Millised on kinemaatika põhimõisted? Mis see teadus on ja mida see uurib? Täna räägime sellest, mis on kinemaatika, millised kinemaatika põhimõisted toimuvad ülesannetes ja mida need tähendavad. Lisaks räägime kogustest, millega me kõige sagedamini tegeleme.
Kinemaatika. Põhimõisted ja määratlused
Esm alt räägime, mis see on. Üks enim õpitud füüsika osasid koolikursusel on mehaanika. Sellele järgnevad määramatus järjekorras molekulaarfüüsika, elekter, optika ja veel mõned harud, nagu näiteks tuuma- ja aatomifüüsika. Kuid vaatame mehaanikat lähem alt. See füüsikaharu tegeleb kehade mehaanilise liikumise uurimisega. See kehtestab mõned mustrid ja uurib selle meetodeid.
Kinemaatika mehaanika osana
Viimane jaguneb kolmeks osaks: kinemaatika, dünaamika ja staatika. Neil kolmel alamteadusel, kui neid nii võib nimetada, on teatud eripära. Näiteks staatika uurib mehaaniliste süsteemide tasakaalureegleid. Kohe tuleb meelde assotsiatsioon kaaludega. Dünaamika uurib kehade liikumisseadusi, kuid pöörab samal ajal tähelepanu neile mõjuvatele jõududele. Aga kinemaatika teeb sama, ainult jõude ei arvestata. Järelikult ei võeta ülesannetes arvesse nende samade kehade massi.
Kinemaatika põhimõisted. Mehaaniline liikumine
Selle teaduse teema on materiaalne punkt. Seda mõistetakse kui keha, mille mõõtmed võib teatud mehaanilise süsteemiga võrreldes tähelepanuta jätta. See niinimetatud idealiseeritud keha sarnaneb ideaalse gaasiga, mida käsitletakse molekulaarfüüsika osas. Üldiselt mängib materiaalse punkti mõiste nii mehaanikas üldiselt kui ka konkreetselt kinemaatikas üsna olulist rolli. Kõige sagedamini käsitletav nn translatsiooniline liikumine.
Mida see tähendab ja mis see võiks olla?
Tavaliselt jagunevad liigutused pöörlevateks ja translatiivseteks. Translatsioonilise liikumise kinemaatika põhimõisted on peamiselt seotud valemites kasutatavate suurustega. Räägime neist hiljem, kuid nüüd pöördume tagasi liikumise tüübi juurde. Selge see, et kui me räägime rotatsioonist, siis keha pöörleb. Sellest lähtuv alt nimetatakse translatsioonilist liikumist keha tasapinnaliseks või lineaarseks liikumiseks.
Teoreetiline alus ülesannete lahendamiseks
Kinemaatika, mille põhimõisteid ja valemeid praegu kaalume, sisaldab tohutult palju ülesandeid. See saavutatakse tavalise kombinatoorika abil. Üks mitmekesisuse meetod on tundmatute tingimuste muutmine. Ühte ja sama probleemi saab esitada erinevas valguses, muutes lihts alt selle lahenduse eesmärki. On vaja leida vahemaa, kiirus, aeg, kiirendus. Nagu näete, on palju võimalusi. Kui lisada siia vabalangemise tingimused, muutub ruum lihts alt kujuteldamatuks.
Väärtused ja valemid
Kõigepe alt teeme ühe broneeringu. Teatavasti võib kogustel olla kahesugune iseloom. Ühest küljest võib teatud arvväärtus vastata teatud väärtusele. Kuid teisest küljest võib sellel olla ka leviku suund. Näiteks laine. Optikas seisame silmitsi sellise mõistega nagu lainepikkus. Aga kui on koherentne valgusallikas (sama laser), siis on tegemist tasapinnaliste polariseeritud lainete kiirega. Seega ei vasta laine mitte ainult selle pikkust näitavale arvväärtusele, vaid ka antud levimissuunale.
Klassikaline näide
Sellised juhtumid on mehaanika analoogia. Oletame, et meie ees veereb käru. Kõrvalliikumise olemust, saame määrata selle kiiruse ja kiirenduse vektorkarakteristikud. Edasiliikumisel (näiteks tasasel põrandal) on seda veidi keerulisem teha, seega kaalume kahte juhtumit: kui käru veereb üles ja kui see veereb alla.
Niisiis kujutame ette, et käru tõuseb veidi ülespoole. Sel juhul aeglustub see, kui sellele ei mõju välised jõud. Kuid vastupidises olukorras, nimelt kui käru alla veereb, siis see kiirendab. Kahel juhul on kiirus suunatud selle poole, kus objekt liigub. Seda tuleks võtta reeglina. Kuid kiirendus võib vektorit muuta. Aeglustades on see suunatud kiirusvektorile vastupidises suunas. See seletab aeglustumist. Sarnast loogilist ahelat saab rakendada ka teisele olukorrale.
Muud väärtused
Rääkisime just sellest, et kinemaatikas ei tööta nad mitte ainult skalaarsete suurustega, vaid ka vektorsuurustega. Nüüd astume sammu edasi. Lisaks kiirusele ja kiirendusele kasutatakse ülesannete lahendamisel selliseid tunnuseid nagu vahemaa ja aeg. Muide, kiirus jaguneb esialgseks ja hetkeliseks. Esimene neist on teise erijuhtum. Hetkeline kiirus on kiirus, mida saab igal ajahetkel leida. Ja algustähega on ilmselt kõik selge.
Ülesanne
Me uurisime eelmistes lõikudes suurt osa teooriast. Nüüd jääb vaid anda põhivalemid. Kuid me teeme veelgi paremini: me mitte ainult ei arvesta valemeid, vaid rakendame neid ka probleemi lahendamisel, etviimistleda omandatud teadmised. Kinemaatika kasutab tervet komplekti valemeid, mida kombineerides saate lahendada kõik, mida vajate. Siin on probleem kahe tingimusega, et seda täielikult mõista.
Rattur aeglustab pärast finišijoone ületamist. Tal kulus viis sekundit, enne kui ta täielikult peatus. Uurige, millise kiirendusega ta hoo maha võttis, aga ka seda, kui pika pidurdusteekonna ta läbida suutis. Pidurdusteekond loetakse lineaarseks, lõppkiiruseks loetakse null. Finišijoone ületamise hetkel oli kiirus 4 meetrit sekundis.
Tegelikult on ülesanne üsna huvitav ega ole nii lihtne, kui esmapilgul võib tunduda. Kui proovime võtta kaugusvalemit kinemaatikas (S=Vot + (-) (at ^ 2/2)), siis ei tule sellest midagi välja, sest meil on kahe muutujaga võrrand. Kuidas sellisel juhul edasi toimida? Võime minna kahel viisil: esm alt arvutada kiirendus, asendades andmed valemiga V=Vo - at, või väljendada se alt kiirendust ja asendada see vahemaa valemiga. Kasutame esimest meetodit.
Niisiis, lõppkiirus on null. Esialgne - 4 meetrit sekundis. Vastavate suuruste ülekandmisel võrrandi vasakule ja paremale poolele saavutame kiirenduse avaldise. Siin see on: a=Vo/t. Seega on see 0,8 meetrit sekundis ruudus ja sellel on pidurdusomadus.
Minge vahemaa valemi juurde. Me lihts alt asendame sellega andmed. Saame vastuse: peatumisteekond on 10 meetrit.
