מהי קינמטיקה? זהו תת-תחום של מכניקה החוקר את השיטות המתמטיות והגיאומטריות לתיאור תנועתם של עצמים אידיאלים. הם מתחלקים למספר קטגוריות. הנושא של המאמר של היום יהיה היבטים הקשורים איכשהו למושג "קינמטיקה נקודתית". נסקור נושאים רבים, אך נתחיל עם המושגים וההסברים הבסיסיים ביותר של יישומם בתחום זה.
אילו חפצים נחשבים?
אם קינמטיקה היא ענף בפיזיקה החוקר כיצד לתאר את תנועתם של גופים במרחבים בגדלים שונים, אז צריך לפעול עם הגופים עצמם, נכון? כדי להבין במהירות מה עומד על הפרק, תוכלו למצוא שיעור מולטימדיה המיועד לתלמידים. קינמטיקה היא בדרך כלל פשוטה להבנה, אם אתה מבין את היסודות שלה. כשתכיר אותם, תשים לב שבתאוריה יש מידע שענף זה של הפיזיקה חוקר את חוקי התנועה של עצמים חומריים.נקודות. שימו לב איך ההגדרה של אובייקטים מוכללת. מצד שני, נקודות חומר אינן האובייקטים היחידים שנחשבים על ידי הקינמטיקה. ענף זה של הפיזיקה חוקר את עקרונות התנועה של גופים נוקשים לחלוטין ושל נוזלים אידיאליים. לעתים קרובות מאוד כל שלושת המושגים הללו משולבים לאחד, פשוט אומרים "אובייקטים אידיאלים". אידיאליזציה במקרה זה נחוצה עבור מוסכמות החישובים ויציאה משגיאות שיטתיות אפשריות. אם תסתכל על ההגדרה של נקודה חומרית, תבחין כי כתוב עליה: זהו גוף שניתן להזניח את מידותיו במצב המקביל. ניתן להבין זאת כך: בהשוואה למרחק שעבר, הממדים הליניאריים של העצם זניחים.
מה משמש לתיאור?
כפי שהוזכר קודם לכן, קינמטיקה היא תת-סעיף של מכניקה החוקר כיצד לתאר את התנועה של נקודה. אבל אם זה כך, האם זה אומר שצריך כמה מושגים ועקרונות בסיסיים, כמו אלה אקסיומטים, כדי לבצע פעולות כאלה? כן. ובמקרה שלנו, הם כן. ראשית, בקינמטיקה זה כלל לפתור בעיות מבלי להסתכל אחורה על הכוחות הפועלים על נקודה חומרית. כולנו יודעים היטב שגוף יאיץ או יאט אם כוח מסוים יפעל עליו. וקינמטיקה היא תת הסעיף שמאפשר לך לפעול עם תאוצה. עם זאת, טבעם של הכוחות המתעוררים אינו נחשב כאן. כדי לתאר את התנועה, נעשה שימוש בשיטות של ניתוח מתמטי, גיאומטריה ליניארית ומרחבית, וכןגם אלגברה. גם רשתות הקואורדינטות והקואורדינטות עצמן ממלאות תפקיד מסוים. אבל נדבר על זה קצת מאוחר יותר.
היסטוריית הבריאה
העבודות הראשונות על קינמטיקה חוברו על ידי המדען הגדול אריסטו. הוא זה שיצר כמה מעקרונות היסוד של התעשייה הזו. ולמרות שעבודותיו ומסקנותיו הכילו מספר דעות והרהורים שגויות, עדיין יש ליצירותיו ערך רב לפיזיקה המודרנית. יצירותיו של אריסטו נחקרו לאחר מכן על ידי גלילאו גליליי. הוא ביצע את הניסויים המפורסמים עם המגדל הנטוי של פיזה, כאשר חקר את חוקי תהליך הנפילה החופשית של הגוף. לאחר שלמד הכל מבפנים ומבחוץ, גלילאו הכניס את הרהוריו ומסקנותיו של אריסטו לביקורת נוקבת. לדוגמה, אם האחרון כתב שכוח הוא הגורם לתנועה, גלילאו הוכיח שכוח הוא הגורם לתאוצה, אבל לא שהגוף יתחיל להתנועע ולנוע. לפי אריסטו, גוף יכול לרכוש מהירות רק כשהוא נתון לכוח מסוים. אך אנו יודעים שדעה זו מוטעית, שכן ישנה תנועת תרגום אחידה. זה מוכח שוב על ידי הנוסחאות של הקינמטיקה. ונעבור לשאלה הבאה.
קינמטיקה. פיזיקה. מושגים בסיסיים
יש מספר עקרונות והגדרות יסוד בסעיף זה. נתחיל מהראשי.
תנועה מכנית
כנראה, מספסל הלימודים אנחנו מנסים להעלות את הרעיון של מה יכול להיחשב כתנועה מכנית. אנחנו עוסקים בזה מדי יום, מדי שעה, כל שנייה. נתייחס לתנועה מכנית תהליך המתרחש במרחב לאורך זמן, כלומר, שינוי במיקום הגוף. יחד עם זאת, תורת היחסות מיושמת לרוב על התהליך, כלומר אומרים שהמיקום של הגוף הראשון, למשל, השתנה ביחס למיקום השני. בואו נדמיין שיש לנו שתי מכוניות בקו הזינוק. השחרור של המפעיל או האורות נדלקים - והמכוניות ממריאות. כבר בהתחלה יש שינוי עמדה. זאת ועוד, אפשר לדבר על זה הרבה זמן ומייגע: לגבי מתחרה, לגבי קו הזינוק, לגבי צופה קבוע. אבל אולי הרעיון ברור. ניתן לומר אותו דבר על שני אנשים שהולכים או בכיוון אחד או בכיוונים שונים. המיקום של כל אחד מהם ביחס לשני משתנה בכל רגע של זמן.
מערכת הפניות
קינמטיקה, פיזיקה - כל המדעים האלה משתמשים במושג כה בסיסי כמסגרות התייחסות. למעשה, הוא ממלא תפקיד חשוב מאוד ומשמש בבעיות מעשיות כמעט בכל מקום. ניתן לחבר שני מרכיבים חשובים נוספים למסגרת ההתייחסות.
רשת קואורדינטות וקואורדינטות
האחרונים הם לא יותר מאוסף של מספרים ואותיות. באמצעות הגדרות לוגיות מסוימות, אנו יכולים להרכיב משלנורשת קואורדינטות חד מימדית או דו מימדית, שתאפשר לנו לפתור את הבעיות הפשוטות ביותר של שינוי מיקום נקודה חומרית לאורך פרק זמן נתון. בדרך כלל, בפועל, משתמשים ברשת קואורדינטות דו מימדית עם הצירים X ("x") ו-Y ("y"). במרחב התלת מימדי הוא מוסיף את ציר Z ("z") ובמרחב החד מימדי קיים רק X. תותחנים וצופים עובדים לרוב עם קואורדינטות. ולראשונה אנו פוגשים אותם בבית הספר היסודי, כאשר אנו מתחילים לצייר קטעים באורך מסוים. אחרי הכל, סיום הלימודים הוא לא יותר משימוש בקואורדינטות לציון ההתחלה והסוף.
קינמטיקה כיתה י'. כמויות
הגדלים העיקריים המשמשים בפתרון בעיות בקינמטיקה של נקודה חומרית הם מרחק, זמן, מהירות ותאוצה. בואו נדבר על השניים האחרונים ביתר פירוט. שתי הכמויות הללו הן וקטוריות. במילים אחרות, יש להם לא רק אינדיקטור מספרי, אלא גם כיוון מסוים שנקבע מראש. תנועת הגוף תתרחש בכיוון שאליו מכוון וקטור המהירות. יחד עם זאת, אין לשכוח את וקטור התאוצה אם יש לנו מקרה של תנועה לא אחידה. האצה יכולה להיות מכוונת לאותו כיוון או לכיוון ההפוך. אם הם מכוונים יחד, אז הגוף יתחיל לנוע מהר יותר ויותר. אם הם מנוגדים, אז האובייקט יאט עד שייעצר. לאחר מכן, בנוכחות האצה, הגוף ירכוש את המהירות ההפוכה, כלומר ינוע בכיוון ההפוך. כל זה בפועל מוצג בצורה מאוד מאוד ברורה על ידי הקינמטיקה. כיתה י' זה בדיוק זההתקופה שבה חלק זה של הפיזיקה נחשף מספיק.
נוסחאות
נוסחאות קינמטיקה פשוטות למדי הן עבור פלט והן עבור שינון. לדוגמה, הנוסחה למרחק שעבר אובייקט בזמן נתון היא כדלקמן: S=VoT + aT^2/2. כפי שאנו יכולים לראות, בצד שמאל יש לנו בדיוק אותו מרחק. בצד ימין, אתה יכול למצוא את המהירות ההתחלתית, הזמן והתאוצה. סימן הפלוס הוא מותנה בלבד, שכן האצה יכולה לקבל ערך סקלרי שלילי במהלך תהליך האטת האובייקט. באופן כללי, הקינמטיקה של התנועה מרמזת על קיומו של סוג אחד של מהירות, אנחנו כל הזמן אומרים "ראשוני", "סופי", "מיידי". מהירות מיידית מופיעה בנקודת זמן מסוימת. אבל אחרי הכל, אם אתה חושב כך, אז המרכיבים הסופיים או הראשוניים אינם אלא הביטויים המיוחדים שלו, נכון? הנושא "קינמטיקה" כנראה מועדף בקרב תלמידי בית הספר, כי הוא פשוט ומעניין.
דוגמאות לבעיות
בקינמטיקה הפשוטה ביותר, ישנן קטגוריות שלמות של משימות שונות מאוד. כולם קשורים בצורה כזו או אחרת לתנועה של נקודה חומרית. לדוגמה, בחלקם נדרש לקבוע את המרחק שעבר הגוף בזמן מסוים. במקרה זה, ניתן לדעת פרמטרים כמו מהירות התחלתית ותאוצה. או אולי התלמיד יקבל משימה, שתהיה מורכבת רק מהצורך לבטא ולחשב את תאוצת הגוף. בואו ניקח דוגמה. המכונית מתחילה ממצב סטטי. איזה מרחק הוא יספיק לעבור תוך 5 שניות אם התאוצה שלו תהיה שלושה מטרים,לחלק בריבוע שנייה?
כדי לפתור בעיה זו, אנו זקוקים לנוסחה S=VoT + at^2/2. אנחנו פשוט מחליפים את הנתונים הזמינים בו. זה תאוצה וזמן. שימו לב שהמונח Vot יגיע לאפס, מכיוון שהמהירות ההתחלתית היא אפס. לפיכך, אנו מקבלים תשובה מספרית של 75 מטר. זהו, הבעיה נפתרה.
תוצאות
לפיכך, הבנו את העקרונות וההגדרות הבסיסיים, נתנו דוגמה של נוסחה ודיברנו על ההיסטוריה של יצירת תת-סעיף זה. הקינמטיקה, שתפיסתה מובאת בכיתה ז' בשיעורי פיזיקה, ממשיכה להשתפר כל הזמן במסגרת הקטע הרלטיביסטי (הלא קלאסי).
