Kas ir kinemātika? Šī ir mehānikas apakšnozare, kas pēta matemātiskās un ģeometriskās metodes idealizētu objektu kustības aprakstīšanai. Tie iedalās vairākās kategorijās. Šodienas raksta tēma būs aspekti, kas kaut kādā veidā ir saistīti ar jēdzienu "punktu kinemātika". Mēs apskatīsim daudzas tēmas, taču sāksim ar fundamentālajiem jēdzieniem un to pielietojuma skaidrojumiem šajā jomā.
Kādi objekti tiek uzskatīti?
Ja kinemātika ir fizikas nozare, kas pēta, kā aprakstīt ķermeņu kustību dažāda lieluma telpās, tad jāoperē ar pašiem ķermeņiem, vai ne? Lai ātri saprastu, kas ir uz spēles, varat atrast multivides nodarbību, kas paredzēta skolēniem. Kinemātiku parasti ir viegli saprast, ja saprotat tās pamatus. Iepazīstoties ar tiem, pamanīsit, ka teorijā ir informācija, ka šī fizikas nozare pēta materiālo objektu kustības likumus.punktus. Ievērojiet, kā tiek vispārināta objektu definīcija. No otras puses, materiālie punkti nav vienīgie objekti, ko aplūko kinemātika. Šī fizikas nozare pēta gan absolūti stingru ķermeņu, gan ideālu šķidrumu kustības principus. Ļoti bieži visi šie trīs jēdzieni tiek apvienoti vienā, vienkārši sakot "idealizēti objekti". Idealizācija šajā gadījumā ir nepieciešama aprēķinu konvencijām un atkāpēm no iespējamām sistemātiskām kļūdām. Ja paskatās uz materiālā punkta definīciju, pamanīsit, ka par to ir rakstīts: šis ir ķermenis, kura izmērus attiecīgajā situācijā var neievērot. To var saprast šādi: salīdzinot ar nobraukto attālumu, objekta lineārie izmēri ir niecīgi.
Kas tiek izmantots, lai aprakstītu?
Kā minēts iepriekš, kinemātika ir mehānikas apakšnodaļa, kas pēta, kā aprakstīt punkta kustību. Bet, ja tas tā ir, vai tas nozīmē, ka šādu darbību veikšanai ir nepieciešami daži pamatjēdzieni un principi, piemēram, aksiomātiskie? Jā. Un mūsu gadījumā tie ir. Pirmkārt, kinemātikā ir noteikums problēmas atrisināt, neatskatoties uz spēkiem, kas iedarbojas uz materiālo punktu. Mēs visi lieliski zinām, ka ķermenis paātrinās vai palēninās, ja uz to iedarbosies noteikts spēks. Un kinemātika ir apakšsadaļa, kas ļauj darboties ar paātrinājumu. Tomēr topošo spēku būtība šeit netiek ņemta vērā. Kustības raksturošanai tiek izmantotas matemātiskās analīzes metodes, lineārā un telpiskā ģeometrija, unarī algebra. Noteiktu lomu spēlē arī koordinātu režģi un pašas koordinātas. Bet mēs par to runāsim nedaudz vēlāk.
Radīšanas vēsture
Pirmos darbus par kinemātiku apkopoja izcilais zinātnieks Aristotelis. Tieši viņš veidoja dažus šīs nozares pamatprincipus. Un, lai gan viņa darbi un secinājumi saturēja vairākus kļūdainus viedokļus un pārdomas, viņa darbi joprojām ir ļoti vērtīgi mūsdienu fizikā. Pēc tam Aristoteļa darbus pētīja Galilejs Galilejs. Viņš veica slavenos eksperimentus ar Pizas torni, kad viņš pētīja ķermeņa brīvās krišanas procesa likumus. Izpētījis visu no iekšpuses un ārpuses, Galilejs pakļāva Aristoteļa pārdomas un secinājumus bargai kritikai. Piemēram, ja pēdējais rakstīja, ka spēks ir kustības cēlonis, Galileo pierādīja, ka spēks ir paātrinājuma cēlonis, bet ne to, ka ķermenis uzņems un sāks kustēties un kustēties. Pēc Aristoteļa domām, ķermenis var iegūt ātrumu tikai tad, ja tas ir pakļauts noteiktam spēkam. Bet mēs zinām, ka šis viedoklis ir kļūdains, jo pastāv vienota translācijas kustība. To kārtējo reizi pierāda kinemātikas formulas. Un mēs pāriesim pie nākamā jautājuma.
Kinemātika. Fizika. Pamatjēdzieni
Šajā sadaļā ir vairāki pamatprincipi un definīcijas. Sāksim ar galveno.
Mehāniskā kustība
Iespējams, no skolas sola cenšamies likt priekšstatu par to, ko var uzskatīt par mehānisku kustību. Mēs ar to nodarbojamies katru dienu, stundu, katru sekundi. Mēs uzskatīsim mehānisko kustību par procesu, kas notiek telpā laika gaitā, proti, ķermeņa stāvokļa izmaiņas. Tajā pašā laikā procesam bieži tiek piemērota relativitāte, tas ir, viņi saka, ka, teiksim, pirmā ķermeņa pozīcija ir mainījusies attiecībā pret otrā ķermeņa stāvokli. Iedomāsimies, ka mums pie starta līnijas ir divas mašīnas. Operatora signāls vai gaismas iedegas - un automašīnas paceļas. Pašā sākumā jau notiek pozīcijas maiņa. Turklāt par to var runāt ilgi un nogurdinoši: par konkurentu, par starta līniju, par fiksētu skatītāju. Bet varbūt doma ir skaidra. To pašu var teikt par diviem cilvēkiem, kuri dodas vai nu vienā virzienā, vai dažādos virzienos. Katra no tām pozīcija attiecībā pret otru mainās katrā laika brīdī.
Atsauces sistēma
Kinemātika, fizika – visas šīs zinātnes izmanto tik fundamentālu jēdzienu kā atskaites sistēmas. Faktiski tam ir ļoti svarīga loma, un to izmanto praktiski visur. Ar atskaites sistēmu var savienot vēl divus svarīgus komponentus.
Koordinātu režģis un koordinātas
Pēdējie ir nekas vairāk kā ciparu un burtu kolekcija. Izmantojot noteiktus loģiskos iestatījumus, mēs varam izveidot paši savusviendimensiju vai divdimensiju koordinātu režģi, kas ļaus atrisināt visvienkāršākos materiāla punkta pozīcijas maiņas uzdevumus noteiktā laika periodā. Parasti praksē tiek izmantots divdimensiju koordinātu režģis ar asīm X ("x") un Y ("y"). Trīsdimensiju telpā tas pievieno Z asi (“z”), un viendimensijas telpā ir tikai X. Artilēristi un skauti bieži strādā ar koordinātām. Un pirmo reizi ar tiem sastopamies pamatskolā, kad sākam zīmēt noteikta garuma segmentus. Galu galā izlaidums nav nekas vairāk kā koordinātu izmantošana, lai norādītu sākumu un beigas.
Kinemātika 10. klase. Daudzumi
Galvenie lielumi, ko izmanto materiāla punkta kinemātikas problēmu risināšanā, ir attālums, laiks, ātrums un paātrinājums. Parunāsim par pēdējiem diviem sīkāk. Abi šie lielumi ir vektori. Citiem vārdiem sakot, tiem ir ne tikai skaitlisks rādītājs, bet arī noteikts iepriekš noteikts virziens. Ķermeņa kustība notiks virzienā, kurā ir vērsts ātruma vektors. Tajā pašā laikā nevajadzētu aizmirst par paātrinājuma vektoru, ja mums ir nevienmērīgas kustības gadījums. Paātrinājumu var virzīt tajā pašā virzienā vai pretējā virzienā. Ja tie ir kopīgi virzīti, tad ķermenis sāks kustēties arvien ātrāk. Ja tie atrodas pretēji, objekts palēnināsies, līdz tas apstāsies. Pēc tam paātrinājuma klātbūtnē ķermenis iegūs pretēju ātrumu, tas ir, pārvietosies pretējā virzienā. To visu praksē ļoti, ļoti skaidri parāda kinemātika. 10. klase ir tieši tādaperiods, kad šī fizikas sadaļa ir pietiekami atklāta.
Formulas
Kinemātikas formulas ir diezgan vienkāršas gan izvadīšanai, gan iegaumēšanai. Piemēram, formula attālumam, ko objekts nobraucis noteiktā laikā, ir šāds: S=VoT + aT^2/2. Kā redzam, kreisajā pusē mums ir tieši tāds pats attālums. Labajā pusē varat atrast sākotnējo ātrumu, laiku un paātrinājumu. Plus zīme ir tikai nosacīta, jo paātrinājumam var būt negatīva skalārā vērtība objekta palēninājuma procesā. Kopumā kustības kinemātika nozīmē viena veida ātruma esamību, mēs pastāvīgi sakām “sākotnējais”, “galīgais”, “momentānais”. Momentānais ātrums parādās noteiktā laika brīdī. Bet galu galā, ja jūs tā domājat, tad galīgās vai sākotnējās sastāvdaļas nav nekas cits kā tās īpašās izpausmes, vai ne? Tēma "Kinemātika", iespējams, ir iecienīta skolēnu vidū, jo tā ir vienkārša un interesanta.
Problēmu piemēri
Vienkāršākajā kinemātikā ir veselas ļoti dažādu uzdevumu kategorijas. Tie visi vienā vai otrā veidā ir saistīti ar materiāla punkta kustību. Piemēram, dažos ir jānosaka ķermeņa nobrauktais attālums noteiktā laikā. Šajā gadījumā var zināt tādus parametrus kā sākotnējais ātrums un paātrinājums. Vai varbūt skolēnam tiks dots uzdevums, kas sastāvēs tikai no nepieciešamības izteikt un aprēķināt ķermeņa paātrinājumu. Ņemsim piemēru. Automašīna sākas no statiskas pozīcijas. Kādu attālumu viņam būs laiks veikt 5 sekundēs, ja viņa paātrinājums ir trīs metri,dalīts ar sekundi kvadrātā?
Lai atrisinātu šo problēmu, mums ir nepieciešama formula S=VoT + at^2/2. Mēs vienkārši aizstājam tajā pieejamos datus. Tas ir paātrinājums un laiks. Ņemiet vērā, ka termins Vot būs nulle, jo sākotnējais ātrums ir nulle. Tādējādi mēs iegūstam skaitlisku atbildi 75 metri. Tas arī viss, problēma atrisināta.
Rezultāti
Tādējādi mēs noskaidrojām pamatprincipus un definīcijas, sniedzām formulas piemēru un runājām par šīs apakšnodaļas tapšanas vēsturi. Kinemātika, kuras jēdziens tiek ieviests septītajā klasē fizikas stundās, turpina pastāvīgi pilnveidot relatīvistiskās (neklasiskās) sadaļas ietvaros.
