Какво е кинематиката? Секция на механика, изучаване на математическото описание на движението на идеализираните тела

Какво е кинематиката? С определението за първи път учениците на гимназиите по физически уроци започват да се запознават. Механика (кинематиката е една от нейните сектори) сама по себе си съставлява по-голямата част от тази наука. Обикновено тя се представя на учениците първо в учебници. Както казахме, кинематиката е подсекция на механиката. Но тъй като тя е за нея, нека поговорим по-подробно.

Механика като част от физиката

Самата дума "механика" е от гръцки произход и буквално се превежда като изкуството на строителните машини. Във физиката се разглежда секция, която изследва движението на така наречените материални тела в пространства с различни измерения (т.е. движението може да се осъществи в една равнина, на конвенционална координатна мрежа или в триизмерно пространство). Изследването на взаимодействието между материалните точки е една от задачите, изпълнявани от механика (кинематиката е изключение от тяхното управление, тъй като се занимава с моделиране и анализ на алтернативни ситуации, без да се взема предвид влиянието на силовите параметри). При всичко това трябва да се отбележи, че съответната част от физиката подсказва под движението промяната в позицията на тялото в пространството във времето. Това определение се отнася не само до материални точки или тела като цяло, но и до техните части.

Концепцията за кинематиката

Името на това част от физика също има гръцки произход и буквално се превежда като "движение". По този начин получаваме първоначалния, все още не формиращ се, истински отговор на въпроса какво е кинематиката. В този случай можем да кажем, че секцията изследва математически методи за описване на едни или други видове трафик пряко идеализирани органи. Говорим за така наречените абсолютно солидни тела, за идеални течности и, разбира се, за материални точки. Много е важно да се помни, че при прилагането на описанието причините за движението не се вземат под внимание. Тоест, такива параметри като тежестта на тялото или силата, които оказват влияние върху характера на своето движение, не подлежат на обмисляне.

Основи на кинематиката

Те включват концепции като време и пространство. Един от най-простите примери е ситуацията, в която, да речем, материалната точка се движи по окръжност с определен радиус. В този случай кинематиката ще припише задължителното съществуване на такова количество като центробежно ускорение, което по протежение на вектора е насочено от самия орган към центъра на кръга. Това означава, че векторът на ускорението във всеки един момент ще съвпадне с радиуса на кръга. Но дори и в този случай (в присъствието на центробежно ускорение), кинематиката няма да покаже характера на силата, която я е причинила. Това вече е действието, което премахва динамиката.

Каква кинематика?

Така че, всъщност, дадохме отговора на кинематиката. Това е част от механиката, която проучва начини за описване на движението на идеализирани обекти без да изучава параметрите на силата. Сега нека да поговорим за каква кинематика може да бъде. Първият му вид е класически. Обичайно е да се вземат под внимание абсолютните пространствени и времеви характеристики на определен тип движение. В ролята на първата, дължините на сегментите се появяват в ролята на последните, интервалите от време. С други думи, можем да кажем, че тези параметри остават независими от избора на референтната рамка.

релативистичната

Вторият тип кинематика е релативистичен. В него между двете съответни събития времевите и пространствени характеристики могат да се променят, ако се направи преход от една референтна рамка към друга. Съществото на произхода на двете събития в този случай също предполага единствено относителен характер. В тази форма на кинематика, две отделни понятия (и ние говорим за пространство и време) се сливат в едно. В него количеството, което обикновено се нарича интервал, става инвариантно при трансформациите на Лоренц.

История на създаването на кинематика

Успяхме да разберем концепцията и да дадем отговор на въпроса какво е кинематиката. Но каква беше историята на появата му като подсекция на механиката? За това трябва да говорим точно сега. Дълго време всички понятия на тази подраздел са се основавали на произведения, написани от самия Аристотел. В тях имаше и съответни твърдения, че скоростта на тялото през есента е пряко пропорционална на числения индекс на теглото на дадено тяло. Споменато е също, че причината за движението е пряко сила и в отсъствието му няма движение и реч.

Опитът на "Галилео"

Работата на Аристотел в края на шестнадесети век се интересува от известния учен Галилео Галилей. Той започна да изследва процеса на свободно падане на тялото. Човек може да спомене своите експерименти, които той проведе в Наклонената кула в Пиза. Също така, ученият изследва процеса на инерция на телата. В крайна сметка, Галилео успя да докаже, че Аристотел греши в неговите произведения и той направи няколко погрешни заключения. В съответната книга Галилео очертава резултатите от извършената работа с доказателства за заблудата на заключенията на Аристотел.

Съвременната кинематика, както се смята днес, е родена през януари 1700 година. Тогава Пиер Вариньон направи реч пред Френската академия на науките. Той също така даде първите понятия за ускорение и скорост, писане и обяснение в диференциална форма. Малко по-късно Ампер отбеляза някои кинематични представяния. През осемнадесети век той използва така нареченото смятане за вариации в кинематиката. Специалната теория на относителността, създадена дори по-късно, показва, че пространството, както времето, не е абсолютно. В същото време бе посочено, че скоростта може да бъде фундаментално ограничена. Именно тези основания накараха кинематиката да се развие в рамките и понятията на така наречената релативистична механика.

Понятията и количествата, използвани в секцията

Основите на кинематиката включват няколко количества, които се използват не само теоретично, но и се правят в практически формули, използвани при моделирането и решаването на определен диапазон от проблеми. Да се ​​запознаем с тези количества и понятия по-подробно. Да започнем, може би, с последната.

1) Механично движение. Тя се определя като промяна в пространствената позиция на определено идеализирано тяло по отношение на другата (материални точки) по време на промяна в интервала от време. В този случай споменатите тела имат съответните сили на взаимодействие.

2) Референтната система. Кинематиката, чието определение дадехме по-рано, се основава на използването на координатна система. Наличието на неговите вариации е едно от необходимите условия (второто условие е използването на инструменти или средства за измерване на времето). Като цяло, референтната система е необходима за успешното описание на определен тип движение.

3) Координати. Както конвенционален въображаема експонента, неразделно свързана с предишната концепция (опорния кадър), координатите не са различни от метода, по който определената позиция на тялото в идеализирана пространство. В този случай могат да се използват цифри и специални символи за описание. Координатите често се използват от скаути и артилерийци.

4) Радиус вектор. Това е физическо количество, който на практика се използва за позициониране на идеализираното тяло с око към първоначалната позиция (и не само). Просто казано, определена точка е взета и определена за конвенция. Най-често това е началото на координатите. След това, да речем, идеализираното тяло от тази точка започва да се движи по свободна произволна траектория. По всяко време можем да свържем позицията на тялото с произхода, а получената права линия няма да бъде нищо повече от радиус вектор.

5) Секцията за кинематика използва понятието за траектория. Това е обикновена непрекъсната линия, която се създава по време на движението на идеализирано тяло с произволно свободно движение в пространство с различна големина. Следователно траекторията може да бъде праволинейна, кръгова и счупена.

6) Кинематиката на тялото е неразривно свързана с такова физическо количество като скоростта. Всъщност това векторна стойност (много е важно да се помни, че понятието за скаларно количество се отнася само до него при изключителни ситуации), което ще характеризира бързината на промяната в позицията на идеализираното тяло. Неговият вектор обикновено се счита, че се дължи на факта, че скоростта определя посоката на текущото движение. За да се използва концепцията, е необходимо да се приложи референтна рамка, както беше споменато по-горе.

7) Кинематика, чието определение показва, че не разглежда причините, които причиняват движение, в определени ситуации, разглежда и ускорява. То е и векторно количество, което показва колко интензивно векторът на скоростта на идеализираното тяло ще се промени при алтернативна (успоредна) промяна в единицата време. Знаейки в същото време, в коя посока са насочени двата вектора - скорости и ускорения - може да се каже за естеството на движението на тялото. Тя може да бъде едновременно ускорена (векторите съвпадат) или също толкова бавно (векторите са насочени по различен начин).

8) Ъглова скорост. Друго векторно количество. По принцип нейното определение съвпада с определението, дадено по-рано. Всъщност, разликата се дължи само на факта, че по-рано разглежданият случай се е случил, когато се движи по праволинейна траектория. Тогава имаме кръгово движение. Тя може да бъде чист кръг, както и елипса. Подобна концепция е дадена за ъглово ускорение.

Физика. Кинематика. формула

За решаването на практически проблеми, свързани с кинематиката на идеализираните тела, има цял списък от много различни формули. Те ви позволяват да определите изминатото разстояние, моментната, началната крайна скорост, времето, през което тялото е преминало това или това разстояние, и много повече. Специален случай на приложение (частно) е ситуацията с моделирано свободно падане на тялото. В тях ускорението (означено с буква а) се заменя с ускоряване на гравитацията (буквата g е цифрово равна на 9,8 m / s ^ 2).

И така, какво разбрахме? Физика - кинематика (формули, които са извлечени от един друг) - този раздел се използва за описване на движението на идеализирани тела без параметри сила, които стават причини за съответния движение. Читателят винаги може да научи повече за тази тема. Физиката (темата "кинематика") е много важна, защото дава основните понятия за механика като глобална част от съответната наука.