Mitä ovat kinematiikan peruskäsitteet? Mitä tämä tiede on ja mitä se tutkii? Tänään puhumme siitä, mitä kinematiikka on, mitä kinematiikan peruskäsitteitä tehtävissä esiintyy ja mitä ne tarkoittavat. Lisäksi puhutaan määristä, joita käsittelemme useimmiten.
Kinematiikka. Peruskäsitteet ja määritelmät
Ensin puhutaan siitä, mitä se on. Yksi koulukurssin tutkituimmista fysiikan osioista on mekaniikka. Sitä seuraavat määrittelemättömässä järjestyksessä molekyylifysiikka, sähkö, optiikka ja eräät muut alat, kuten esimerkiksi ydin- ja atomifysiikka. Mutta katsotaanpa tarkemmin mekaniikkaa. Tämä fysiikan ala käsittelee kappaleiden mekaanisen liikkeen tutkimusta. Se luo joitakin malleja ja tutkii sen menetelmiä.
Kinematiikka osana mekaniikkaa
Jälkimmäinen on jaettu kolmeen osaan: kinematiikka, dynamiikka ja statiikka. Näillä kolmella alatieteellä, jos niitä voi niin kutsua, on joitain erityispiirteitä. Esimerkiksi statiikka tutkii mekaanisten järjestelmien tasapainon sääntöjä. Välittömästi tulee mieleen assosiaatio vaakojen kanssa. Dynamiikka tutkii kappaleiden liikelakeja, mutta samalla kiinnittää huomiota niihin vaikuttaviin voimiin. Mutta kinematiikka tekee saman, vain voimia ei oteta huomioon. Näin ollen samojen kappaleiden massaa ei oteta huomioon tehtävissä.
Kinematiikan peruskäsitteet. Mekaaninen liike
Tämän tieteen aihe on aineellinen asia. Se ymmärretään rungoksi, jonka mitat voidaan jättää huomiotta tiettyyn mekaaniseen järjestelmään verrattuna. Tämä niin sanottu idealisoitu kappale muistuttaa ihanteellista kaasua, jota tarkastellaan molekyylifysiikan osassa. Yleisesti ottaen materiaalipisteen käsitteellä, sekä mekaniikassa yleensä että erityisesti kinematiikassa, on melko tärkeä rooli. Yleisimmin pidetty niin kutsuttu translaatioliike.
Mitä se tarkoittaa ja mikä se voisi olla?
Yleensä liikkeet jaetaan pyöriviin ja translaatioihin. Translaatioliikkeen kinematiikan peruskäsitteet liittyvät pääasiassa kaavoissa käytettyihin suureisiin. Puhumme niistä myöhemmin, mutta palataanpa nyt liikkeen tyyppiin. On selvää, että jos puhumme pyörimisestä, niin keho pyörii. Vastaavasti translaatioliikettä kutsutaan kehon liikkeeksi tasossa tai lineaarisesti.
Teoreettinen perusta ongelmien ratkaisemiselle
Kinematiikalla, jonka peruskäsitteitä ja kaavoja nyt tarkastelemme, on v altava määrä tehtäviä. Tämä saavutetaan tavanomaisella kombinatoriikalla. Yksi monimuotoisuuden menetelmä tässä on muuttaa tuntemattomia olosuhteita. Yksi ja sama ongelma voidaan esittää eri valossa yksinkertaisesti muuttamalla sen ratkaisun tarkoitusta. On löydettävä etäisyys, nopeus, aika, kiihtyvyys. Kuten näet, vaihtoehtoja on monia. Jos sisällytämme tähän vapaan pudotuksen ehdot, avaruudesta tulee yksinkertaisesti käsittämätön.
Arvot ja kaavat
Tehdään ensin yksi varaus. Kuten tiedetään, määrillä voi olla kaksinainen luonne. Toisa alta tietty numeerinen arvo voi vastata tiettyä arvoa. Mutta toisa alta sillä voi olla myös leviämissuunta. Esimerkiksi a alto. Optiikassa kohtaamme sellaisen käsitteen kuin aallonpituus. Mutta jos on koherentti valonlähde (sama laser), kyseessä on tasopolarisoituneiden a altojen säde. Siten a alto ei vastaa vain sen pituutta osoittavaa numeerista arvoa, vaan myös tiettyä etenemissuuntaa.
Klassinen esimerkki
Tällaiset tapaukset ovat analogia mekaniikassa. Oletetaan, että kärryt vierii edessämme. Tekijä:liikkeen luonteen perusteella voimme määrittää sen nopeuden ja kiihtyvyyden vektoriominaisuudet. Tämä tulee olemaan hieman vaikeampi tehdä eteenpäin ajettaessa (esimerkiksi tasaisella lattialla), joten tarkastelemme kahta tapausta: kun kärry rullaa ylös ja kun se rullaa alas.
Kuvitellaan siis, että kärry nousee hieman. Tässä tapauksessa se hidastuu, jos siihen ei vaikuta ulkoisia voimia. Mutta päinvastaisessa tilanteessa, nimittäin kun kärry rullaa alas, se kiihtyy. Nopeus kahdessa tapauksessa on suunnattu kohti, missä kohde liikkuu. Tämä on otettava sääntönä. Mutta kiihtyvyys voi muuttaa vektoria. Hidastuessa se suunnataan nopeusvektorin vastaiseen suuntaan. Tämä selittää hidastumisen. Samanlaista loogista ketjua voidaan soveltaa toiseen tilanteeseen.
Muut arvot
Puhuimme juuri siitä, että kinematiikassa ne toimivat paitsi skalaarisuureiden, myös vektorisuureiden kanssa. Otetaan nyt askel pidemmälle. Nopeuden ja kiihtyvyyden lisäksi ongelmia ratkaistaessa käytetään sellaisia ominaisuuksia kuin matka ja aika. Muuten, nopeus on jaettu alku- ja hetkelliseen. Ensimmäinen niistä on toisen erikoistapaus. Välitön nopeus on nopeus, joka voidaan löytää milloin tahansa. Ja alkukirjaimen kanssa luultavasti kaikki on selvää.
Tehtävä
Me tutkimme suuren osan teoriasta aiemmin edellisissä kappaleissa. Nyt on vain annettava peruskaavat. Mutta teemme vielä paremmin: emme vain harkitse kaavoja, vaan myös sovellamme niitä ratkaistaessamme ongelmaa, jottaviimeistellä hankitut tiedot. Kinematiikka käyttää koko joukkoa kaavoja, joita yhdistämällä voit saavuttaa kaiken, mitä tarvitset ratkaisuun. Tässä on ongelma kahdella ehdolla ymmärtääksesi tämän täysin.
Pyöräilijä hidastaa vauhtia ylitettyään maaliviivan. Häneltä kesti viisi sekuntia pysähtyä kokonaan. Selvitä, millä kiihtyvyydellä hän hidasti vauhtia ja kuinka pitkän jarrutusmatkan hän onnistui kattamaan. Jarrutusmatkaa pidetään lineaarisena, loppunopeudeksi otetaan nolla. Maalilinjan ylityshetkellä nopeus oli 4 metriä sekunnissa.
Oikeastaan tehtävä on varsin mielenkiintoinen eikä niin yksinkertainen kuin miltä se saattaa näyttää ensi silmäyksellä. Jos yritämme ottaa etäisyyskaavan kinematiikassa (S=Vot + (-) (at ^ 2/2)), niin siitä ei tule mitään, koska meillä on yhtälö, jossa on kaksi muuttujaa. Miten tällaisessa tapauksessa edetä? Voimme mennä kahdella tavalla: ensin laskea kiihtyvyys korvaamalla tiedot kaavalla V=Vo - at, tai ilmaista kiihtyvyys sieltä ja korvata se etäisyyskaavalla. Käytetään ensimmäistä menetelmää.
Joten, lopullinen nopeus on nolla. Alkuperäinen - 4 metriä sekunnissa. Siirtämällä vastaavat suureet yhtälön vasemmalle ja oikealle puolelle, saamme kiihtyvyyden lausekkeen. Tässä se on: a=Vo/t. Siten se on yhtä suuri kuin 0,8 metriä sekunnissa neliössä ja sillä on jarrutusluonne.
Siirry etäisyyskaavaan. Korvaamme siihen vain tiedot. Saamme vastauksen: jarrutusmatka on 10 metriä.
