Kādi ir kinemātikas pamatjēdzieni? Kas ir šī zinātne un ko tā pēta? Šodien mēs runāsim par to, kas ir kinemātika, kādi kinemātikas pamatjēdzieni notiek uzdevumos un ko tie nozīmē. Turklāt parunāsim par daudzumiem, ar kuriem mēs visbiežāk saskaramies.
Kinemātika. Pamatjēdzieni un definīcijas
Vispirms parunāsim par to, kas tas ir. Viena no visvairāk pētītajām fizikas sadaļām skolas kursā ir mehānika. Tai nenoteiktā secībā seko molekulārā fizika, elektrība, optika un dažas citas nozares, piemēram, kodolfizika un atomfizika. Bet aplūkosim mehāniku tuvāk. Šī fizikas nozare nodarbojas ar ķermeņu mehāniskās kustības izpēti. Tas nosaka dažus modeļus un pēta tās metodes.
Kinemātika kā daļa no mehānikas
Pēdējais ir sadalīts trīs daļās: kinemātika, dinamika un statika. Šīm trim zemzinātnēm, ja tās tā var nosaukt, ir dažas īpatnības. Piemēram, statika pēta mehānisko sistēmu līdzsvara noteikumus. Uzreiz prātā nāk asociācija ar svariem. Dinamika pēta ķermeņu kustības likumus, bet tajā pašā laikā pievērš uzmanību spēkiem, kas uz tiem iedarbojas. Bet kinemātika dara to pašu, tikai spēkus neņem vērā. Līdz ar to šo pašu ķermeņu masa uzdevumos netiek ņemta vērā.
Kinemātikas pamatjēdzieni. Mehāniskā kustība
Šīs zinātnes priekšmets ir materiāls punkts. To saprot kā ķermeni, kura izmēri, salīdzinot ar noteiktu mehānisko sistēmu, var tikt atstāti novārtā. Šis tā sauktais idealizētais ķermenis ir līdzīgs ideālai gāzei, kas tiek aplūkota molekulārās fizikas sadaļā. Kopumā materiāla punkta jēdzienam gan mehānikā kopumā, gan jo īpaši kinemātikā ir diezgan liela nozīme. Visbiežāk uzskatītā tā sauktā translācijas kustība.
Ko tas nozīmē un kas tas varētu būt?
Parasti kustības tiek sadalītas rotācijas un translācijas. Translācijas kustības kinemātikas pamatjēdzieni galvenokārt ir saistīti ar formulās izmantotajiem lielumiem. Par tiem runāsim vēlāk, bet pagaidām atgriezīsimies pie kustības veida. Ir skaidrs, ka, ja mēs runājam par rotāciju, tad ķermenis griežas. Attiecīgi translācijas kustība tiks saukta par ķermeņa kustību plaknē vai lineāri.
Teorētiskā bāze problēmu risināšanai
Kinemātikai, kuras pamatjēdzienus un formulas mēs tagad apsveram, ir milzīgs uzdevumu skaits. Tas tiek panākts, izmantojot parasto kombinatoriku. Viena no daudzveidības metodēm šeit ir mainīt nezināmus apstākļus. Vienu un to pašu problēmu var parādīt citā gaismā, vienkārši mainot tās risinājuma mērķi. Nepieciešams atrast attālumu, ātrumu, laiku, paātrinājumu. Kā redzat, ir ļoti daudz iespēju. Ja mēs šeit iekļaujam brīvā kritiena nosacījumus, telpa kļūst vienkārši neiedomājama.
Vērtības un formulas
Vispirms veiksim vienu rezervāciju. Kā zināms, daudzumiem var būt divējāds raksturs. No vienas puses, noteikta skaitliskā vērtība var atbilst noteiktai vērtībai. Bet, no otras puses, tam var būt arī izplatīšanas virziens. Piemēram, vilnis. Optikā mēs saskaramies ar tādu jēdzienu kā viļņa garums. Bet, ja ir koherents gaismas avots (tas pats lāzers), tad mums ir darīšana ar plaknes polarizētu viļņu staru. Tādējādi vilnis atbildīs ne tikai skaitliskai vērtībai, kas norāda tā garumu, bet arī noteiktam izplatīšanās virzienam.
Klasisks piemērs
Šādi gadījumi ir līdzība mehānikā. Teiksim, mums priekšā ripo rati. Autorskustības raksturu, mēs varam noteikt tās ātruma un paātrinājuma vektora raksturlielumus. Braucot uz priekšu (piemēram, uz līdzenas grīdas) to izdarīt būs nedaudz grūtāk, tāpēc izskatīsim divus gadījumus: kad rati ripo uz augšu un kad ripo uz leju.
Tātad iedomāsimies, ka ratiņi iet uz augšu ar nelielu slīpumu. Šajā gadījumā tas palēnināsies, ja uz to neiedarbosies ārēji spēki. Bet pretējā situācijā, proti, ratiem ripot lejā, tas paātrināsies. Ātrums divos gadījumos ir vērsts uz to, kur objekts pārvietojas. Tas ir jāuztver kā likums. Bet paātrinājums var mainīt vektoru. Samazinot ātrumu, tas tiek virzīts virzienā, kas ir pretējs ātruma vektoram. Tas izskaidro palēnināšanos. Līdzīgu loģisko ķēdi var izmantot arī otrajā situācijā.
Citas vērtības
Mēs tikko runājām par to, ka kinemātikā tie darbojas ne tikai ar skalārajiem lielumiem, bet arī ar vektoriem. Tagad spersim soli tālāk. Papildus ātrumam un paātrinājumam, risinot problēmas, tiek izmantoti tādi rādītāji kā attālums un laiks. Starp citu, ātrums ir sadalīts sākotnējā un momentānajā. Pirmais no tiem ir īpašs gadījums otrajam. Momentānais ātrums ir ātrums, ko var atrast jebkurā brīdī. Un ar sākumu, iespējams, viss ir skaidrs.
Uzdevums
Lielu daļu teorijas mēs pētījām iepriekš iepriekšējos punktos. Tagad atliek tikai dot pamata formulas. Bet mēs darīsim vēl labāk: mēs ne tikai apsvērsim formulas, bet arī pielietosim tās, risinot problēmu, laipabeigt iegūtās zināšanas. Kinemātika izmanto veselu formulu komplektu, kuras apvienojot, jūs varat sasniegt visu, kas jums nepieciešams, lai atrisinātu. Šeit ir problēma ar diviem nosacījumiem, lai to pilnībā saprastu.
Velosipēdists pēc finiša līnijas šķērsošanas samazina ātrumu. Viņam bija vajadzīgas piecas sekundes, lai pilnībā apstājās. Uzziniet, ar kādu paātrinājumu viņš samazināja ātrumu, kā arī to, cik lielu bremzēšanas ceļu izdevies veikt. Bremzēšanas ceļš tiek uzskatīts par lineāru, gala ātrums ir vienāds ar nulli. Finiša līnijas šķērsošanas brīdī ātrums bija 4 metri sekundē.
Patiesībā uzdevums ir diezgan interesants un nav tik vienkāršs, kā varētu šķist no pirmā acu uzmetiena. Ja mēģināsim ņemt attāluma formulu kinemātikā (S=Vot + (-) (pie ^ 2/2)), tad nekas nesanāks, jo mums būs vienādojums ar diviem mainīgajiem. Kā rīkoties šādā gadījumā? Mēs varam rīkoties divējādi: vispirms aprēķināt paātrinājumu, aizstājot datus formulā V=Vo - at, vai arī izteikt paātrinājumu no turienes un aizstāt to ar attāluma formulu. Izmantosim pirmo metodi.
Tātad, galīgais ātrums ir nulle. Sākotnēji - 4 metri sekundē. Pārnesot atbilstošos lielumus uz vienādojuma kreiso un labo pusi, mēs iegūstam paātrinājuma izteiksmi. Šeit tas ir: a=Vo/t. Tādējādi tas būs vienāds ar 0,8 metriem sekundē kvadrātā, un tam būs bremzēšanas raksturs.
Iet uz distances formulu. Mēs tajā vienkārši aizstājam datus. Mēs saņemam atbildi: bremzēšanas ceļš ir 10 metri.
