Mis on kinemaatika? See on mehaanika alamvaldkond, mis uurib idealiseeritud objektide liikumise kirjeldamise matemaatilisi ja geomeetrilisi meetodeid. Need jagunevad mitmesse kategooriasse. Tänase artikli teemaks on aspektid, mis on kuidagi seotud mõistega "punktkinemaatika". Käsitleme paljusid teemasid, kuid alustame kõige põhjapanevamatest mõistetest ja selgitustest nende rakendamise kohta selles valdkonnas.
Milliseid objekte peetakse?
Kui kinemaatika on füüsika haru, mis uurib, kuidas kirjeldada kehade liikumist erineva suurusega ruumides, siis tuleb opereerida kehade endiga, eks? Et kiiresti aru saada, mis on kaalul, leiate õpilastele mõeldud multimeediumitunni. Kinemaatikast on üldiselt lihtne aru saada, kui mõistate selle põhitõdesid. Kui te nendega tutvute, märkate, et teoorias on teavet selle kohta, et see füüsika haru uurib materiaalsete objektide liikumisseadusi.punktid. Pange tähele, kuidas objektide määratlus on üldistatud. Teisest küljest pole materiaalsed punktid ainsad objektid, mida kinemaatika käsitleb. See füüsika haru uurib nii absoluutselt jäikade kehade kui ka ideaalvedelike liikumispõhimõtteid. Väga sageli ühendatakse kõik need kolm mõistet üheks, öeldes lihts alt "idealiseeritud objektid". Idealiseerimine on sel juhul vajalik arvutuste tavade ja võimalike süstemaatiliste vigade kõrvalekaldumise jaoks. Kui vaatate materiaalse punkti definitsiooni, märkate, et selle kohta on kirjutatud järgmist: see on keha, mille mõõtmed võib vastavas olukorras tähelepanuta jätta. Seda võib mõista järgmiselt: võrreldes läbitud vahemaaga on objekti lineaarsed mõõtmed tühised.
Mida kasutatakse kirjeldamiseks?
Nagu varem mainitud, on kinemaatika mehaanika alajaotis, mis uurib, kuidas kirjeldada punkti liikumist. Aga kui see on nii, kas see tähendab, et selliste toimingute tegemiseks on vaja mõningaid põhikontseptsioone ja põhimõtteid, nagu aksiomaatilisi? Jah. Ja meie puhul nad on. Esiteks on kinemaatikas reegliks ülesannete lahendamine ilma materiaalsele punktile mõjuvatele jõududele tagasi vaatamata. Me kõik teame suurepäraselt, et keha kiirendab või aeglustub, kui sellele mõjub teatud jõud. Ja kinemaatika on alajaotis, mis võimaldab teil kiirendusega opereerida. Tekkivate jõudude olemust siin aga ei arvestata. Liikumise kirjeldamiseks kasutatakse matemaatilise analüüsi meetodeid, lineaar- ja ruumigeomeetriat ningka algebra. Teatud rolli mängivad ka koordinaatide ruudustikud ja koordinaadid ise. Aga me räägime sellest veidi hiljem.
Loomise ajalugu
Esimesed kinemaatikateosed koostas suur teadlane Aristoteles. Just tema kujundas mõned selle tööstuse aluspõhimõtted. Ja kuigi tema teosed ja järeldused sisaldasid mitmeid ekslikke arvamusi ja mõtisklusi, on tema teostel tänapäeva füüsika jaoks siiski suur väärtus. Seejärel uuris Aristotelese teoseid Galileo Galilei. Ta viis läbi kuulsad katsed Pisa torniga, kui uuris keha vaba langemise seaduspärasusi. Uurinud kõike seest ja väljast, kritiseeris Galileo Aristotelese mõtisklusi ja järeldusi karmi kriitika alla. Näiteks kui viimane kirjutas, et jõud on liikumise põhjus, siis Galileo tõestas, et jõud on kiirenduse põhjus, aga mitte seda, et keha võtab üles ja hakkab liikuma ja liikuma. Aristotelese järgi sai keha kiirust omandada ainult siis, kui sellele mõjub teatud jõud. Kuid me teame, et see arvamus on ekslik, kuna seal on ühtlane translatsiooniliikumine. Seda tõestavad veel kord kinemaatika valemid. Ja liigume edasi järgmise küsimuse juurde.
Kinemaatika. Füüsika. Põhimõisted
Selles jaotises on mitmeid aluspõhimõtteid ja määratlusi. Alustame peamisest.
Mehaaniline liikumine
Tõenäoliselt proovime koolipingist välja mõelda, mida võiks pidada mehaaniliseks liigutuseks. Me tegeleme sellega iga päev, iga tund, iga sekund. Mehaanilist liikumist käsitleme protsessina, mis toimub aja jooksul ruumis, nimelt keha asendi muutumist. Samal ajal rakendatakse protsessile sageli relatiivsust, see tähendab, et nad ütlevad, et näiteks esimese keha asukoht on teise keha asukoha suhtes muutunud. Kujutagem ette, et meil on stardijoonel kaks autot. Operaatori lubadus või tuled süttivad – ja autod tõusevad õhku. Kohe alguses on juba asendivahetus. Pealegi saab sellest rääkida pik alt ja tüütult: konkurendist, stardijoonest, kindla pe altvaataja kohta. Aga võib-olla on mõte selge. Sama võib öelda kahe inimese kohta, kes lähevad kas ühes suunas või eri suundades. Iga nende asukoht teise suhtes muutub igal ajahetkel.
Võttesüsteem
Kinemaatika, füüsika – kõik need teadused kasutavad tugiraamistikuna sellist fundamentaalset mõistet. Tegelikult mängib see väga olulist rolli ja seda kasutatakse praktiliselt kõikjal. Võrdlusraamistikuga saab ühendada veel kaks olulist komponenti.
Koordinaatide ruudustik ja koordinaadid
Viimased pole midagi muud kui numbrite ja tähtede kogum. Teatud loogilisi seadeid kasutades saame koostada omaühe- või kahemõõtmeline koordinaatide ruudustik, mis võimaldab lahendada lihtsamaid probleeme, mis on seotud materiaalse punkti asukoha muutmisega teatud aja jooksul. Tavaliselt kasutatakse praktikas kahemõõtmelist koordinaatvõrku telgedega X ("x") ja Y ("y"). Kolmemõõtmelises ruumis lisab see Z-telje (“z”) ja ühemõõtmelises ruumis on ainult X. Suurtükiväelased ja skaudid töötavad sageli koordinaatidega. Ja esimest korda kohtame neid põhikoolis, kui hakkame joonistama teatud pikkusega segmente. Lõpetamine pole ju midagi muud kui koordinaatide kasutamine alguse ja lõpu tähistamiseks.
Kinemaatika 10. klass. Kogused
Materiaalse punkti kinemaatika probleemide lahendamisel kasutatavad peamised suurused on kaugus, aeg, kiirus ja kiirendus. Räägime kahest viimasest üksikasjalikum alt. Mõlemad suurused on vektorid. Teisisõnu, neil pole mitte ainult numbriline indikaator, vaid ka teatud etteantud suund. Keha liikumine toimub selles suunas, kuhu kiirusvektor on suunatud. Samas ei tohiks unustada ka kiirendusvektorit, kui tegemist on ebaühtlase liikumisega. Kiirendust saab suunata samas suunas või vastupidises suunas. Kui need on ühiselt suunatud, siis hakkab keha järjest kiiremini liikuma. Kui need on vastassuunas, aeglustub objekt, kuni see peatub. Pärast seda omandab keha kiirenduse korral vastupidise kiiruse, see tähendab, et see liigub vastassuunas. Seda kõike praktikas näitab väga-väga selgelt kinemaatika. 10. klass on just sellineperiood, mil see füüsikaosa on piisav alt avalikustatud.
Valemid
Kinemaatika valemid on nii väljundi kui ka meeldejätmise jaoks üsna lihtsad. Näiteks objekti antud aja jooksul läbitud vahemaa valem on järgmine: S=VoT + aT^2/2. Nagu näeme, on meil vasakul pool täpselt sama vahemaa. Paremal küljel leiate algkiiruse, aja ja kiirenduse. Plussmärk on ainult tingimuslik, kuna kiirendus võib objekti aeglustusprotsessi ajal võtta negatiivse skalaarväärtuse. Üldiselt eeldab liikumise kinemaatika üht tüüpi kiiruse olemasolu, me ütleme pidev alt "esialgne", "lõplik", "hetkeline". Hetkeline kiirus ilmneb teatud ajahetkel. Aga lõppude lõpuks, kui te nii arvate, pole lõplikud või algkomponendid muud kui selle konkreetsed ilmingud, eks? Teema "Kinemaatika" on ilmselt kooliõpilaste lemmik, sest see on lihtne ja huvitav.
Näited probleemidest
Kõige lihtsamas kinemaatikas on terveid väga erinevate ülesannete kategooriaid. Kõik need on ühel või teisel viisil seotud materiaalse punkti liikumisega. Näiteks mõnes on vaja kindlaks määrata keha läbitud vahemaa teatud aja jooksul. Sel juhul saab teada selliseid parameetreid nagu algkiirus ja kiirendus. Või äkki antakse õpilasele ülesanne, mis lihts alt seisneb vajaduses väljendada ja arvutada keha kiirendus. Võtame näite. Auto käivitub staatilisest asendist. Millise vahemaa jõuab ta läbida 5 sekundiga, kui tema kiirendus on kolm meetrit,jagatud sekundi ruuduga?
Selle probleemi lahendamiseks vajame valemit S=VoT + at^2/2. Me lihts alt asendame olemasolevad andmed sellega. See on kiirendus ja aeg. Pange tähele, et termin Vot läheb nulli, kuna algkiirus on null. Seega saame numbrilise vastuse 75 meetrit. See on kõik, probleem lahendatud.
Tulemused
Seega selgitasime välja aluspõhimõtted ja definitsioonid, tõime valemi näite ja rääkisime selle alajaotuse loomise ajaloost. Kinemaatika, mille kontseptsiooni võetakse kasutusele seitsmendas klassis füüsikatundides, täieneb pidev alt relativistliku (mitteklassikalise) sektsiooni raames.
