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 гръцкапроизхода и буквално преведено като изкуството на строителните машини. В физика, тя се счита за част, която разглежда движението на така наречените контакт материални тела в различни пространства (т.е. движение може да се появи в същата равнина, в конвенционална мрежа или в триизмерното пространство). Изследването на взаимодействието между частиците - една от задачите, изпълнявани от механика (кинематика - изключение от това правило, тъй като тя се занимава с моделиране и анализ на алтернативни ситуации без да се отчита влиянието на настройките на захранването). С всичко това трябва да се отбележи, че в съответния раздел на физиката предполага движението на промяна в положението на тялото в пространството с течение на времето. Това определение се отнася не само до материални точки или тела като цяло, но и до техните части.

Концепцията за кинематиката

Заглавието на тази част от физиката също имаГръцки 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 различни видове движения на 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 ипространство. 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, отговорът на кинематиката, ниесъщност, те дадоха. 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 отговорвъпросът за 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 векзаинтересовани 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" представя резултатите от извършената работа с доказателства за заблудата на заключенията на Аристотел.

Съвременната кинематика, както се смята днес,е роден през януари 1700th 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 няколкостойности, които се използват не само в теоретичен план, но също така имат място в практическите формули, използвани за моделиране и решаване на определен набор от приложения. Запознаване с тези ценности и понятия в по-големи подробности. Нека започнем с последния.

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 даде 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, което на практика се използва, за да се определи позицията на идеализирано тяло с око на 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, идеализирано 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 понятиетотраектория. 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 товафизическо количество като скорост. В действителност това е векторно количество (много важно е да се помни, че концепцията за скаларно количество е приложима само в изключителни ситуации), което ще даде характеристика на скоростта на промяна 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, за чието определение се говори заФактът, 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 решаване на практически проблеми, свързани скинематиката на идеализираните органи, 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 a) се заменя с ускорението на гравитацията (буква g, цифрово равна на 9,8 m / s ^ 2).

И така, какво разбрахме? Физика - кинематика (чиито формули произлизат един от друг) - този раздел се използва за описание на движението на идеализирани органи, без да се вземат предвид силовите параметри, които стават причините за възникването на съответното 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.