Mitä on kinematiikka? Tämä on mekaniikan alakenttä, joka tutkii matemaattisia ja geometrisia menetelmiä idealisoitujen kohteiden liikkeen kuvaamiseen. Ne jakautuvat useisiin luokkiin. Tämän päivän artikkelin aiheena ovat näkökohdat, jotka liittyvät jollakin tavalla "pistekinematiikka" -käsitteeseen. Käsittelemme monia aiheita, mutta aloitamme perustavanlaatuisimmista käsitteistä ja selityksistä niiden soveltamisesta tällä alalla.
Mitä esineitä pidetään?
Jos kinematiikka on fysiikan haara, joka tutkii kuinka kuvailla kappaleiden liikettä erikokoisissa tiloissa, sinun on toimittava itse kappaleiden kanssa, eikö niin? Ymmärtääksesi nopeasti, mistä on kyse, löydät opiskelijoille suunnitellun multimediatunnin. Kinematiikka on yleensä helppo ymmärtää, jos ymmärrät sen perusteet. Kun tutustut niihin, huomaat, että teoriassa on tietoa, että tämä fysiikan haara tutkii aineellisten esineiden liikelakeja.pisteitä. Huomaa kuinka objektien määritelmä yleistyy. Toisa alta aineelliset pisteet eivät ole ainoita kinematiikassa huomioitavia kohteita. Tämä fysiikan haara tutkii sekä ehdottoman jäykkien kappaleiden että ihanteellisten nesteiden liikkeen periaatteita. Hyvin usein kaikki nämä kolme käsitettä yhdistetään yhdeksi, sanomalla yksinkertaisesti "idealisoituja esineitä". Idealisointia tarvitaan tässä tapauksessa laskelmien konvention ja mahdollisista systemaattisista virheistä poikkeamisen vuoksi. Jos katsot aineellisen pisteen määritelmää, huomaat, että siitä kirjoitetaan seuraavaa: tämä on kappale, jonka mitat voidaan jättää huomiotta vastaavassa tilanteessa. Tämä voidaan ymmärtää seuraavasti: verrattuna kuljettuun matkaan kohteen lineaariset mitat ovat mitättömiä.
Mitä käytetään kuvaamaan?
Kuten aiemmin mainittiin, kinematiikka on mekaniikan alaosasto, joka tutkii kuinka kuvailla pisteen liikettä. Mutta jos näin on, tarkoittaako se, että tällaisten operaatioiden suorittamiseen tarvitaan joitain peruskäsitteitä ja periaatteita, kuten aksiomaattisia? Joo. Ja meidän tapauksessamme ne ovat. Ensinnäkin kinematiikassa on sääntö ratkaista ongelmat katsomatta taaksepäin aineelliseen pisteeseen vaikuttavia voimia. Tiedämme kaikki erittäin hyvin, että keho kiihtyy tai hidastuu, jos siihen vaikuttaa tietty voima. 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 sekämyös algebraa. Myös koordinaattiruudukoilla ja itse koordinaatteilla on tietty rooli. Mutta puhumme tästä hieman myöhemmin.
Luomisen historia
Ensimmäiset kinematiikkaa koskevat teokset kokosi suuri tiedemies Aristoteles. Hän oli se, joka muodosti osan tämän teollisuuden perusperiaatteista. Ja vaikka hänen työnsä ja päätelmänsä sisälsivät useita virheellisiä mielipiteitä ja pohdiskeluja, hänen työnsä ovat edelleen suuri arvo nykyfysiikassa. Galileo Galilei tutki myöhemmin Aristoteleen teoksia. Hän suoritti kuuluisia kokeita Pisan k altevalla tornilla, kun hän tutki kehon vapaan pudotuksen prosessin lakeja. Tutkittuaan kaikkea sisältä ja ulkoa, Galileo alisti Aristoteleen pohdintoja ja johtopäätöksiä ankaralle kritiikille. Esimerkiksi, jos jälkimmäinen kirjoitti, että voima on liikkeen syy, Galileo osoitti, että voima on syy kiihtyvyyteen, mutta ei sitä, että keho nousee ja alkaa liikkua ja liikkua. Aristoteleen mukaan keho voi saavuttaa nopeuden vain, kun siihen kohdistuu tietty voima. Mutta tiedämme, että tämä mielipide on virheellinen, koska on olemassa yhtenäinen translaatioliike. Tämän todistavat jälleen kinematiikan kaavat. Ja siirrymme seuraavaan kysymykseen.
Kinematiikka. Fysiikka. Peruskäsitteet
Tässä osiossa on useita perusperiaatteita ja määritelmiä. Aloitetaan tärkeimmästä.
Mekaaninen liike
Todennäköisesti koulunpenkistä yritetään luoda ajatusta siitä, mitä voidaan pitää mekaanisena liikkeenä. Käsittelemme sitä päivittäin, tunneittain, joka sekunti. Käsittelemme mekaanista liikettä prosessina, joka tapahtuu avaruudessa ajan kuluessa, eli kehon asennon muuttumisena. Samaan aikaan prosessiin sovelletaan usein suhteellisuusteoriaa, toisin sanoen sanotaan, että esimerkiksi ensimmäisen kappaleen sijainti on muuttunut suhteessa toisen asemaan. Kuvitellaan, että meillä on kaksi autoa lähtöviivalla. Kuljettajan lupaus tai valot syttyvät - ja autot lähtevät liikkeelle. Heti alussa tapahtuu jo asennonmuutos. Lisäksi tästä voi puhua pitkään ja ikävästi: kilpailijasta, lähtölinjasta, kiinteästä katsojasta. Mutta ehkä ajatus on selvä. Sama voidaan sanoa kahdesta ihmisestä, jotka menevät joko yhteen suuntaan tai eri suuntiin. Jokaisen niiden sijainti suhteessa toiseen muuttuu kullakin hetkellä.
Viitejärjestelmä
Kinematiikka, fysiikka - kaikki nämä tieteet käyttävät tällaista perustavaa laatua olevaa käsitettä viitekehyksenä. Itse asiassa sillä on erittäin tärkeä rooli ja sitä käytetään käytännön ongelmissa melkein kaikkialla. Viitekehykseen voidaan liittää kaksi muutakin tärkeää komponenttia.
Koordinaattiruudukko ja koordinaatit
Jälkimmäiset eivät ole muuta kuin kokoelma numeroita ja kirjaimia. Tiettyjä loogisia asetuksia käyttämällä voimme luoda omiayksi- tai kaksiulotteinen koordinaattiverkko, jonka avulla voimme ratkaista yksinkertaisimmat ongelmat materiaalin pisteen sijainnin muuttamisesta tietyn ajan kuluessa. Yleensä käytännössä käytetään kaksiulotteista koordinaattiristikkoa akseleiden X ("x") ja Y ("y") kanssa. Kolmiulotteisessa avaruudessa se lisää Z-akselin (“z”), ja yksiulotteisessa avaruudessa vain X. Tykistömiehet ja partiomiehet 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 luokka 10. Määrät
Materiaalisten pisteiden kinemaattisten ongelmien ratkaisemisessa käytetyt pääsuuret ovat etäisyys, aika, nopeus ja kiihtyvyys. Puhutaanpa kahdesta viimeisestä tarkemmin. Molemmat suuret ovat vektoreita. Toisin sanoen niillä ei ole vain numeerista indikaattoria, vaan myös tietty enn alta määrätty suunta. Kehon liike tapahtuu suuntaan, johon nopeusvektori on suunnattu. Samanaikaisesti ei pidä unohtaa kiihtyvyysvektoria, jos meillä on epätasainen liike. Kiihtyvyys voidaan suunnata samaan suuntaan tai vastakkaiseen suuntaan. Jos niitä ohjataan yhdessä, keho alkaa liikkua nopeammin ja nopeammin. Jos ne ovat vastakkain, kohde hidastuu, kunnes se pysähtyy. Sen jälkeen kiihtyvyyden läsnä ollessa keho saa vastakkaisen nopeuden, eli se liikkuu vastakkaiseen suuntaan. Käytännössä tämä kaikki näkyy hyvin, hyvin selvästi kinematiikassa. 10. luokka on juuri sitäaika, jolloin tämä fysiikan osa on riittävästi julkistettu.
Kaavat
Kinematiikan kaavat ovat melko yksinkertaisia sekä tulostuksen että ulkoamisen kann alta. Esimerkiksi kaava kohteen tietyssä ajassa kulkemalle matkalle on seuraava: S=VoT + aT^2/2. Kuten näemme, vasemmalla puolella meillä on juuri sama etäisyys. Oike alta puolelta löydät alkunopeuden, ajan ja kiihtyvyyden. Plusmerkki on vain ehdollinen, koska kiihtyvyys voi saada negatiivisen skalaariarvon objektin hidastusprosessin aikana. Yleisesti ottaen liikkeen kinematiikka tarkoittaa yhden tyyppisen nopeuden olemassaoloa, sanomme jatkuvasti "alkuperäinen", "lopullinen", "hetkellinen". Välitön nopeus näkyy tietyllä hetkellä. Mutta loppujen lopuksi, jos luulet niin, niin lopulliset tai alkukomponentit eivät ole vain sen erityisiä ilmentymiä, eikö niin? Aihe "Kinematiikka" on luultavasti koululaisten suosikki, koska se on yksinkertainen ja mielenkiintoinen.
Esimerkkejä ongelmista
Yksinkertaisimmassa kinematiikassa on kokonaisia luokkia hyvin erilaisia tehtäviä. Kaikki ne liittyvät tavalla tai toisella aineellisen pisteen liikkeeseen. Esimerkiksi joissakin on määritettävä kehon tietyssä ajassa kulkema matka. Tässä tapauksessa parametrit, kuten alkunopeus ja kiihtyvyys, voidaan tuntea. Tai ehkä opiskelijalle annetaan tehtävä, joka koostuu vain tarpeesta ilmaista ja laskea kehon kiihtyvyys. Otetaan esimerkki. Auto lähtee liikkeelle staattisesta asennosta. Minkä matkan hän ehtii kulkea 5 sekunnissa, jos hänen kiihtyvyytensä on kolme metriä,jaettuna sekunnilla neliöllä?
Tämän ongelman ratkaisemiseksi tarvitsemme kaavan S=VoT + at^2/2. Korvaamme siihen vain saatavilla olevat tiedot. Se on kiihtyvyys ja aika. Huomaa, että termi Vot menee nollaan, koska alkunopeus on nolla. Siten saamme numeerisen vastauksen 75 metriä. Siinä se, ongelma ratkaistu.
Tulokset
Siten selvitimme perusperiaatteet ja määritelmät, annoimme esimerkin kaavasta ja puhuimme tämän alaosan syntyhistoriasta. Kinematiikkaa, jonka käsite esitellään seitsemännellä luokalla fysiikan tunneilla, kehitetään jatkuvasti relativistisen (ei-klassisen) osan puitteissa.
