Wat zijn de basisconcepten van kinematica? Wat is deze wetenschap en wat bestudeert ze? Vandaag zullen we praten over wat kinematica is, welke basisconcepten van kinematica plaatsvinden in taken en wat ze betekenen. Laten we het daarnaast hebben over de hoeveelheden waarmee we het vaakst te maken hebben.
Kinematica. Basisconcepten en definities
Laten we het eerst hebben over wat het is. Een van de meest bestudeerde onderdelen van de natuurkunde in de schoolcursus is mechanica. Het wordt in onbepaalde volgorde gevolgd door moleculaire fysica, elektriciteit, optica en enkele andere takken, zoals bijvoorbeeld kern- en atoomfysica. Maar laten we de mechanica eens nader bekijken. Deze tak van de natuurkunde houdt zich bezig met de studie van de mechanische beweging van lichamen. Het stelt een aantal patronen vast en bestudeert zijn methoden.
Kinematica als onderdeel van mechanica
De laatste is verdeeld in drie delen: kinematica, dynamica en statica. Deze drie deelwetenschappen, als je ze zo mag noemen, hebben een aantal eigenaardigheden. Statistiek bestudeert bijvoorbeeld de regels voor het evenwicht van mechanische systemen. Er komt meteen een associatie met weegschaal bij me op. Dynamiek bestudeert de bewegingswetten van lichamen, maar schenkt tegelijkertijd aandacht aan de krachten die erop inwerken. Maar kinematica doet hetzelfde, alleen wordt er geen rekening gehouden met krachten. Bijgevolg wordt bij de taken geen rekening gehouden met de massa van diezelfde lichamen.
Basisconcepten van kinematica. Mechanisch uurwerk
Het onderwerp in deze wetenschap is een materieel punt. Het wordt opgevat als een lichaam waarvan de afmetingen, in vergelijking met een bepaald mechanisch systeem, kunnen worden verwaarloosd. Dit zogenaamde geïdealiseerde lichaam is verwant aan een ideaal gas, dat wordt beschouwd in de sectie moleculaire fysica. In het algemeen speelt het concept van een materieel punt, zowel in de mechanica in het algemeen als in de kinematica in het bijzonder, een vrij belangrijke rol. De meest algemeen beschouwde zogenaamde translationele beweging.
Wat betekent het en wat zou het kunnen zijn?
Bewegingen worden gewoonlijk onderverdeeld in rotatie en translatie. De basisconcepten van de kinematica van translationele beweging zijn voornamelijk gerelateerd aan de hoeveelheden die in de formules worden gebruikt. We zullen er later over praten, maar laten we nu terugkeren naar het type beweging. Het is duidelijk dat als we het over rotatie hebben, het lichaam draait. Dienovereenkomstig zal de translatiebeweging de beweging van het lichaam in een vlak of lineair worden genoemd.
Theoretische basis voor het oplossen van problemen
Kinematica, de basisconcepten en formules die we nu overwegen, heeft een enorm aantal taken. Dit wordt bereikt door de gebruikelijke combinatoriek. Een methode van diversiteit hier is om onbekende omstandigheden te veranderen. Een en hetzelfde probleem kan in een ander daglicht worden gesteld door simpelweg het doel van de oplossing te veranderen. Het is nodig om afstand, snelheid, tijd, versnelling te vinden. Zoals je kunt zien, zijn er heel veel opties. Als we hier de voorwaarden van vrije val opnemen, wordt de ruimte gewoon onvoorstelbaar.
Waarden en formules
Laten we eerst één reservering maken. Zoals bekend kunnen hoeveelheden een tweeledig karakter hebben. Enerzijds kan een bepaalde numerieke waarde overeenkomen met een bepaalde waarde. Maar aan de andere kant kan het ook een distributierichting hebben. Bijvoorbeeld een golf. In de optica hebben we te maken met een begrip als golflengte. Maar als er een coherente lichtbron is (dezelfde laser), dan hebben we te maken met een bundel vlakke gepolariseerde golven. De golf komt dus niet alleen overeen met een numerieke waarde die de lengte aangeeft, maar ook met een bepaalde voortplantingsrichting.
Klassiek voorbeeld
Dergelijke gevallen zijn een analogie in de mechanica. Laten we zeggen dat er een kar voor ons rijdt. Doorde aard van de beweging, kunnen we de vectorkenmerken van zijn snelheid en versnelling bepalen. Het zal iets moeilijker zijn om dit te doen als u vooruit rijdt (bijvoorbeeld op een vlakke vloer), dus we zullen twee gevallen overwegen: wanneer de kar oprolt en wanneer deze naar beneden rolt.
Dus laten we ons voorstellen dat de kar een lichte helling op gaat. In dit geval zal het vertragen als er geen externe krachten op inwerken. Maar in de omgekeerde situatie, namelijk wanneer de kar naar beneden rolt, zal deze versnellen. De snelheid is in twee gevallen gericht op de plaats waar het object beweegt. Dit moet als regel worden beschouwd. Maar versnelling kan de vector veranderen. Bij het vertragen wordt het in de richting tegengesteld aan de snelheidsvector gericht. Dit verklaart de vertraging. Een soortgelijke logische keten kan worden toegepast op de tweede situatie.
Andere waarden
We hadden het net over het feit dat ze in de kinematica niet alleen met scalaire grootheden werken, maar ook met vectorgrootheden. Laten we nu een stap verder gaan. Naast snelheid en acceleratie wordt bij het oplossen van problemen gebruik gemaakt van kenmerken als afstand en tijd. Trouwens, de snelheid is verdeeld in aanvankelijk en onmiddellijk. De eerste is een speciaal geval van de tweede. Momentane snelheid is de snelheid die op een bepaald moment kan worden gevonden. En met de initiaal is waarschijnlijk alles duidelijk.
Taak
Een groot deel van de theorie is eerder in de vorige paragrafen door ons bestudeerd. Nu blijft het alleen om de basisformules te geven. Maar we zullen het nog beter doen: we zullen niet alleen rekening houden met de formules, maar ze ook toepassen bij het oplossen van het probleem omde opgedane kennis afronden. Kinematica maakt gebruik van een hele reeks formules, waardoor je alles kunt bereiken wat je moet oplossen. Hier is een probleem met twee voorwaarden om dit volledig te begrijpen.
Een fietser vertraagt na het overschrijden van de finishlijn. Het kostte hem vijf seconden om volledig tot stilstand te komen. Ontdek met welke acceleratie hij afremde en hoeveel remweg hij wist af te leggen. De remweg wordt als lineair beschouwd, de eindsnelheid wordt gelijk aan nul genomen. Op het moment van het passeren van de finish was de snelheid 4 meter per seconde.
Eigenlijk is de taak best interessant en niet zo eenvoudig als het op het eerste gezicht lijkt. Als we proberen de afstandsformule in de kinematica te nemen (S=Vot + (-) (bij ^ 2/2)), dan komt er niets uit, omdat we een vergelijking met twee variabelen hebben. Hoe te handelen in zo'n geval? We kunnen twee kanten op: bereken eerst de versnelling door de gegevens in de formule V=Vo - at in te vullen, of druk de versnelling van daaruit uit en vervang deze door de afstandsformule. Laten we de eerste methode gebruiken.
Dus, de eindsnelheid is nul. Initieel - 4 meter per seconde. Door de overeenkomstige grootheden over te brengen naar de linker- en rechterkant van de vergelijking, krijgen we een uitdrukking voor versnelling. Hier is het: a=Vo/t. Het zal dus gelijk zijn aan 0,8 meter per seconde kwadraat en zal een remmend karakter hebben.
Ga naar de afstandsformule. We vervangen er gewoon gegevens in. We krijgen het antwoord: de remafstand is 10 meter.
