïdealiseerde liggaam inspasie. In hierdie geval kan syfers en spesiale karakters vir die beskrywing gebruik word. Koördinate word dikwels deur verkenners en kanonniers gebruik.
4) Radiusvektor. Dit is 'n fisiese hoeveelheid wat in die praktyk gebruik word om die posisie van 'n geïdealiseerde liggaam te stel met die oog op die oorspronklike posisie (en nie net nie). Eenvoudig gestel, 'n sekere punt word geneem en dit word vasgestel vir konvensie. Dikwels is dit die oorsprong van koördinate. So, daarna, kom ons sê, begin 'n geïdealiseerde liggaam van hierdie punt af langs 'n vrye arbitrêre trajek beweeg. Op enige tydstip kan ons die posisie van die liggaam aan die oorsprong verbind, en die resulterende reguit lyn sal niks meer as 'n radiusvektor wees nie.
5) Die kinematika-afdeling gebruik die konsep van 'n trajek. Dit is 'n gewone deurlopende lyn wat geskep word tydens die beweging van 'n geïdealiseerde liggaam tydens arbitrêre vrye beweging in 'n ruimte van verskillende groottes. Die trajek kan onderskeidelik reglynig, sirkelvormig en gebroke wees.
6) Die kinematika van die liggaam is onlosmaaklik verbind met so 'n fisiese hoeveelheid soos spoed. Trouens, dit is 'n vektorhoeveelheid (dit is baie belangrik om te onthou dat die konsep van 'n skalêre hoeveelheid slegs in uitsonderlike situasies daarop van toepassing is), wat die spoed van verandering in die posisie van 'n geïdealiseerde liggaam sal kenmerk. Dit word as 'n vektor beskou as gevolg van die feit dat die spoed die rigting van die voortgaande beweging bepaal. Om die konsep te gebruik, moet jy die verwysingsraamwerk toepas, soos vroeër genoem.
7) Kinematika, waarvan die definisie vertel vandat dit nie die oorsake wat beweging veroorsaak in ag neem nie, in sekere situasies ook versnelling in ag neem. Dit is ook 'n vektorhoeveelheid, wat wys hoe intensief die snelheidsvektor van 'n geïdealiseerde liggaam sal verander met 'n alternatiewe (parallelle) verandering in die tydseenheid. Om terselfdertyd te weet in watter rigting beide vektore - spoed en versnelling - gerig is, kan ons sê oor die aard van die beweging van die liggaam. Dit kan óf eenvormig versnel word (die vektore is dieselfde) of eenvormig stadig (die vektore is in teenoorgestelde rigtings).
8) Hoeksnelheid. Nog 'n vektorhoeveelheid. In beginsel val die definisie daarvan saam met die analoge een wat ons vroeër gegee het. Trouens, die enigste verskil is dat die voorheen oorweegde geval plaasgevind het wanneer langs 'n reglynige trajek beweeg is. Hier het ons 'n sirkelbeweging. Dit kan 'n netjiese sirkel wees, sowel as 'n ellips. 'n Soortgelyke konsep word vir hoekversnelling gegee.
Fisika. Kinematika. Formules
Om praktiese probleme op te los wat verband hou met die kinematika van geïdealiseerde liggame, is daar 'n hele lys van verskeie formules. Hulle laat jou toe om die afstand afgelê, die oombliklike, die aanvanklike finale spoed, die tyd waartydens die liggaam hierdie of daardie afstand verby is, en nog baie meer te bepaal. 'n Aparte geval van toepassing (privaat) is situasies met 'n gesimuleerde vrye val van 'n liggaam. In hulle word versnelling (aangedui deur die letter a) vervang deur die versnelling van swaartekrag (letter g, is numeries gelyk aan 9,8 m/s^2).
So wat het ons uitgevind? Fisika - kinematika (die formules waarvanvan mekaar afgelei) - hierdie afdeling word gebruik om die beweging van geïdealiseerde liggame te beskryf sonder om die kragparameters in ag te neem wat die oorsake van die ooreenstemmende beweging word. Die leser kan altyd in meer besonderhede kennis maak met hierdie onderwerp. Fisika (die onderwerp “kinematika”) is baie belangrik, aangesien dit die basiese konsepte van meganika as 'n globale afdeling van die ooreenstemmende wetenskap gee.
