Melyek a kinematika alapfogalmai? Mi ez a tudomány és mit vizsgál? Ma arról lesz szó, hogy mi a kinematika, milyen kinematikai alapfogalmak játszódnak le a feladatokban és mit jelentenek. Ezen kívül beszéljünk azokról a mennyiségekről, amelyekkel leggyakrabban foglalkozunk.
Kinematika. Alapfogalmak és definíciók
Először is beszéljünk arról, mi az. Az iskolai kurzusban a fizika egyik legtöbbet tanult része a mechanika. Ezt követi határozatlan sorrendben a molekuláris fizika, az elektromosság, az optika és néhány más ág, mint például a mag- és az atomfizika. De nézzük meg közelebbről a mechanikát. A fizika ezen ága a testek mechanikai mozgásának vizsgálatával foglalkozik. Megállapít néhány mintát és tanulmányozza a módszereit.
Kinematika a mechanika részeként
Ez utóbbi három részre oszlik: kinematika, dinamika és statika. Ennek a három altudománynak, ha lehet annak nevezni, van néhány sajátossága. Például a statika a mechanikai rendszerek egyensúlyának szabályait tanulmányozza. Egyből eszünkbe jut egy mérleggel kapcsolatos asszociáció. A dinamika a testek mozgásának törvényeit tanulmányozza, ugyanakkor figyelmet fordít a rájuk ható erőkre. De a kinematika ugyanezt teszi, csak az erőket nem veszik figyelembe. Következésképpen ezeknek a testeknek a tömegét nem veszik figyelembe a feladatokban.
A kinematikai alapfogalmak. Mechanikus mozgás
A téma ebben a tudományban egy anyagi szempont. Olyan testet értünk rajta, amelynek méretei egy bizonyos mechanikai rendszerhez képest elhanyagolhatók. Ez az úgynevezett idealizált test egy ideális gázhoz hasonlít, amelyet a molekuláris fizika szekciójában tárgyalunk. Általánosságban elmondható, hogy az anyagi pont fogalma mind a mechanikában általában, mind a kinematikában különösen fontos szerepet játszik. A leggyakrabban tartott úgynevezett transzlációs mozgás.
Mit jelent és mi lehet?
Általában a mozgásokat rotációs és transzlációs mozgásokra osztják. A transzlációs mozgás kinematikájának alapfogalmai elsősorban a képletekben használt mennyiségekhez kapcsolódnak. Róluk később még szó lesz, de most térjünk vissza a mozgás típusához. Nyilvánvaló, hogy ha forgásról beszélünk, akkor a test forog. Ennek megfelelően a transzlációs mozgást a test síkbeli vagy lineáris mozgásának nevezzük.
Elméleti alap a problémák megoldásához
A kinematikának, amelynek alapfogalmait és képleteit most vizsgáljuk, rengeteg feladat van. Ez a szokásos kombinatorika segítségével érhető el. A diverzitás egyik módszere az ismeretlen feltételek megváltoztatása. Ugyanaz a probléma más megvilágításban is bemutatható, ha egyszerűen megváltoztatjuk a megoldás célját. Meg kell találni a távolságot, sebességet, időt, gyorsulást. Amint látja, nagyon sok lehetőség van. Ha ide soroljuk a szabadesés feltételeit, a tér egyszerűen elképzelhetetlenné válik.
Értékek és képletek
Először is tegyünk egy foglalást. Mint ismeretes, a mennyiségek kettős természetűek lehetnek. Egyrészt egy bizonyos számérték megfelelhet egy bizonyos értéknek. De másrészt lehet eloszlási iránya is. Például egy hullám. Az optikában olyan fogalommal kell szembenéznünk, mint a hullámhossz. De ha van koherens fényforrás (ugyanaz a lézer), akkor sík polarizált hullámokból álló nyalábbal van dolgunk. Így a hullám nemcsak a hosszát jelző számértéknek fog megfelelni, hanem egy adott terjedési iránynak is.
Klasszikus példa
Az ilyen esetek a mechanika analógiája. Tegyük fel, hogy gurul előttünk egy szekér. Általa mozgás jellegét, meg tudjuk határozni sebességének és gyorsulásának vektorkarakterisztikáját. Előre haladva (például sík padlón) ezt kicsit nehezebb lesz megtenni, ezért két esetet fogunk figyelembe venni: amikor a kocsi felgördül, és amikor legurul.
Így képzeljük el, hogy a kocsi enyhén emelkedik. Ebben az esetben lelassul, ha nem hat rá külső erő. De fordított helyzetben, nevezetesen, amikor a kocsi legurul, akkor felgyorsul. A sebesség két esetben arra irányul, ahol a tárgy mozog. Ezt szabálynak kell tekinteni. De a gyorsulás megváltoztathatja a vektort. Lassításkor a sebességvektorral ellentétes irányba irányul. Ez magyarázza a lassulást. Hasonló logikai lánc alkalmazható a második helyzetre is.
Egyéb értékek
Az imént beszéltünk arról, hogy a kinematikában nem csak skaláris mennyiségekkel operálnak, hanem vektoros mennyiségekkel is. Most lépjünk egy lépéssel tovább. A problémák megoldása során a sebesség és a gyorsulás mellett olyan jellemzőket használnak, mint a távolság és az idő. A sebesség egyébként kezdeti és pillanatnyi részre oszlik. Közülük az első a második speciális esete. A pillanatnyi sebesség az a sebesség, amely bármikor megtalálható. És a kezdőbetűvel valószínűleg minden világos.
Feladat
Az elmélet nagy részét korábban, az előző bekezdésekben tanulmányoztuk. Most már csak az alapvető képleteket kell megadni. De mi még jobban járunk: nemcsak figyelembe vesszük a képleteket, hanem alkalmazzuk is a probléma megoldása során, hogyvéglegesítse a megszerzett tudást. A kinematika egy sor képletet használ, amelyek kombinálásával mindent elérhet, amire szüksége van a megoldáshoz. Itt van egy probléma két feltétellel a teljes megértéshez.
Egy kerékpáros lelassít, miután áthaladt a célvonalon. Öt másodpercbe telt, mire teljesen megállt. Nézze meg, milyen gyorsulással lassított, valamint azt is, hogy mekkora féktávot sikerült megtennie. A féktávot lineárisnak tekintjük, a végsebességet nullával egyenlőnek tekintjük. A célvonal átlépésének pillanatában a sebesség másodpercenként 4 méter volt.
Valójában a feladat meglehetősen érdekes, és nem is olyan egyszerű, mint amilyennek első pillantásra tűnik. Ha megpróbáljuk felvenni a távolságképletet a kinematikában (S=Vot + (-) (at ^ 2/2)), akkor abból semmi nem lesz, hiszen két változós egyenletünk lesz. Hogyan kell eljárni ilyen esetben? Kétféleképpen járhatunk el: először kiszámítjuk a gyorsulást úgy, hogy az adatokat behelyettesítjük a V=Vo - at képletbe, vagy onnan fejezzük ki a gyorsulást és behelyettesítjük a távolságképletbe. Használjuk az első módszert.
Tehát a végső sebesség nulla. Kezdeti - 4 méter másodpercenként. Ha a megfelelő mennyiségeket átvisszük az egyenlet bal és jobb oldalára, megkapjuk a gyorsulás kifejezését. Itt van: a=Vo/t. Így ez egyenlő lesz 0,8 méter/másodperc négyzetméterrel, és fékező karakterrel rendelkezik.
Ugrás a távolságképlethez. Egyszerűen behelyettesítjük az adatokat. Megkapjuk a választ: a féktávolság 10 méter.
