Cinematica unui punct material: concepte de bază, elemente

Tema prezentului nostru articol va fi cinematica punctului material. Ce este asta? Ce concepte sunt incluse în ea și ce definiție este necesară pentru a da acest termen? Vom încerca să răspundem la aceste și la multe alte întrebări astăzi.

Definiție și concept

Cinematica unui punct material nu este decât o subsecțiune a fizicii numită "mecanică". Ea, la rândul ei, studiază tiparele mișcării anumitor corpuri. Cinematica unui punct material se ocupă și de această sarcină, dar nu face acest lucru într-un mod general. De fapt, această sub-secțiune studiază metode care ne permit să descriem mișcarea corpurilor. În acest caz, numai așa-numitele organisme idealizate sunt potrivite pentru investigație. Acestea includ: un punct material, un corp absolut solid și un gaz ideal. Luați în considerare conceptele în detaliu. Știm cu toții de la banca școlii că un punct material este un organism ale cărui dimensiuni pot fi neglijate în această sau în această situație. Apropo, cinematica mișcare de translație materialul pentru prima dată începe să apară în manualele clasei a șaptea în fizică. Aceasta este cea mai simplă ramură, de aceea este foarte convenabil să începeți cunoștința cu știința cu ajutorul ei. O problemă separată este care sunt elementele cinematicii punctului material. Există o mulțime de ele și, condițional, ele pot fi împărțite în mai multe niveluri, având o complexitate diferită de înțelegere. Dacă vorbim, de exemplu, despre vectorul de rază, atunci, în principiu, nu există nimic extraordinar de complex în definiția sa. Cu toate acestea, veți fi de acord că va fi mult mai ușor pentru un student să o înțeleagă decât pentru un student dintr-o liceu sau liceu. Și pentru a fi sincer, nu este nevoie să explicăm particularitățile acestui termen elevilor de liceu.

O scurtă istorie a creării cinematicii

în urmă cu mulți, mulți ani, marele Aristotel dedicat partea leului din timpul său liber studiind și descriind fizica ca o știință separată. În special, el a lucrat la cinematica, încercând să-l prezinte principalele puncte și concepte, un fel sau altul folosite în încercările de a rezolva sarcini practice și chiar banale. Aristotel a dat ideea inițială despre elementele cinematice ale punctului material. Lucrările și lucrările sale sunt foarte valoroase pentru întreaga omenire. Cu toate acestea, în concluziile sale, el a făcut un număr considerabil de greșeli și sa datorat anumitor erori și greșelilor. Lucrarea lui Aristotel la un moment dat era interesată de un alt om de știință - Galileo Galilei. Una dintre tezele fundamentale invocate de Aristotel, citit că mișcarea corpului are loc numai în cazul în cazul în care este acționat de o forță, determinată de intensitatea și direcția. Galileo a demonstrat că este o greșeală. Forța va afecta parametrul de viteză, dar nu mai mult. Italianul a arătat că forța este cauza accelerării și că ea poate apărea doar în relație cu ea. De asemenea, Galileo Galileo a acordat o atenție considerabilă studiului procesului cădere liberă, deducând modelele corespunzătoare. Probabil că toată lumea își amintește despre experimentele celebre pe care le-a petrecut pe Turnul înclinat din Pisa. În lucrările sale, baza soluțiilor cinematice a fost folosită de fizicianul Ampere.

Concepte inițiale

După cum sa afirmat mai devreme, cinematica studiază căi de a descrie mișcarea obiectelor idealizate. În acest caz, în practică, pot fi aplicate elementele de bază ale analizei matematice, algebrelor obișnuite și geometriei. Dar care sunt conceptele (conceptele, nu definițiile și valorile parametrice) care stau la baza acestei subsecțiuni a fizicii? În primul rând, toată lumea trebuie să înțeleagă clar că cinematica mișcare de translație punctul material consideră că mișcarea nu are în vedere indicatorii de forță. Asta este, pentru a rezolva problemele corespunzătoare, nu avem nevoie de formule legate de forță. Nu ia în considerare cinematica, indiferent câte ele - una, două, trei, cel puțin câteva sute de mii. Cu toate acestea, existența accelerării este încă asigurată. Într-o serie de probleme, cinematica mișcării unui punct material dictează determinarea amplorii accelerației. Cu toate acestea, motivele pentru acest fenomen (și anume, forțele și natura lor) nu sunt luate în considerare, ci sunt omise.

clasificare

Am descoperit că cinematica investighează și aplică metode de descriere a mișcării corpurilor, indiferent de forțele care acționează asupra lor. De altfel, această sarcină este deja tratată de o altă subsecțiune a mecanicii, care se numește dinamică. Aici se aplică deja Legile lui Newton, care permit în practică să se determine suficient de mulți parametri cu un număr mic de date inițiale cunoscute. Concepte de bază ale cinematicii punctul material este spațiul și timpul. Și în legătură cu dezvoltarea științei în general și în acest domeniu a apărut întrebarea cu privire la oportunitatea utilizării unei astfel de combinații.

De la început, a existat o cinematică clasică. Putem spune că este specific, nu numai prezența ambelor decalaje temporale și spațiale, dar ele sunt independente de alegerea unui anumit cadru de referință. Apropo, vom vorbi despre asta mai târziu. Acum explicați doar ce este în joc. Intervalul de spațiu în acest caz va fi considerat un segment, intervalul de timp fiind intervalul de timp. Se pare că totul ar trebui să fie clar. Acum, aceste lacune vor fi luate în considerare în cinematica clasice absolut invariante, cu alte cuvinte, independent de trecerea de la un cadru la altul. Fie cinematic relativist. În ea, diferențele în tranziția dintre cadrele de referință pot varia. Ar fi mai corect să spunem că nu pot, dar ar trebui, probabil. Din acest motiv, simultaneitatea a două evenimente aleatorii devine relativă și este supusă unei atenții speciale. De aceea, în kinematica relativistă, două concepte - spațiu și timp - sunt combinate într-una.

Cinematica punctului material: viteza, accelerația și alte cantități

Pentru a înțelege cel puțin puțin din această subsecțiune a fizicii, este necesar să ne ghidăm în cele mai elementare concepte, să cunoaștem definițiile și să reprezentăm ceea ce reprezintă o anumită cantitate în termeni generali. Nimic nu este complicat în acest sens, de fapt, totul este foarte simplu și simplu. Să luăm în considerare, probabil, pentru început conceptele de bază folosite în problemele de cinematică.

mișcare

Mișcarea mecanică va lua în considerare un proces în cursul căruia unul sau alt obiect idealizat și-a schimbat poziția în spațiu. În același timp, se poate spune că schimbarea este relativă la alte organisme. De asemenea, este necesar să se ia în considerare faptul că simultan există un anumit interval de timp între cele două evenimente. De exemplu, puteți selecta un anumit interval, format în timpul scurs între modul în care corpul a venit de la o poziție la alta. De asemenea, observăm că organismele pot și vor interacționa între ele în conformitate cu legile generale ale mecanicii. Acesta este exact ceea ce operează cel mai adesea cinematica unui punct material. Cadrul de referință este următorul concept, care este legat în mod indisolubil de acesta.

coordonatele

Ele pot fi numite date obișnuite, care vă permit să determinați poziția corpului la un moment dat sau altul. Coordonatele sunt legate în mod inextricabil de noțiunea de sistem de referință, precum și de o rețea. Cel mai adesea o combinație de litere și cifre.

Radius vector

Din numele ar trebui să fie deja clar ce este. Cu toate acestea, vom discuta acest lucru în detaliu. Dacă un punct se mișcă de-a lungul unei anumite traiectorii și știm exact originea unuia sau a altui sistem de referință, atunci putem trage un vector de rază în orice moment. Acesta va conecta poziția inițială a punctului cu punctul instantaneu sau final.

cale

Se va numi o linie continuă, care este pusă ca urmare a mișcării unui punct material într-un anumit cadru de referință.

Viteza (atât liniară cât și unghiulară)

Aceasta este o valoare care vă poate spune cât de repede corpul trece acest interval sau acel interval de distanță.

Accelerația (atât unghiulară cât și liniară)

Afișează, prin ce lege și cât de repede se schimbă parametrul de viteză al corpului.

Poate că aici sunt elementele principale ale cinematicii punctului material. Trebuie remarcat faptul că atât viteza cât și accelerația sunt vectori. Și aceasta înseamnă că nu au doar o valoare orientativă, ci și o anumită direcție. Apropo, ele pot fi îndreptate atât într-o direcție, cât și în opusul sensului. În primul caz, corpul va accelera, în al doilea - de a frâna.

Cele mai simple sarcini

Cinematica unui punct material (viteză, accelerație și distanța care este de aproape conceptele fundamentale) nu are nici măcar faptul că un număr foarte mare de probleme, și multe dintre ele în diferite categorii. Să încercăm să rezolvăm o problemă destul de simplă pentru a determina distanța parcursă de corp.

Să presupunem că condițiile pe care le avem la dispoziție sunt următoarele. Mașina călărețului se află pe linia de start. Operatorul dă un semnal cu un steag, iar mașina se rupe brusc din locul său. Determină dacă va fi capabil să stabilească un nou record în competiția concurenților, dacă distanța egală cu o sută de metri, următorul lider a trecut în 7,8 secunde. Accelerați mașina până la 3 metri, împărțită cu o secundă într-un pătrat.

Deci, cum să rezolve această problemă? Este destul de interesant, pentru că nu avem nevoie de o definiție "uscată" a anumitor parametri. Se luminează prin schimbări și o anumită situație, care diversifică procesul de rezolvare și de căutare a indicatorilor. Dar ce ar trebui să fim ghidat înainte de a ne apropia de sarcină?

1. Cinematica punctului material implică utilizarea în acest caz a accelerației.

2. Se propune o soluție folosind formula de distanță, deoarece valoarea numerică apare în condiții.

Problema este rezolvată pur și simplu. Pentru aceasta, se ia formula de distanta: S = VoT + (-) AT ^ 2/2. Care este sensul? Trebuie să aflăm cât timp călărețul va trece prin distanța desemnată și apoi să compare scorul cu înregistrarea pentru a vedea dacă îl va bate sau nu. În acest scop, selectăm timpul, obținem o formulă pentru el: AT ^ 2 + 2VoT - 2S. Nu este nimic mai mult decât a ecuația patratică. Dar mașina se desprinde, ceea ce înseamnă că viteza inițială va fi 0. Când rezolvăm ecuația, diferențiatorul va fi egal cu 2400. Pentru a găsi timpul, trebuie să extrageți rădăcina. Să facem până la a doua zecimală: 48,98. Să găsim rădăcina ecuației: 48.98 / 6 = 8.16 secunde. Se pare că călărețul nu poate să învingă înregistrarea existentă.