מהם המושגים הבסיסיים של קינמטיקה? מהו המדע הזה ומה הוא לומד? היום נדבר על מהי קינמטיקה, אילו מושגים בסיסיים של קינמטיקה מתקיימים במשימות ומה משמעותם. בנוסף, בואו נדבר על הכמויות שבהן אנו עוסקים לרוב.
קינמטיקה. מושגים והגדרות בסיסיות
ראשית, בואו נדבר על מה זה. אחד הקטעים הנלמדים ביותר בפיזיקה בקורס בית הספר הוא מכניקה. אחריו בסדר בלתי מוגדר ופיזיקה מולקולרית, חשמל, אופטיקה ועוד כמה ענפים, כמו, למשל, פיזיקה גרעינית ואטומית. אבל בואו נסתכל מקרוב על המכניקה. ענף זה של הפיזיקה עוסק בחקר התנועה המכנית של גופים. הוא מבסס כמה דפוסים ולומד את השיטות שלו.
קינמטיקה כחלק ממכניקה
זה האחרון מחולק לשלושה חלקים: קינמטיקה, דינמיקה וסטטיקה. לשלושת תחומי המשנה האלה, אם אפשר לקרוא להם כך, יש כמה מוזרויות. לדוגמה, סטטיקה חוקרת את הכללים לשיווי המשקל של מערכות מכניות. אסוציאציה עם מאזניים עולה מיד בראש. הדינמיקה חוקרת את חוקי התנועה של גופים, אך במקביל שמה לב לכוחות הפועלים עליהם. אבל הקינמטיקה עושה את אותו הדבר, רק כוחות לא נלקחים בחשבון. כתוצאה מכך, המסה של אותם גופים אינה נלקחת בחשבון במשימות.
מושגים בסיסיים של קינמטיקה. תנועה מכנית
הנושא במדע זה הוא נקודה מהותית. הוא מובן כגוף, אשר ממדיו, בהשוואה למערכת מכנית מסוימת, ניתן להזניח. הגוף הזה שנקרא אידיאלי דומה לגז אידיאלי, הנחשב בקטע של הפיזיקה המולקולרית. באופן כללי, למושג נקודה חומרית, הן במכניקה בכלל והן בקינמטיקה בפרט, תפקיד חשוב למדי. התנועה הנחשבת הנפוץ ביותר לתרגום.
מה זה אומר ומה זה יכול להיות?
בדרך כלל התנועות מחולקות לסיבוב ותזוזה. המושגים הבסיסיים של הקינמטיקה של תנועה תרגום קשורים בעיקר לכמויות המשמשות בנוסחאות. נדבר עליהם בהמשך, אך לעת עתה נחזור לסוג התנועה. ברור שאם אנחנו מדברים על סיבוב, אז הגוף מסתובב.בהתאם, תנועת התרגום תיקרא תנועת הגוף במישור או ליניארי.
בסיס תיאורטי לפתרון בעיות
לקינמטיקה, המושגים והנוסחאות הבסיסיות שלהן אנו שוקלים כעת, יש מספר עצום של משימות. זה מושג באמצעות הקומבינטוריקה הרגילה. שיטה אחת לגיוון כאן היא לשנות תנאים לא ידועים. ניתן להציג את אותה בעיה באור אחר פשוט על ידי שינוי מטרת הפתרון שלה. זה נדרש למצוא מרחק, מהירות, זמן, תאוצה. כפי שאתה יכול לראות, יש הרבה מאוד אפשרויות. אם נכלול כאן את התנאים של נפילה חופשית, המרחב הופך פשוט בלתי נתפס.
ערכים ונוסחאות
קודם כל, בואו נעשה הזמנה אחת. כידוע, לכמויות יכול להיות אופי כפול. מצד אחד, ערך מספרי מסוים עשוי להתאים לערך מסוים. אבל מצד שני, יכול להיות לזה גם כיוון הפצה. למשל, גל. באופטיקה אנו מתמודדים עם מושג כמו אורך גל. אבל אם יש מקור אור קוהרנטי (אותו לייזר), אז אנחנו עוסקים בקרן של גלים מקוטבים מישוריים. לפיכך, הגל יתאים לא רק לערך מספרי המציין את אורכו, אלא גם לכיוון התפשטות נתון.
דוגמה קלאסית
מקרים כאלה הם אנלוגיה במכניקה. נניח שעגלה מתגלגלת לפנינו. על ידיאופי התנועה, נוכל לקבוע את המאפיינים הווקטוריים של המהירות והתאוצה שלה. זה יהיה קצת יותר קשה לעשות זאת כאשר מתקדמים (לדוגמה, על רצפה שטוחה), אז נשקול שני מקרים: מתי העגלה מתגלגלת ומתי היא מתגלגלת.
אז בואו נדמיין שהעגלה עולה בשיפוע קל. במקרה זה, הוא יואט אם לא יפעלו עליו כוחות חיצוניים. אבל במצב הפוך, כלומר כשהעגלה תתגלגל למטה, היא תאיץ. המהירות בשני מקרים מופנית למקום שבו האובייקט נע. יש לקחת זאת ככלל. אבל תאוצה יכולה לשנות את הווקטור. בעת האטה, הוא מכוון לכיוון המנוגד לווקטור המהירות. זה מסביר את ההאטה. ניתן להחיל שרשרת לוגית דומה למצב השני.
ערכים אחרים
רק דיברנו על העובדה שבקינמטיקה הם פועלים לא רק עם כמויות סקלריות, אלא גם עם וקטוריות. עכשיו בואו ניקח את זה צעד אחד קדימה. בנוסף למהירות ותאוצה, בעת פתרון בעיות, נעשה שימוש במאפיינים כמו מרחק וזמן. אגב, המהירות מחולקת לראשונית ולמיידית. הראשון שבהם הוא מקרה מיוחד של השני. מהירות מיידית היא המהירות שניתן למצוא בכל זמן נתון. ועם האותיות, כנראה, הכל ברור.
משימה
חלק גדול מהתיאוריה נחקר על ידינו קודם לכן בפסקאות הקודמות. כעת נותר רק לתת את הנוסחאות הבסיסיות. אבל נעשה אפילו יותר טוב: לא רק נשקול את הנוסחאות, אלא גם נשתמש בהן בעת פתרון הבעיה כדילסיים את הידע הנרכש. קינמטיקה משתמשת במערך שלם של נוסחאות, המשלבות אותן, אתה יכול להשיג את כל מה שאתה צריך כדי לפתור. הנה בעיה עם שני תנאים כדי להבין זאת לחלוטין.
רוכב אופניים מאט לאחר חציית קו הסיום. לקח לו חמש שניות לעצור לחלוטין. גלה באיזו תאוצה הוא האט, וכן כמה מרחק בלימה הוא הצליח לעבור. מרחק הבלימה נחשב ליניארי, המהירות הסופית נלקחת שווה לאפס. ברגע חציית קו הסיום, המהירות הייתה 4 מטר לשנייה.
למעשה, המשימה מעניינת למדי ולא פשוטה כפי שהיא עשויה להיראות במבט ראשון. אם ננסה לקחת את נוסחת המרחק בקינמטיקה (S=Vot + (-) (ב-^ 2/2)), אז לא ייצא מזה כלום, שכן תהיה לנו משוואה עם שני משתנים. איך מתנהלים במקרה כזה? אנחנו יכולים ללכת בשתי דרכים: ראשית לחשב את התאוצה על ידי החלפת הנתונים בנוסחה V=Vo - at, או לבטא את התאוצה משם ולהחליף אותה בנוסחת המרחק. בוא נשתמש בשיטה הראשונה.
אז, המהירות הסופית היא אפס. ראשוני - 4 מטר לשנייה. על ידי העברת הכמויות המתאימות לצד שמאל וימין של המשוואה, אנו משיגים ביטוי לתאוצה. הנה: a=Vo/t. לפיכך, הוא יהיה שווה ל-0.8 מטר לשנייה בריבוע ויהיה בעל אופי בלימה.
עבור לנוסחת המרחק. אנחנו פשוט מחליפים נתונים לתוכו. אנחנו מקבלים את התשובה: מרחק העצירה הוא 10 מטרים.
