Czym jest kinematyka? Definicja i koncepcja

Opis ruchu ciała jest sposobem na określenie jego pozycji w przestrzeni w dowolnym momencie. Czym jest kinematyka? . Rozważa ruch ciała od strony geometrycznej, nie biorąc pod uwagę przyczyn, to jest sił, które go wytwarzają .

Przez dość długi czas cała kinematyka opierała się na dziełach znanego Arystotelesa. Naukowiec argumentował, że prędkość upadku jakiegokolwiek ciała jest wprost proporcjonalna do jego wagi i nie może poruszać się w przypadku braku sił. Głównym zadaniem kinematyki jest matematyczne określenie charakterystyk ruchu ciał i ich pozycji w czasie. Do prezentacji nie wymaga nowych początków i odnosi się do aksjomatów geometrii.

Definicja tego, czym jest kinematyka: "Jest to podsekcja mechaniki, która się bada ruch mechaniczny . ciało, ale nie bierze pod uwagę przyczyn, które go powodują . "

Idealizacja jako metoda badawcza

Czym więc jest kinematyka? Jest to połączenie łączące mechanikę i geometrię. Właściwości ciał fizycznych, płynnych, stałych i gazowych w mechanice, których częścią jest kinematyka, są wyidealizowane. Ciało stałe jest uważane przez kinematykę za ciało absolutnie stałe. Tj odległość między dwiema cząstkami nie może się zmienić. Płyn kroplowy jest uważany za absolutnie nieściśliwy itp. Taki sposób na idealizację przedmiotów badań i istnieje sposób badań naukowych.

W naturze wszystko się porusza, a to, co możemy zaobserwować, jest względne, ale zawsze można je absolutyzować. Ruch całego ciała jest określony, jeśli znamy ruch każdego z jego punktów. Dlatego przed rozważeniem ruchu ciała rozważany jest ruch punktów. . W naturze swobodny spadek jest naturalnym, jednostajnie przyspieszonym ruchem .

Trajektoria swobodnego opadania ciała zależy od wektora prędkości początkowej. Jeśli został rzucony ściśle pionowo w dół, to jest prostym pionowym segmentem, a jego ruch jest jednolicie zmienny.

Wprowadzenie koncepcji punktu ułatwia badania. Badanie względnego ruchu ciała i zajmuje się kinematyką. Na przykład fizyka ruchu w kole mówi, że prędkość osoby, która podąża wzdłuż krawędzi obrotowej karuzeli, jest równa sumie wektora prędkości ruchu samej osoby i prędkości obrotowej karuzeli. Jest to tak zwane prawo dodawania prędkości.

Prawo ruchu

Położenie tak zwanego punktu materialnego określają trzy współrzędne. Jego ruch jest ciągłym i ciągłym przejściem przez punkty przestrzeni, które pojawiają się w czasie i towarzyszą im zmiany współrzędnych. . Jego trajektoria jest sposobem, w jaki się porusza .

Kinematyka ruchu punktu materialnego

Oprócz wyidealizowanych ciał, ta nauka wprowadziła pojęcie punkt materialny jako obiekt, który jest znikomo mały i nieskończenie mały. Kinematyka punktu materialnego bada obiekty, których wymiary można łatwo pominąć.

Ponieważ najpierw badane są ruchy złożone, to znaczy obrys w dwóch układach odniesienia, wzajemnie poruszających się względem siebie, kinematyka punktu uwzględnia współrzędne wszystkich punktów, przyspieszenie i samą prędkość. A sam układ współrzędnych, który jest powiązany z punktem odniesienia, oraz zegar, który liczy czas, jest układem odniesienia, który określa położenie poruszającego się obiektu w momencie czasu.

Kinematyka punktu uwzględnia przebytą odległość, prędkość, przyspieszenie i przemieszczenie. Ścieżka - długość trajektorii opisanej przez punkt w określonym przedziale czasu. Przesunięcie to wektor, który łączy pozycję początkową punktu z końcową. Kierunek prędkości pozostanie niezmieniony, a jego wartość, przy nierównomiernym ruchu, może ulec zmianie. Ruch prostoliniowy jest nazywany zmienną równą w przypadku, gdy prędkość obiektu zmienia się jednakowo w dowolnych odstępach czasu.

W przypadku nieskończenie małej masy punkt jest wynikiem rozdzielenia obiektu na nieskończoną liczbę nieskończenie małych cząstek. W przypadku skończonej masy punkt jest wynikiem nieograniczonej kompresji obiektu. Wyobraź sobie kulę wypełnioną materią, której promień jest zredukowany do nieskończenie małego rozmiaru, podczas gdy masa zostaje zachowana.

Jakie są prędkości?

Bezwzględna prędkość jest tą obserwowaną w stosunku do ustalonych osi. Względna jest prędkością, jaką punkt ma, jeśli uważamy przesuwanie osi, za nieruchomy. Przenośność jest prędkością, jaką ma punkt, jeśli uznamy ją za naprawioną, a osie - w ruchu.

Definicja ruchu

Ruch rozumiany jest jako ciągła zmiana pozycji ciała w czasie. Ruch punktu jest znany, jeśli dla każdej arbitralnej chwili możliwe jest wskazanie jego pozycji w przestrzeni.

Geometria analityczna zapewnia różne sposoby określania pozycji punktu w przestrzeni za pomocą specjalnych wielkości geometrycznych, zwanych współrzędnymi. Oznacza to, że ruch samego punktu można uznać za ciągłą zmianę jego współrzędnych w czasie.

Prosty i prosty ruch

Najprostszym ze wszystkich ruchów jest to, że odległość s punktu od początku wzdłuż linii prostej zmienia się proporcjonalnie do czasu t. Oznaczając przez s0 odległość punktu w początkowym momencie czasu od początku odległości, otrzymujemy równanie ruchu jednostajnego w jego ogólnej postaci:

s = s0 +/- vt,

gdzie v jest współczynnikiem proporcjonalności. Nazywa się to prędkością jednolitego ruchu i ma znaczenie fizyczne, jako miarę zmiany ścieżki w czasie.

Ruch do przodu

Kinematyka systemu zawdzięcza swój rozwój inżynierowi geologicznemu Shalowi z Francji. Ruch do przodu od niego jest linią prostą wziętą w ciało, które porusza się równolegle do siebie. Ruch do przodu nie mylić z prostym. Ciało może poruszać się progresywnie i krzywoliniowo. Ruch rectilinear to tylko szczególny przypadek translacji. Na przykład oś ziemi, która opisuje elipsę, porusza się stopniowo.

Każdy ruch, który nie spełnia warunku jednorodności nazywany jest zmienną. Jednak każdy ruch zmienny w jego nieskończenie małych ilościach można uznać za jednolity. Prędkość zmiennego ruchu jest prędkością jednorodności, w którą dzieli się ruch w jego elementach.

Kinematyka: formuły

Istnieje wiele fizycznych formuł tej nauki. Wyjaśniają czym jest kinematyka i pozwalają nam znaleźć ścieżkę, prędkość, przyspieszenie, wysokość ciała, która została wyrzucona pionowo w dół lub w górę, itp. Na przykład równanie równomiernego prostoliniowego ruchu punktu, gdy początkowa odległość wynosi zero, wygląda następująco:

s = vt

gdzie s jest ścieżką, v jest prędkością, t jest czasem.

Wolna spadająca prędkość ciała:

v = gt

gdzie v jest prędkością, g jest przyspieszenie grawitacyjne a t to czas.

Historia kinematyki

Galileo Galilei przeprowadził liczne eksperymenty na słynnej Krzywej Wieży w Pizie. Studiował swobodny spadek obiekty i ich bezwładność. Jego badania właśnie udowodniły błędność idei Arystotelesa.

W swoim manuskrypcie stwierdził konkluzje: "Rozmowy i dowody matematyczne dotyczące dwóch nowych gałęzi nauki związanych z mechaniką i ruchem lokalnym".

Przemówienie Pierre'a Varignona na przemówieniu przed słynną Francuską Akademią Nauk, które dostarczył w styczniu 1700 roku, jest uważane za narodziny kinematyki w formie, w jakiej ją znamy. Jednocześnie zdefiniowano pojęcia prędkości i przyspieszenia w formie różnicowej.

W 18 wieku, Ampère po raz pierwszy użył rachunku wariacji i położył fundament pod niezależny rozwój kinematyki.

Po opracowaniu SRT (niezależnej teorii względności), która pokazała, że ​​przestrzeń i czas nie są wartościami bezwzględnymi, ale prędkość ma zasadnicze ograniczenie, kinematyka otrzymała nową rundę rozwoju w mechanice relatywistycznej. Zastanawia się nad prawami ruchu cząstek i ciał przy prędkościach porównywalnych do prędkości światła.

W ten sposób dowiedzieliśmy się, czym jest kinematyka i jakie metody badawcze wykorzystuje.