Wat is kinematica? Voor het eerst maken middelbare scholieren kennis met de definitie ervan in natuurkundelessen. Mechanica (kinematica is een van haar takken) zelf vormt een groot deel van deze wetenschap. Meestal wordt het eerst in leerboeken aan studenten gepresenteerd. Zoals we al zeiden, kinematica is een onderafdeling van mechanica. Maar aangezien we het over haar hebben, laten we hier wat meer in detail over praten.
Mechanica als onderdeel van de natuurkunde
Het woord "mechanica" zelf is van Griekse oorsprong en verta alt zich letterlijk als de kunst van het bouwen van machines. In de natuurkunde wordt het beschouwd als een sectie die de beweging van de zogenaamde materiële lichamen door ons bestudeert in ruimtes van verschillende grootte (dat wil zeggen, de beweging kan plaatsvinden in één vlak, op een voorwaardelijk coördinatenraster of in een driedimensionale ruimte). De studie van de interactie tussen materiële punten is een van de taken die de mechanica uitvoert (kinematica is een uitzondering op deze regel, omdat het zich bezighoudt met het modelleren en analyseren van alternatieve situaties zonder rekening te houden met de impact van krachtparameters). Bij dit alles moet worden opgemerkt dat de overeenkomstige tak van de natuurkundebetekent door beweging de verandering in de positie van het lichaam in de ruimte in de tijd. Deze definitie is niet alleen van toepassing op materiële punten of lichamen als geheel, maar ook op hun onderdelen.
Het concept van kinematica
De naam van dit deel van de natuurkunde is ook van Griekse oorsprong en verta alt zich letterlijk als "bewegen". Zo krijgen we het eerste, nog niet echt gevormde antwoord op de vraag wat kinematica is. In dit geval kunnen we zeggen dat de sectie wiskundige methoden bestudeert voor het beschrijven van bepaalde soorten beweging van direct geïdealiseerde lichamen. We hebben het over de zogenaamde absoluut vaste lichamen, over ideale vloeistoffen en natuurlijk over materiële punten. Het is erg belangrijk om te onthouden dat bij het toepassen van de beschrijving geen rekening wordt gehouden met de oorzaken van beweging. Dat wil zeggen, parameters zoals lichaamsmassa of kracht die de aard van de beweging beïnvloeden, worden niet in overweging genomen.
Fundamenten van kinematica
Ze omvatten concepten zoals tijd en ruimte. Als een van de eenvoudigste voorbeelden kunnen we een situatie noemen waarin bijvoorbeeld een materieel punt langs een cirkel met een bepaalde straal beweegt. In dit geval zal de kinematica het verplichte bestaan van een dergelijke hoeveelheid als centripetale versnelling toeschrijven, die langs de vector van het lichaam zelf naar het midden van de cirkel is gericht. Dat wil zeggen, de versnellingsvector zal op elk moment samenvallen met de straal van de cirkel. Maar zelfs in dit geval (metcentripetale versnelling) kinematica geeft niet de aard van de kracht aan waardoor deze ontstond. Dit zijn al acties die de dynamiek ontleedt.
Hoe is kinematica?
Dus, we hebben in feite het antwoord gegeven op wat kinematica is. Het is een tak van de mechanica die bestudeert hoe de beweging van geïdealiseerde objecten kan worden beschreven zonder krachtparameters te bestuderen. Laten we het nu hebben over wat kinematica kan zijn. Het eerste type is klassiek. Het is gebruikelijk om rekening te houden met de absolute ruimtelijke en temporele kenmerken van een bepaald type beweging. In de rol van eerstgenoemde verschijnen de lengtes van de segmenten, in de rol van laatstgenoemde de tijdsintervallen. Met andere woorden, we kunnen zeggen dat deze parameters onafhankelijk blijven van de keuze van het referentiesysteem.
Relativistisch
Het tweede type kinematica is relativistisch. Daarin kunnen, tussen twee corresponderende gebeurtenissen, temporele en ruimtelijke kenmerken veranderen als er een overgang wordt gemaakt van het ene referentiekader naar het andere. Ook de gelijktijdigheid van de oorsprong van twee gebeurtenissen krijgt in dit geval een uitsluitend relatief karakter. In dit soort kinematica versmelten twee afzonderlijke concepten (en we hebben het over ruimte en tijd) tot één. Daarin wordt de hoeveelheid, die gewoonlijk het interval wordt genoemd, invariant onder Lorentz-transformaties.
De geschiedenis van het ontstaan van kinematica
Onshet concept te begrijpen en een antwoord te geven op de vraag wat kinematica is. Maar wat was de geschiedenis van zijn opkomst als een onderafdeling van de mechanica? Dit is waar we het nu over moeten hebben. Lange tijd waren alle concepten van deze subsectie gebaseerd op werken die door Aristoteles zelf waren geschreven. Ze bevatten relevante verklaringen dat de snelheid van een lichaam tijdens een val recht evenredig is met de numerieke indicator van het gewicht van een bepaald lichaam. Er werd ook vermeld dat de oorzaak van de beweging direct de kracht is, en bij afwezigheid kan er geen sprake zijn van enige beweging.
Experimenten van Galileo
De beroemde wetenschapper Galileo Galilei raakte aan het einde van de zestiende eeuw geïnteresseerd in de werken van Aristoteles. Hij begon het proces van vrije val van het lichaam te bestuderen. Er kan melding worden gemaakt van zijn experimenten op de scheve toren van Pisa. De wetenschapper bestudeerde ook het proces van traagheid van lichamen. Uiteindelijk slaagde Galileo erin te bewijzen dat Aristoteles ongelijk had in zijn werken, en hij maakte een aantal foutieve conclusies. In het bijbehorende boek schetste Galileo de resultaten van het werk dat was uitgevoerd met bewijs van de drogreden van Aristoteles' conclusies.
Moderne kinematica wordt nu geacht te zijn ontstaan in januari 1700. Daarna sprak Pierre Varignon voor de Franse Academie van Wetenschappen. Hij bracht ook de eerste concepten van versnelling en snelheid, schreef en legde ze uit in een differentiële vorm. Even later nam Ampere ook kennis van enkele kinematische ideeën. In de achttiende eeuw gebruikte hij in de kinematica de zgnvariatierekening. De speciale relativiteitstheorie, die zelfs later werd ontwikkeld, toonde aan dat ruimte, net als tijd, niet absoluut is. Tegelijkertijd werd erop gewezen dat de snelheid fundamenteel kon worden beperkt. Het zijn deze fundamenten die ertoe hebben geleid dat de kinematica zich ontwikkelde binnen het raamwerk en de concepten van de zogenaamde relativistische mechanica.
Begrippen en hoeveelheden gebruikt in de sectie
De basisprincipes van kinematica omvatten verschillende grootheden die niet alleen in theoretische termen worden gebruikt, maar ook plaatsvinden in praktische formules die worden gebruikt bij het modelleren en oplossen van een bepaald aantal problemen. Laten we nader kennis maken met deze hoeveelheden en concepten. Laten we beginnen met de laatste.
1) Mechanisch uurwerk. Het wordt gedefinieerd als veranderingen in de ruimtelijke positie van een bepaald geïdealiseerd lichaam ten opzichte van andere (materiële punten) in de loop van het veranderen van het tijdsinterval. Tegelijkertijd hebben de genoemde lichamen de corresponderende krachten van interactie met elkaar.
2) Referentiesysteem. Kinematica, die we eerder hebben gedefinieerd, is gebaseerd op het gebruik van een coördinatensysteem. De aanwezigheid van zijn variaties is een van de noodzakelijke voorwaarden (de tweede voorwaarde is het gebruik van instrumenten of middelen om tijd te meten). Over het algemeen is een referentiekader nodig voor het succesvol beschrijven van een of ander type beweging.
3) Coördinaten. Als conditionele imaginaire indicator, onlosmakelijk verbonden met het vorige concept (referentiekader), zijn de coördinaten niets meer dan een methode waarmee de positie van een geïdealiseerd lichaam inruimte. In dit geval kunnen cijfers en speciale tekens worden gebruikt voor de beschrijving. Coördinaten worden vaak gebruikt door verkenners en kanonniers.
4) Straalvector. Dit is een fysieke grootheid die in de praktijk wordt gebruikt om de positie van een geïdealiseerd lichaam met het oog op de oorspronkelijke positie (en niet alleen) in te stellen. Simpel gezegd, een bepaald punt wordt genomen en het is vastgelegd voor conventie. Meestal is dit de oorsprong van coördinaten. Laten we zeggen dat daarna, laten we zeggen, een geïdealiseerd lichaam vanaf dit punt langs een vrij willekeurig traject begint te bewegen. Op elk moment kunnen we de positie van het lichaam verbinden met de oorsprong, en de resulterende rechte lijn zal niets meer zijn dan een straalvector.
5) De sectie kinematica gebruikt het concept van een traject. Het is een gewone ononderbroken lijn, die ontstaat tijdens de beweging van een geïdealiseerd lichaam tijdens willekeurige vrije beweging in een ruimte van verschillende afmetingen. Het traject kan respectievelijk rechtlijnig, cirkelvormig en onderbroken zijn.
6) De kinematica van het lichaam is onlosmakelijk verbonden met een fysieke hoeveelheid als snelheid. In feite is dit een vectorgrootheid (het is erg belangrijk om te onthouden dat het concept van een scalaire grootheid er alleen in uitzonderlijke situaties op van toepassing is), die de snelheid van verandering in de positie van een geïdealiseerd lichaam zal karakteriseren. Het wordt beschouwd als een vector vanwege het feit dat de snelheid de richting van de voortgaande beweging bepa alt. Om het concept te gebruiken, moet je het referentiekader toepassen, zoals eerder vermeld.
7) Kinematica, waarvan de definitie vertelt overdat het geen rekening houdt met de oorzaken die beweging veroorzaken, maar in bepaalde situaties ook met versnelling. Het is ook een vectorgrootheid, die laat zien hoe intensief de snelheidsvector van een geïdealiseerd lichaam zal veranderen bij een alternatieve (parallelle) verandering in de tijdseenheid. Als we tegelijkertijd weten in welke richting beide vectoren - snelheid en versnelling - zijn gericht, kunnen we iets zeggen over de aard van de beweging van het lichaam. Het kan ofwel uniform worden versneld (de vectoren zijn hetzelfde) of uniform langzaam (de vectoren zijn in tegengestelde richtingen).
8) Hoeksnelheid. Nog een vectorhoeveelheid. In principe v alt de definitie ervan samen met de analoge die we eerder gaven. In feite is het enige verschil dat het eerder overwogen geval zich voordeed bij het bewegen langs een rechtlijnig traject. Hier hebben we een cirkelvormige beweging. Het kan een nette cirkel zijn, maar ook een ellips. Een soortgelijk concept wordt gegeven voor hoekversnelling.
Natuurkunde. Kinematica. Formules
Om praktische problemen met betrekking tot de kinematica van geïdealiseerde lichamen op te lossen, is er een hele lijst met verschillende formules. Hiermee kunt u de afgelegde afstand, de momentane, de aanvankelijke eindsnelheid, de tijd waarin het lichaam deze of gene afstand heeft afgelegd, en nog veel meer bepalen. Een apart geval van toepassing (privé) zijn situaties met een gesimuleerde vrije val van een lichaam. Daarin wordt versnelling (aangeduid met de letter a) vervangen door de versnelling van de zwaartekracht (letter g, numeriek gelijk aan 9,8 m/s^2).
Dus wat hebben we ontdekt? Natuurkunde - kinematica (waarvan de formulesafgeleid van elkaar) - deze sectie wordt gebruikt om de beweging van geïdealiseerde lichamen te beschrijven zonder rekening te houden met de krachtparameters die de oorzaken van de overeenkomstige beweging worden. De lezer kan altijd nader kennis maken met dit onderwerp. Natuurkunde (het onderwerp "kinematica") is erg belangrijk, omdat het de basisconcepten van de mechanica is als een globaal onderdeel van de overeenkomstige wetenschap.
