Šta je kinematika? Po prvi put, srednjoškolci počinju da se upoznaju sa njegovom definicijom na časovima fizike. Mehanika (kinematika je jedna od njenih grana) sama po sebi čini veliki deo ove nauke. Obično se prvo predstavlja učenicima u udžbenicima. Kao što smo rekli, kinematika je pododjeljak mehanike. Ali pošto govorimo o njoj, hajde da pričamo o ovome malo detaljnije.
Mehanika kao dio fizike
Sama reč "mehanika" je grčkog porekla i doslovno se prevodi kao umetnost izgradnje mašina. U fizici se smatra dijelom koji proučava naše kretanje takozvanih materijalnih tijela u prostorima različite veličine (odnosno, kretanje se može dogoditi u jednoj ravni, na uslovnoj koordinatnoj mreži ili u trodimenzionalnom prostoru). Proučavanje interakcije između materijalnih tačaka jedan je od zadataka koje obavlja mehanika (kinematika je izuzetak od ovog pravila, jer se bavi modeliranjem i analizom alternativnih situacija bez uzimanja u obzir uticaja parametara sile). Uz sve ovo, treba napomenuti da odgovarajuća grana fizikeoznačava kretanjem promjenu položaja tijela u prostoru tokom vremena. Ova definicija je primjenjiva ne samo na materijalne tačke ili tijela u cjelini, već i na njihove dijelove.
Koncept kinematike
Ime ovog odeljka fizike je takođe grčkog porekla i doslovno se prevodi kao "pokret". Tako dobijamo početni, još nestvarno formiran odgovor na pitanje šta je kinematika. U ovom slučaju možemo reći da se u sekciji proučavaju matematičke metode za opisivanje određenih tipova kretanja direktno idealiziranih tijela. Riječ je o takozvanim apsolutno čvrstim tijelima, o idealnim tečnostima i, naravno, o materijalnim tačkama. Vrlo je važno zapamtiti da se prilikom primjene opisa ne uzimaju u obzir uzroci kretanja. To jest, parametri kao što su masa tijela ili sila koji utiču na prirodu njegovog kretanja nisu predmet razmatranja.
Osnove kinematike
Uključuju koncepte kao što su vrijeme i prostor. Kao jedan od najjednostavnijih primjera možemo navesti situaciju u kojoj se, recimo, materijalna točka kreće duž kružnice određenog polumjera. U ovom slučaju, kinematika će pripisati obavezno postojanje takve veličine kao što je centripetalno ubrzanje, koje je usmjereno duž vektora od samog tijela do centra kruga. To jest, vektor ubrzanja u bilo kojem trenutku će se poklopiti s polumjerom kruga. Ali čak iu ovom slučaju (sacentripetalno ubrzanje) kinematika neće ukazati na prirodu sile koja je izazvala njegovo pojavljivanje. Ovo su već akcije koje dinamika analizira.
Kakva je kinematika?
Dakle, mi smo, zapravo, dali odgovor na to šta je kinematika. To je grana mehanike koja proučava kako opisati kretanje idealiziranih objekata bez proučavanja parametara sile. Hajde sada da razgovaramo o tome šta može biti kinematika. Njegova prva vrsta je klasična. Uobičajeno je uzeti u obzir apsolutne prostorne i vremenske karakteristike određene vrste kretanja. U ulozi prvog pojavljuju se dužine segmenata, u ulozi potonjeg vremenski intervali. Drugim riječima, možemo reći da ovi parametri ostaju neovisni o izboru referentnog sistema.
Relativistički
Drugi tip kinematike je relativistički. U njemu, između dva odgovarajuća događaja, vremenske i prostorne karakteristike se mogu promijeniti ako se napravi prijelaz iz jednog referentnog okvira u drugi. Istovremenost nastanka dva događaja u ovom slučaju takođe poprima isključivo relativan karakter. U ovoj vrsti kinematike, dva odvojena koncepta (a govorimo o prostoru i vremenu) spajaju se u jedan. U njemu, veličina, koja se obično naziva intervalom, postaje nepromjenjiva prema Lorentzovim transformacijama.
Historija stvaranja kinematike
Nasuspio razumjeti koncept i dati odgovor na pitanje šta je kinematika. Ali kakva je bila istorija njenog nastanka kao podsekcije mehanike? To je ono o čemu sada treba da razgovaramo. Dosta dugo vremena svi koncepti ovog pododjeljka bili su zasnovani na djelima koja je napisao sam Aristotel. Oni su sadržavali relevantne tvrdnje da je brzina tijela prilikom pada direktno proporcionalna brojčanom pokazatelju težine određenog tijela. Također je spomenuto da je uzrok pokreta direktno sila, au njenom odsustvu ne može biti govora ni o kakvom pokretu.
Galilejevi eksperimenti
Čuveni naučnik Galileo Galilej zainteresovao se za Aristotelova dela krajem šesnaestog veka. Počeo je proučavati proces slobodnog pada tijela. Mogu se spomenuti njegovi eksperimenti na Krivom tornju u Pizi. Naučnik je takođe proučavao proces inercije tela. Na kraju je Galileo uspio dokazati da je Aristotel pogriješio u svojim djelima, te je donio niz pogrešnih zaključaka. U odgovarajućoj knjizi Galileo je izložio rezultate obavljenog rada uz dokaze pogrešnosti Aristotelovih zaključaka.
Savremeno se smatra da je moderna kinematika nastala u januaru 1700. Tada je Pierre Varignon govorio pred Francuskom akademijom nauka. Donio je i prve pojmove ubrzanja i brzine, ispisavši ih i objasnivši ih u diferencijalnom obliku. Nešto kasnije, Ampere je također primijetio neke kinematičke ideje. U osamnaestom veku koristio je u kinematici tzvvarijacioni račun. Specijalna teorija relativnosti, nastala još kasnije, pokazala je da prostor, kao i vrijeme, nije apsolutan. Istovremeno je istaknuto da bi brzina mogla biti suštinski ograničena. Upravo su te osnove podstakle razvoj kinematike u okvirima i konceptima takozvane relativističke mehanike.
Koncepti i količine korištene u odjeljku
Osnove kinematike uključuju nekoliko veličina koje se koriste ne samo u teorijskom smislu, već se odvijaju iu praktičnim formulama koje se koriste u modeliranju i rješavanju određenog spektra problema. Hajde da se detaljnije upoznamo sa ovim količinama i konceptima. Počnimo s posljednjim.
1) Mehaničko kretanje. Definiše se kao promene prostornog položaja određenog idealizovanog tela u odnosu na druge (materijalne tačke) u toku promene vremenskog intervala. Istovremeno, pomenuta tela imaju odgovarajuće sile interakcije jedna sa drugom.
2) Referentni sistem. Kinematika, koju smo ranije definisali, zasniva se na upotrebi koordinatnog sistema. Prisustvo njegovih varijacija je jedan od neophodnih uslova (drugi uslov je upotreba instrumenata ili sredstava za merenje vremena). Općenito, referentni okvir je neophodan za uspješan opis jedne ili druge vrste kretanja.
3) Koordinate. Kao uslovni imaginarni indikator, neraskidivo povezan s prethodnim konceptom (referentnim okvirom), koordinate nisu ništa drugo do metod kojim se položaj idealiziranog tijela usvemir. U ovom slučaju, brojevi i posebni znakovi se mogu koristiti za opis. Koordinate često koriste izviđači i topnici.
4) Radijus vektor. Ovo je fizička veličina koja se u praksi koristi za postavljanje položaja idealiziranog tijela s okom na prvobitni položaj (i ne samo). Jednostavno rečeno, određena tačka se uzima i fiksira za konvenciju. Najčešće je to ishodište koordinata. Dakle, nakon toga, recimo, idealizirano tijelo iz ove tačke počinje da se kreće po slobodnoj proizvoljnoj putanji. U bilo kom trenutku, možemo povezati položaj tijela sa nultom, a rezultirajuća ravna linija neće biti ništa više od radijus vektora.
5) Odjeljak kinematike koristi koncept putanje. To je obična kontinuirana linija, koja nastaje prilikom kretanja idealiziranog tijela prilikom proizvoljnog slobodnog kretanja u prostoru različitih veličina. Putanja, odnosno, može biti pravolinijska, kružna i izlomljena.
6) Kinematika tijela je neraskidivo povezana s takvom fizičkom veličinom kao što je brzina. Zapravo, ovo je vektorska veličina (vrlo je važno zapamtiti da je koncept skalarne veličine na nju primjenjiv samo u izuzetnim situacijama), koja će karakterizirati brzinu promjene položaja idealiziranog tijela. Smatra se da je vektor zbog činjenice da brzina određuje smjer kretanja u toku. Da biste koristili koncept, morate primijeniti referentni okvir, kao što je ranije spomenuto.
7) Kinematika, čija definicija govori oda ne uzima u obzir uzroke koji uzrokuju kretanje, u određenim situacijama razmatra i ubrzanje. To je također vektorska veličina, koja pokazuje koliko će se intenzivno mijenjati vektor brzine idealiziranog tijela s alternativnom (paralelnom) promjenom u jedinici vremena. Znajući istovremeno u kojem su smjeru oba vektora - brzina i ubrzanje - usmjerena, možemo reći o prirodi kretanja tijela. Može biti ravnomjerno ubrzan (vektori su isti) ili ravnomjerno spor (vektori su u suprotnim smjerovima).
8) Ugaona brzina. Još jedna vektorska veličina. U principu, njegova definicija se poklapa s onom analognom koju smo dali ranije. Zapravo, jedina razlika je u tome što se prethodno razmatrani slučaj dogodio pri kretanju duž pravolinijske putanje. Ovdje imamo kružno kretanje. To može biti uredan krug, kao i elipsa. Sličan koncept je dat za ugaono ubrzanje.
Fizika. Kinematika. Formule
Za rješavanje praktičnih problema vezanih za kinematiku idealiziranih tijela, postoji čitava lista raznih formula. Oni vam omogućavaju da odredite pređenu udaljenost, trenutnu, početnu konačnu brzinu, vrijeme za koje je tijelo prešlo ovu ili onu udaljenost i još mnogo toga. Poseban slučaj primjene (privatni) su situacije sa simuliranim slobodnim padom tijela. U njima je ubrzanje (označeno slovom a) zamijenjeno ubrzanjem gravitacije (slovo g, numerički jednako 9,8 m/s^2).
Pa šta smo saznali? Fizika - kinematika (čije formuleizvedeni jedno iz drugog) - ovaj dio se koristi za opisivanje kretanja idealiziranih tijela bez uzimanja u obzir parametara sile koji postaju uzroci odgovarajućeg kretanja. Čitalac se uvijek može detaljnije upoznati sa ovom temom. Fizika (tema “kinematika”) je veoma važna, jer ona daje osnovne koncepte mehanike kao globalnog dijela odgovarajuće nauke.
