Τι είναι η κινηματική; Αυτό είναι ένα υποπεδίο της μηχανικής που μελετά τις μαθηματικές και γεωμετρικές μεθόδους περιγραφής της κίνησης των εξιδανικευμένων αντικειμένων. Εμπίπτουν σε διάφορες κατηγορίες. Το θέμα του σημερινού άρθρου θα είναι πτυχές που κατά κάποιο τρόπο σχετίζονται με την έννοια της «κινητικής σημείων». Θα καλύψουμε πολλά θέματα, αλλά θα ξεκινήσουμε με τις πιο θεμελιώδεις έννοιες και εξηγήσεις της εφαρμογής τους σε αυτόν τον τομέα.
Τι αντικείμενα θεωρούνται;
Αν η κινηματική είναι ένας κλάδος της φυσικής που μελετά πώς να περιγράψει την κίνηση των σωμάτων σε χώρους διαφορετικών μεγεθών, τότε πρέπει να λειτουργήσετε με τα ίδια τα σώματα, σωστά; Για να κατανοήσετε γρήγορα τι διακυβεύεται, μπορείτε να βρείτε ένα μάθημα πολυμέσων σχεδιασμένο για μαθητές. Η κινηματική είναι γενικά απλή στην κατανόηση, αν κατανοείς τα βασικά της. Όταν εξοικειωθείτε με αυτά, θα παρατηρήσετε ότι στη θεωρία υπάρχουν πληροφορίες ότι αυτός ο κλάδος της φυσικής μελετά τους νόμους της κίνησης των υλικών αντικειμένων.σημεία. Παρατηρήστε πώς γενικεύεται ο ορισμός των αντικειμένων. Από την άλλη πλευρά, τα υλικά σημεία δεν είναι τα μόνα αντικείμενα που εξετάζει η κινηματική. Αυτός ο κλάδος της φυσικής μελετά τις αρχές της κίνησης τόσο των απολύτως άκαμπτων σωμάτων όσο και των ιδανικών ρευστών. Πολύ συχνά και οι τρεις αυτές έννοιες συνδυάζονται σε μία, λέγοντας απλά «εξιδανικευμένα αντικείμενα». Εξιδανίκευση σε αυτή την περίπτωση χρειάζεται για τις συμβάσεις των υπολογισμών και την απομάκρυνση από πιθανά συστηματικά λάθη. Αν κοιτάξετε τον ορισμό ενός υλικού σημείου, θα παρατηρήσετε ότι γράφονται τα εξής σχετικά: πρόκειται για ένα σώμα του οποίου οι διαστάσεις μπορούν να παραμεληθούν στην αντίστοιχη κατάσταση. Αυτό μπορεί να γίνει κατανοητό ως εξής: σε σύγκριση με τη διανυθείσα απόσταση, οι γραμμικές διαστάσεις του αντικειμένου είναι αμελητέες.
Τι χρησιμοποιείται για να περιγράψει;
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η κινηματική είναι μια υποενότητα της μηχανικής που μελετά πώς να περιγράψει την κίνηση ενός σημείου. Αλλά αν αυτό είναι έτσι, σημαίνει ότι χρειάζονται κάποιες θεμελιώδεις έννοιες και αρχές, όπως οι αξιωματικές, για την εκτέλεση τέτοιων πράξεων; Ναί. Και στην περίπτωσή μας είναι. Πρώτον, στην κινηματική είναι κανόνας να λύνουμε προβλήματα χωρίς να κοιτάμε πίσω τις δυνάμεις που δρουν σε ένα υλικό σημείο. Όλοι ξέρουμε πολύ καλά ότι ένα σώμα θα επιταχύνει ή θα επιβραδύνει αν ασκήσει μια συγκεκριμένη δύναμη πάνω του. Και η κινηματική είναι η υποενότητα που σας επιτρέπει να λειτουργείτε με επιτάχυνση. Ωστόσο, η φύση των αναδυόμενων δυνάμεων δεν εξετάζεται εδώ. Για την περιγραφή της κίνησης, χρησιμοποιούνται μέθοδοι μαθηματικής ανάλυσης, γραμμικής και χωρικής γεωμετρίας καιεπίσης άλγεβρα. Τα πλέγματα συντεταγμένων και οι ίδιες οι συντεταγμένες παίζουν επίσης κάποιο ρόλο. Αλλά θα μιλήσουμε για αυτό λίγο αργότερα.
Ιστορία της Δημιουργίας
Τα πρώτα έργα για την κινηματική συγκεντρώθηκαν από τον μεγάλο επιστήμονα Αριστοτέλη. Ήταν αυτός που διαμόρφωσε μερικές από τις θεμελιώδεις αρχές αυτής της βιομηχανίας. Και παρόλο που τα έργα και τα συμπεράσματά του περιείχαν μια σειρά από εσφαλμένες απόψεις και προβληματισμούς, τα έργα του εξακολουθούν να έχουν μεγάλη αξία για τη σύγχρονη φυσική. Τα έργα του Αριστοτέλη μελετήθηκαν στη συνέχεια από τον Galileo Galilei. Πραγματοποίησε τα περίφημα πειράματα με τον Πύργο της Πίζας, όταν ερεύνησε τους νόμους της διαδικασίας ελεύθερης πτώσης ενός σώματος. Έχοντας μελετήσει τα πάντα μέσα και έξω, ο Γαλιλαίος υπέβαλε τους προβληματισμούς και τα συμπεράσματα του Αριστοτέλη σε σκληρή κριτική. Για παράδειγμα, αν ο τελευταίος έγραψε ότι η δύναμη είναι η αιτία της κίνησης, ο Γαλιλαίος απέδειξε ότι η δύναμη είναι η αιτία της επιτάχυνσης, αλλά όχι ότι το σώμα θα σηκωθεί και θα αρχίσει να κινείται και να κινείται. Σύμφωνα με τον Αριστοτέλη, ένα σώμα μπορούσε να αποκτήσει ταχύτητα μόνο όταν υποβληθεί σε μια ορισμένη δύναμη. Γνωρίζουμε όμως ότι αυτή η άποψη είναι εσφαλμένη, αφού υπάρχει ομοιόμορφη μεταφραστική κίνηση. Αυτό αποδεικνύεται για άλλη μια φορά από τους τύπους της κινηματικής. Και θα προχωρήσουμε στην επόμενη ερώτηση.
Κινηματική. Η φυσικη. Βασικές έννοιες
Υπάρχουν ορισμένες θεμελιώδεις αρχές και ορισμοί σε αυτήν την ενότητα. Ας ξεκινήσουμε με το κύριο.
Μηχανική κίνηση
Μάλλον, από το σχολικό παγκάκι προσπαθούμε να βάλουμε την ιδέα του τι μπορεί να θεωρηθεί μηχανική κίνηση. Το αντιμετωπίζουμε καθημερινά, ωριαία, κάθε δευτερόλεπτο. Θα θεωρήσουμε τη μηχανική κίνηση μια διαδικασία που συμβαίνει στο χώρο με την πάροδο του χρόνου, δηλαδή μια αλλαγή στη θέση ενός σώματος. Ταυτόχρονα, η σχετικότητα εφαρμόζεται συχνά στη διαδικασία, δηλαδή λένε ότι η θέση, ας πούμε, του πρώτου σώματος έχει αλλάξει σε σχέση με τη θέση του δεύτερου. Ας φανταστούμε ότι έχουμε δύο αυτοκίνητα στη γραμμή εκκίνησης. Το πράσινο φως του χειριστή ή τα φώτα άναψαν - και τα αυτοκίνητα απογειώνονται. Στην αρχή υπάρχει ήδη αλλαγή θέσης. Επιπλέον, μπορείτε να μιλήσετε για αυτό για μεγάλο χρονικό διάστημα και κουραστικά: για έναν ανταγωνιστή, για τη γραμμή εκκίνησης, για έναν σταθερό θεατή. Ίσως όμως η ιδέα είναι ξεκάθαρη. Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για δύο άτομα που πηγαίνουν είτε προς μία κατεύθυνση είτε προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Η θέση καθενός από αυτά σε σχέση με το άλλο αλλάζει κάθε στιγμή.
Σύστημα αναφοράς
Κινηματική, φυσική - όλες αυτές οι επιστήμες χρησιμοποιούν μια τόσο θεμελιώδη έννοια ως πλαίσια αναφοράς. Μάλιστα παίζει πολύ σημαντικό ρόλο και χρησιμοποιείται σε πρακτικά προβλήματα σχεδόν παντού. Δύο ακόμη σημαντικά στοιχεία μπορούν να συνδεθούν με το πλαίσιο αναφοράς.
Πλέγμα και συντεταγμένες συντεταγμένων
Τα τελευταία δεν είναι τίποτα άλλο από μια συλλογή αριθμών και γραμμάτων. Χρησιμοποιώντας ορισμένες λογικές ρυθμίσεις, μπορούμε να συνθέσουμε τις δικές μαςένα μονοδιάστατο ή δισδιάστατο πλέγμα συντεταγμένων, το οποίο θα μας επιτρέψει να λύσουμε τα πιο απλά προβλήματα αλλαγής της θέσης ενός υλικού σημείου σε μια δεδομένη χρονική περίοδο. Συνήθως, στην πράξη, χρησιμοποιείται ένα δισδιάστατο πλέγμα συντεταγμένων με τους άξονες X ("x") και Y ("y"). Στον τρισδιάστατο χώρο, προσθέτει τον άξονα Z («z»), και στον μονοδιάστατο χώρο, υπάρχει μόνο το X. Οι πυροβολικοί και οι πρόσκοποι συχνά εργάζονται με συντεταγμένες. Και για πρώτη φορά τα συναντάμε στο δημοτικό, όταν αρχίζουμε να σχεδιάζουμε τμήματα συγκεκριμένου μήκους. Εξάλλου, η βαθμολόγηση δεν είναι τίποτα άλλο από τη χρήση συντεταγμένων για την ένδειξη της αρχής και του τέλους.
Κινηματική Βαθμός 10. Ποσότητες
Οι κύριες ποσότητες που χρησιμοποιούνται για την επίλυση προβλημάτων σχετικά με την κινηματική ενός υλικού σημείου είναι η απόσταση, ο χρόνος, η ταχύτητα και η επιτάχυνση. Ας μιλήσουμε για τα δύο τελευταία πιο αναλυτικά. Και οι δύο αυτές ποσότητες είναι διανυσματικές. Με άλλα λόγια, δεν έχουν μόνο έναν αριθμητικό δείκτη, αλλά και μια συγκεκριμένη προκαθορισμένη κατεύθυνση. Η κίνηση του σώματος θα γίνει προς την κατεύθυνση προς την οποία κατευθύνεται το διάνυσμα της ταχύτητας. Ταυτόχρονα, δεν πρέπει να ξεχνάμε το διάνυσμα επιτάχυνσης εάν έχουμε περίπτωση ανομοιόμορφης κίνησης. Η επιτάχυνση μπορεί να κατευθυνθεί προς την ίδια κατεύθυνση ή προς την αντίθετη κατεύθυνση. Εάν είναι συν-σκηνοθετημένα, τότε το σώμα θα αρχίσει να κινείται όλο και πιο γρήγορα. Εάν είναι απέναντι, τότε το αντικείμενο θα επιβραδύνει μέχρι να σταματήσει. Μετά από αυτό, παρουσία επιτάχυνσης, το σώμα θα αποκτήσει την αντίθετη ταχύτητα, δηλαδή θα κινηθεί προς την αντίθετη κατεύθυνση. Όλα αυτά στην πράξη φαίνονται πολύ, πολύ καθαρά από την κινηματική. Η 10η τάξη είναι ακριβώς αυτότην περίοδο κατά την οποία αυτό το τμήμα της φυσικής αποκαλύπτεται επαρκώς.
Formulas
Οι τύποι κινηματικής είναι αρκετά απλοί τόσο για έξοδο όσο και για απομνημόνευση. Για παράδειγμα, ο τύπος για την απόσταση που διανύει ένα αντικείμενο σε έναν δεδομένο χρόνο είναι ο εξής: S=VoT + aT^2/2. Όπως μπορούμε να δούμε, στην αριστερή πλευρά έχουμε ακριβώς την ίδια απόσταση. Στη δεξιά πλευρά, μπορείτε να βρείτε την αρχική ταχύτητα, χρόνο και επιτάχυνση. Το σύμβολο συν είναι μόνο υπό όρους, καθώς η επιτάχυνση μπορεί να λάβει αρνητική κλιμακωτή τιμή κατά τη διαδικασία της επιβράδυνσης του αντικειμένου. Γενικά, η κινηματική της κίνησης συνεπάγεται την ύπαρξη ενός τύπου ταχύτητας, λέμε συνεχώς «αρχική», «τελική», «στιγμιαία». Η στιγμιαία ταχύτητα εμφανίζεται σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Αλλά στο κάτω-κάτω, αν νομίζετε ότι ναι, τότε τα τελικά ή αρχικά συστατικά δεν είναι παρά οι ιδιαίτερες εκφάνσεις του, σωστά; Το θέμα «Κινηματική» είναι μάλλον αγαπημένο μεταξύ των μαθητών, γιατί είναι απλό και ενδιαφέρον.
Παραδείγματα προβλημάτων
Στην πιο απλή κινηματική, υπάρχουν ολόκληρες κατηγορίες πολύ διαφορετικών εργασιών. Όλα αυτά συνδέονται με τον ένα ή τον άλλο τρόπο με την κίνηση ενός υλικού σημείου. Για παράδειγμα, σε ορισμένα απαιτείται να προσδιοριστεί η απόσταση που έχει διανύσει το σώμα σε συγκεκριμένο χρόνο. Σε αυτή την περίπτωση, μπορούν να είναι γνωστές παράμετροι όπως η αρχική ταχύτητα και η επιτάχυνση. Ή ίσως θα δοθεί στον μαθητή μια εργασία, η οποία θα συνίσταται απλώς στην ανάγκη έκφρασης και υπολογισμού της επιτάχυνσης του σώματος. Ας πάρουμε ένα παράδειγμα. Το αυτοκίνητο ξεκινά από στατική θέση. Ποια απόσταση θα έχει χρόνο να διανύσει σε 5 δευτερόλεπτα αν η επιτάχυνσή του είναι τρία μέτρα,διαιρούμενο με ένα δευτερόλεπτο στο τετράγωνο;
Για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα, χρειαζόμαστε τον τύπο S=VoT + στο^2/2. Απλώς αντικαθιστούμε τα διαθέσιμα δεδομένα σε αυτό. Είναι η επιτάχυνση και ο χρόνος. Σημειώστε ότι ο όρος Vot θα πάει στο μηδέν, αφού η αρχική ταχύτητα είναι μηδέν. Έτσι, παίρνουμε μια αριθμητική απάντηση 75 μέτρων. Αυτό ήταν, το πρόβλημα λύθηκε.
Αποτελέσματα
Έτσι, καταλάβαμε τις θεμελιώδεις αρχές και ορισμούς, δώσαμε ένα παράδειγμα τύπου και μιλήσαμε για την ιστορία της δημιουργίας αυτής της υποενότητας. Η κινηματική, η έννοια της οποίας εισάγεται στην έβδομη τάξη στα μαθήματα φυσικής, συνεχίζει να βελτιώνεται συνεχώς στο πλαίσιο της σχετικιστικής (μη κλασικής) ενότητας.
