Mitä on kinematiikka? Tämä on mekaniikan alaosasto, jota tutkitaanmatemaattiset ja geometriset menetelmät idealisoitujen esineiden liikkeen kuvaamiseen. Ne jakautuvat useisiin luokkiin. Tämän päivän artikkelin aiheena ovat näkökohdat, jotka liittyvät tavalla tai toisella "pistekinematiikka" -käsitteeseen. Käsittelemme monia aiheita, mutta aloitamme perustavanlaatuisimmista käsitteistä ja selityksistä niiden soveltamisesta tällä alalla.
Mitä kohteita harkitaan?
Jos kinematiikka on fysiikan haara, setutkii tapoja kuvata ruumiiden liikkeitä erikokoisissa tiloissa, mikä tarkoittaa, että meidän on operoitava itse kehoa, eikö niin? Ymmärtääksesi nopeasti, mitä sanotaan, löydät koululaisille suunnitellun multimediatunnin. Kinematiikka on yleensä helppo ymmärtää, kun ymmärrät sen perusteet. Kun luet niitä, huomaat, että teoria sisältää tietoa siitä, että tämä fysiikan osa tutkii materiaalipisteiden liikkumismalleja. Huomaa, kuinka yleisesti kohteiden määritelmä on annettu. Toisaalta aineelliset pisteet eivät ole ainoita kinematiikassa huomioitavia kohteita. Tämä fysiikan haara tutkii sekä ehdottoman kiinteiden kappaleiden että ihanteellisten nesteiden liikkeen periaatteita. Hyvin usein kaikki kolme näistä käsitteistä yhdistetään yhdeksi, sanoen yksinkertaisesti "idealisoituja esineitä". Idealisointia tarvitaan tässä tapauksessa laskelmien konventionaalisuuden vuoksi ja mahdollisista systemaattisista virheistä siirtymiseksi. Jos katsot aineellisen pisteen määritelmää, huomaat, että siitä kirjoitetaan seuraavaa: tämä on kappale, jonka mitat sopivassa tilanteessa voidaan jättää huomiotta. Tämä voidaan ymmärtää näin: kuljettuun matkaan verrattuna kohteen lineaariset mitat ovat mitättömiä.
Mitä käytetään kuvaamaan?
Kuten aiemmin todettiin, kinematiikka onmekaniikan alaosasto, joka tutkii tapoja kuvata pisteen liikettä. Mutta jos näin on, niin tällaisten operaatioiden suorittamiseen tarvitsemme joitain peruskäsitteitä ja periaatteita, kuten aksiomaattisia? Joo. Ja meidän tapauksessamme ne ovat siellä. Ensinnäkin kinematiikassa on sääntö ratkaista ongelmat katsomatta aineelliseen pisteeseen vaikuttavia voimia. Tiedämme kaikki erittäin hyvin, että keho kiihtyy tai hidastuu, jos tietty voima vaikuttaa siihen. Ja kinematiikka on alaosasto, jonka avulla voit käyttää kiihtyvyyttä. Tässä ei kuitenkaan oteta huomioon nousevien voimien luonnetta. Liikkeen kuvaamiseen käytetään matemaattisen analyysin menetelmiä, lineaarista ja spatiaalista geometriaa sekä algebraa. Koordinaattiruudukoilla ja itse koordinaatteilla on myös tietty rooli. Mutta puhumme tästä hieman myöhemmin.
Historia luomisen
Ensimmäiset kinematiikkaa koskevat teokset koottiinsuuri tiedemies Aristoteles. Hän oli se, joka muodosti joitakin tämän teollisuuden perusperiaatteita. Ja huolimatta siitä, että hänen työnsä ja johtopäätöksensä sisälsivät tietyn määrän virheellisiä mielipiteitä ja ajatuksia, hänen työnsä ovat edelleen suuri arvo nykyfysiikassa. Galileo Galilei tutki myöhemmin Aristoteleen teoksia. Hän suoritti kuuluisia kokeita Pisan kaltevalla tornilla, kun hän tutki kehon vapaan pudotuksen prosessin lakeja. Tutkittuaan kaikkea ylös ja alas, Galileo alisti Aristoteleen ajatukset ja johtopäätökset ankaralle kritiikille. Esimerkiksi, jos jälkimmäinen kirjoitti, että voima on liikkeen syy, Galileo osoitti, että voima on syy kiihtyvyyteen, mutta ei se tosiasia, että keho ottaa ja alkaa liikkua ja liikkuu. Aristoteleen mukaan keho voi saavuttaa nopeuden vain, kun se altistuu tietylle voimalle. Mutta tiedämme, että tämä mielipide on väärä, koska on olemassa yhtenäinen eteenpäin suuntautuva liike. Tämä on jälleen kerran todistettu kinemaattisilla kaavoilla. Ja siirrymme seuraavaan kysymykseen.
Kinematiikka. Fysiikka. Peruskonseptit
Tämä osa sisältää joukon perusperiaatteita ja määritelmiä. Aloitetaan ehkä tärkeimmästä.
Mekaaninen liike
He ovat luultavasti yrittäneet kertoa meille siitä asti, kun olimme koulussalaatia ajatus siitä, mitä voidaan pitää mekaanisena liikkeenä. Kohtaamme sen joka päivä, joka tunti, joka sekunti. Käsittelemme mekaanista liikettä prosessina, joka tapahtuu avaruudessa ajan myötä, nimittäin tietyn kehon asennon muutosta. Tässä tapauksessa prosessiin sovelletaan hyvin usein suhteellisuusteoriaa, toisin sanoen sanotaan, että esimerkiksi ensimmäisen kappaleen sijainti on muuttunut suhteessa toisen asemaan. Kuvitellaan, että meillä on kaksi autoa lähtöviivalla. Kuljettajan lupa tai valot syttyvät - ja autot lähtevät liikkeelle. Heti alussa tapahtuu jo asennon muutos. Lisäksi voimme puhua tästä pitkään ja ikävästi: suhteessa kilpailijaan, suhteessa lähtölinjaan, suhteessa kiinteään katsojaan. Mutta ehkä ajatus on selvä. Sama voidaan sanoa kahdesta ihmisestä, jotka kävelevät joko samaan suuntaan tai eri suuntiin. Jokaisen niiden sijainti suhteessa toiseen muuttuu joka hetki.
Viitejärjestelmä
Kinematiikka, fysiikka - kaikki nämä tieteet käyttävätperuskäsite kuin viitejärjestelmät. Itse asiassa sillä on erittäin tärkeä rooli ja sitä käytetään käytännön ongelmissa melkein kaikkialla. Viitejärjestelmään voidaan liittää kaksi muutakin tärkeää komponenttia.
Ruudukko ja koordinaatit
Jälkimmäiset eivät ole muuta kuinjoukko numeroita ja kirjaimia. Tiettyjä loogisia asetuksia käyttämällä voimme luoda oman yksi- tai kaksiulotteisen koordinaattiruudukon, jonka avulla voimme ratkaista yksinkertaisimmatkin materiaalipisteen sijainnin muuttamisen ongelmat tietyn ajanjakson aikana. Tyypillisesti käytännössä käytetään kaksiulotteista koordinaattiristikkoa X ("x") ja Y ("y") akseleilla. Kolmiulotteisessa avaruudessa Z-akseli ("zet") lisätään, mutta yksiulotteisessa avaruudessa on vain X. Tykistömiehet ja tiedusteluupseerit työskentelevät usein koordinaattien avulla. Ja ensimmäistä kertaa kohtaamme ne peruskoulussa, kun alamme piirtää tietyn pituisia segmenttejä. Loppujen lopuksi valmistuminen ei ole muuta kuin koordinaattien käyttöä osoittamaan alun ja lopun.
Kinematiikka 10. luokka. Määrät
Perusmäärät, joita käytetään milloinratkaisemaan materiaalin pisteen kinematiikkaan liittyviä ongelmia, näitä ovat etäisyys, aika, nopeus ja kiihtyvyys. Puhutaanpa kahdesta viimeisestä tarkemmin. Molemmat suureet ovat vektorisuureita. Toisin sanoen niillä ei ole vain numeerista indikaattoria, vaan myös tietty määrätty suunta. Kehon liike tapahtuu suuntaan, johon nopeusvektori on suunnattu. Samalla emme saa unohtaa kiihtyvyysvektoria, jos kyseessä on epätasainen liike. Kiihtyvyys voidaan suunnata samaan suuntaan tai vastakkaiseen suuntaan. Jos ne ovat kohdakkain, keho alkaa liikkua nopeammin ja nopeammin. Jos ne ovat eri suuntiin, kohde hidastuu, kunnes se pysähtyy. Tämän jälkeen kiihtyvyyden läsnä ollessa keho saa vastakkaisen nopeuden, eli se liikkuu vastakkaiseen suuntaan. Kaikki tämä näkyy käytännössä hyvin, hyvin selvästi kinematiikassa. 10. luokka on juuri se ajanjakso, jolloin tämä fysiikan osa paljastuu riittävästi.
Kaavat
Kinemaattiset kaavat ovat melko yksinkertaisia molemmilletulostukseen ja ulkoa muistiin. Esimerkiksi kaava kohteen tietyssä ajassa kulkemalle matkalle on seuraava: S = VoT + aT^2/2. Kuten näemme, vasemmalla puolella meillä on täsmälleen sama etäisyys. Oikealta puolelta löydät alkunopeuden, ajan ja kiihtyvyyden. "Plus"-merkki on puhtaasti ehdollinen, koska kiihtyvyys voi saada negatiivisen skalaariarvon kohteen hidastusprosessin aikana. Yleisesti ottaen liikkeen kinematiikka tarkoittaa yhden nopeuden olemassaoloa; sanomme jatkuvasti "alkuperäinen", "lopullinen", "hetkellinen". Välitön nopeus näkyy tietyllä hetkellä. Mutta jos ajattelet asiaa tällä tavalla, niin lopulliset tai alkukomponentit eivät ole muuta kuin sen erityisiä ilmentymiä, eikö niin? Aihe "Elokuvaus" on todennäköisesti koululaisten suosikki, koska se on yksinkertainen ja mielenkiintoinen.
Esimerkki ongelmia
Yksinkertaisimmassa kinematiikassa on kokonaislukujaeri tehtävien luokat. Kaikki ne liittyvät jollain tavalla aineellisen pisteen liikkeeseen. Jotkut vaativat esimerkiksi kehon tietyssä ajassa kulkeman matkan määrittämistä. Tässä tapauksessa parametrit, kuten alkunopeus ja kiihtyvyys, voidaan tuntea. Tai ehkä opiskelija saa tehtävän, joka sisältää kehon kiihtyvyyden ilmaisemisen ja laskemisen. Katsotaanpa esimerkkiä. Auto lähtee liikkeelle staattisesta asennosta. Kuinka pitkän matkan hän kulkee 5 sekunnissa, jos hänen kiihtyvyytensä on kolme metriä jaettuna sekunnin neliöllä?
Tämän ongelman ratkaisemiseksi tarvitsemme kaavan S= VoT + at^2/2. Korvaamme siihen vain saatavilla olevat tiedot. Nämä ovat kiihtyvyys ja aika. On huomattava, että termi Vot menee nollaan, koska alkunopeus on nolla. Näin saadaan numeerinen vastaus 75 metriä. Siinä se, ongelma ratkaistu.
tulokset
Olemme siis käsitelleet perusasiatperiaatteet ja määritelmät, antoi esimerkin kaavasta ja puhui tämän alaosan syntyhistoriasta. Kinematiikkaa, jonka käsite esitellään seitsemännen luokan fysiikan tunneilla, kehitetään jatkuvasti relativistisen (ei-klassisen) osan puitteissa.
