Koji su osnovni koncepti kinematike? Šta je to nauka i šta proučava? Danas ćemo govoriti o tome šta je kinematika, koji se osnovni pojmovi kinematike odvijaju u zadacima i šta oni znače. Uz to, hajde da pričamo o količinama sa kojima najčešće imamo posla.
Kinematika. Osnovni koncepti i definicije
Prvo, hajde da razgovaramo o tome šta je to. Jedan od najizučavanijih odjeljaka fizike u školskom kursu je mehanika. Slijede ga neodređenim redom molekularna fizika, elektrika, optika i neke druge grane, kao što su, na primjer, nuklearna i atomska fizika. Ali hajde da pobliže pogledamo mehaniku. Ova grana fizike bavi se proučavanjem mehaničkog kretanja tijela. On uspostavlja neke obrasce i proučava svoje metode.
Kinematika kao dio mehanike
Potonji je podijeljen na tri dijela: kinematika, dinamika i statika. Ove tri nauke, ako ih možete tako nazvati, imaju neke posebnosti. Na primjer, statika proučava pravila za ravnotežu mehaničkih sistema. Odmah mi pada na pamet asocijacija na vagu. Dinamika proučava zakone kretanja tijela, ali u isto vrijeme obraća pažnju na sile koje djeluju na njih. Ali kinematika radi isto, samo se sile ne uzimaju u obzir. Shodno tome, masa tih istih tijela nije uzeta u obzir u zadacima.
Osnovni koncepti kinematike. Mehanički pokret
Predmet u ovoj nauci je materijalna tačka. Pod njim se podrazumeva telo čije se dimenzije, u poređenju sa određenim mehaničkim sistemom, mogu zanemariti. Ovo takozvano idealizovano telo je slično idealnom gasu, koji se razmatra u delu molekularne fizike. Općenito, koncept materijalne točke, kako u mehanici općenito, tako iu kinematici posebno, igra prilično važnu ulogu. Najčešće se smatra takozvanim translacijskim pokretom.
Šta to znači i šta bi moglo biti?
Obično se pokreti dijele na rotacijske i translacijske. Osnovni koncepti kinematike translacionog kretanja uglavnom se odnose na veličine koje se koriste u formulama. O njima ćemo kasnije, ali za sada se vratimo na vrstu kretanja. Jasno je da ako govorimo o rotaciji, onda se tijelo okreće. U skladu s tim, translacijsko kretanje će se zvati kretanje tijela u ravni ili linearno.
Teorijska osnova za rješavanje problema
Kinematika, čije osnovne koncepte i formule sada razmatramo, ima ogroman broj zadataka. To se postiže uobičajenom kombinatorikom. Jedan od metoda raznolikosti ovdje je promjena nepoznatih uslova. Jedan te isti problem može se predstaviti u drugačijem svjetlu jednostavnom promjenom svrhe njegovog rješenja. Potrebno je pronaći udaljenost, brzinu, vrijeme, ubrzanje. Kao što vidite, postoji mnogo opcija. Ako ovdje uključimo uslove slobodnog pada, prostor postaje jednostavno nezamisliv.
Vrijednosti i formule
Prvo, napravimo jednu rezervaciju. Kao što je poznato, količine mogu imati dvostruku prirodu. S jedne strane, određena brojčana vrijednost može odgovarati određenoj vrijednosti. Ali s druge strane, može imati i pravac distribucije. Na primjer, talas. U optici smo suočeni s takvim konceptom kao što je valna dužina. Ali ako postoji koherentni izvor svjetlosti (isti laser), onda imamo posla sa snopom ravnih polariziranih valova. Dakle, val će odgovarati ne samo brojčanoj vrijednosti koja pokazuje njegovu dužinu, već i datom smjeru širenja.
Klasični primjer
Ovakvi slučajevi su analogija u mehanici. Recimo da se ispred nas kotrlja kolica. Byprirodu kretanja, možemo odrediti vektorske karakteristike njegove brzine i ubrzanja. To će biti malo teže učiniti kada se krećete naprijed (na primjer, na ravnom podu), pa ćemo razmotriti dva slučaja: kada se kolica kotrlja gore i kada se kotrlja dolje.
Zamislimo da kolica idu uz blagi nagib. U tom slučaju će se usporiti ako na njega ne djeluju vanjske sile. Ali u obrnutoj situaciji, naime, kada se kolica kotrljaju, ona će ubrzati. Brzina je u dva slučaja usmjerena prema mjestu kretanja objekta. Ovo treba uzeti kao pravilo. Ali ubrzanje može promijeniti vektor. Prilikom usporavanja usmjerava se u smjeru suprotnom od vektora brzine. Ovo objašnjava usporavanje. Sličan logički lanac se može primijeniti na drugu situaciju.
Druge vrijednosti
Upravo smo pričali o tome da u kinematici oni rade ne samo sa skalarnim veličinama, već i sa vektorskim. Sada idemo korak dalje. Osim brzine i ubrzanja, prilikom rješavanja problema koriste se karakteristike poput udaljenosti i vremena. Inače, brzina se dijeli na početnu i trenutnu. Prvi od njih je poseban slučaj drugog. Trenutna brzina je brzina koja se može pronaći u bilo kojem trenutku. A sa inicijalom je vjerovatno sve jasno.
Zadatak
Veliki dio teorije smo proučavali ranije u prethodnim paragrafima. Sada ostaje samo dati osnovne formule. Ali mi ćemo učiniti još bolje: nećemo samo uzeti u obzir formule, već ćemo ih i primijeniti prilikom rješavanja problema kako bismofinalizirati stečeno znanje. Kinematika koristi čitav niz formula, kombinujući koje, možete postići sve što vam je potrebno za rješavanje. Evo problema sa dva uslova da ovo potpuno razumete.
Biciklista usporava nakon prelaska ciljne linije. Trebalo mu je pet sekundi da se potpuno zaustavi. Saznajte kojim je ubrzanjem usporio, kao i koliki je put kočenja uspio preći. Kočioni put se smatra linearnim, konačna brzina se uzima jednakom nuli. U trenutku prelaska ciljne linije, brzina je bila 4 metra u sekundi.
Zapravo, zadatak je prilično zanimljiv i nije tako jednostavan kao što se na prvi pogled čini. Ako pokušamo uzeti formulu udaljenosti u kinematici (S=Vot + (-) (na ^ 2/2)), onda od toga neće biti ništa, jer ćemo imati jednadžbu s dvije varijable. Kako postupiti u takvom slučaju? Možemo ići na dva načina: prvo izračunati ubrzanje zamjenom podataka u formulu V=Vo - at, ili izraziti ubrzanje odatle i zamijeniti ga u formulu udaljenosti. Koristimo prvi metod.
Dakle, konačna brzina je nula. Početna - 4 metra u sekundi. Prenošenjem odgovarajućih veličina na lijevu i desnu stranu jednačine postižemo izraz za ubrzanje. Evo ga: a=Vo/t. Dakle, ona će biti jednaka 0,8 metara u sekundi na kvadrat i imaće kočni karakter.
Idite na formulu udaljenosti. U njega jednostavno zamjenjujemo podatke. Dobijamo odgovor: zaustavni put je 10 metara.
