Kinematika materiálu: základní pojmy, prvky

Tématem našeho dnešního článku bude kinematika hmotného bodu. Co to je? Jaké pojmy jsou v něm zahrnuty a jaká definice je nezbytná k tomu, aby tento pojem? Na tyto a mnohé další otázky se budeme snažit.

Definice a koncepce

Kinematika hmotného bodu není ničím jiným než subsekcí fyziky nazvanou "mechanika". Na druhou stranu studuje vzory pohybů některých těl. Kinematika hmotného bodu se také zabývá tímto úkolem, ale nedělá to obecným způsobem. Tato podkapitola ve skutečnosti zkoumá metody, které nám umožňují popsat pohyb těles. V tomto případě jsou pro vyšetřování vhodné pouze tzv. Idealizované orgány. Patří sem: materiálový bod, naprosto pevné tělo a ideální plyn. Zvažte koncepce podrobněji. Všichni víme ze školní lavice, že materiálním bodem je tělo, jehož rozměry lze v této nebo té situaci zanedbávat. Mimochodem, kinematika translační pohyb materiálový bod se poprvé začíná objevovat v učebnicích sedmé třídy ve fyzice. Jedná se o nejjednodušší větev, proto je nejvhodnější začít se s pomocí vědy seznámit s vědou. Samostatným problémem jsou prvky kinematiky hmotného bodu. Existuje mnoho z nich a podmíněně je lze rozdělit do několika úrovní, které mají různou složitost pro pochopení. Pokud například mluvíme o radiusovém vektoru, pak v zásadě neexistuje nic mimořádně složitého ve své definici. Souhlasíte však s tím, že to pro studenta bude mnohem jednodušší, než pro studenta na střední nebo střední škole. A abych byl upřímný, není třeba vysvětlovat zvláštnosti tohoto termínu studentům středních škol.

Stručná historie tvorby kinematiky

Před mnoha a mnoha lety, velký Aristoteles věnoval lví podíl svého volného času studování a popisovat fyziku jako samostatná věda. Zejména působil na kinematiku a snažil se ji představit hlavní body a pojmů, tím či oním způsobem používá ve snaze řešit praktické a dokonce i světské úkoly. Aristoteles dal počáteční představu o tom, jaké jsou prvky kinematiky hmotného bodu. Jeho díla a práce jsou velmi cenné pro celé lidstvo. Nicméně ve svých závěrech, že vynaložila značné množství chyb, a věc je, že tam byly některé chyby a omyly. Díla Aristotela ve své době se začal zajímat o dalších vědců - Galileo Galilei. Jedním ze základních prací předložených Aristotleem, číst, že pohyb těla dochází pouze v případě, je-li působí nějakou silou, určuje intenzity a směru. Galileo prokázal, že je to chyba. Síla ovlivní parametr rychlosti, ale ne více. Italská ukázalo, že síla je příčinou zrychlení, a to může být pouze vzájemně s ním. Galileo také věnována značná pozornost vzdělávacího procesu volný pád, odvozovat odpovídající vzory. Pravděpodobně si každý pamatuje své slavné experimenty, které strávil na Šikmé věži v Pise. Ve svých dílech byl základ kinematických řešení používán fyzikem Ampere.

Počáteční koncepce

Jak bylo uvedeno výše, kinematika zkoumá způsoby popisu pohybu idealizovaných objektů. V tomto případě lze v praxi uplatnit základy matematické analýzy, obyčejné algebry a geometrie. Ale jaké jsou koncepty (pojmy, ne definice a parametrické hodnoty), které jsou základem této subsekce fyziky? Za prvé, každý musí jasně pochopit, že kinematika translační pohyb materiálový bod považuje pohyb bez ohledu na ukazatele síly. To znamená, že k řešení odpovídajících problémů nepotřebujeme vzorce vztahující se k síle. Nezohledňuje kinematiku, bez ohledu na to, kolik z nich - jeden, dva, tři, alespoň několik set tisíc. Nicméně existuje ještě zrychlení. V řadě problémů určuje kinematika pohybu hmotného bodu určení velikosti zrychlení. Důvody tohoto jevu (to jsou síly a jejich povaha) však nejsou zohledněny, ale jsou vynechány.

Klasifikace

Zjistili jsme, že kinematika zkoumá a aplikuje metody popisu pohybu těles bez ohledu na síly působící na ně. Mimochodem, tento úkol je již zpracován jinou podsekcí mechaniky, která se nazývá dynamika. Zde již platí Newtonovy zákony, což v praxi umožňuje určit dostatečné množství parametrů s malým počtem známých počátečních dat. Základní pojmy kinematiky materiální bod je prostor a čas. A v souvislosti s vývojem vědy obecně a v této oblasti vznikla otázka, zda je vhodná kombinace.

Od samého začátku byla klasická kinematika. Lze říci, že není jenom přítomnost jak časových, tak prostorových rozdílů, které jsou pro ni zvláštní, ale také jejich nezávislost na volbě tohoto nebo toho referenčního rámce. Mimochodem, o tom budeme později promluvit. Nyní jen vysvětlete, co je v sázce. Interval mezery v tomto případě bude považován za segment, časový interval je časový interval. Zdá se, že všechno musí být jasné. Takže tyto intervaly budou považovány za absolutní, invariantní v klasické kinematice, jinými slovy ne závisí na přechodu z jednoho referenčního rámce na jiný. Zda relativistická kinematika. V tom mohou mezery v přechodu mezi referenčními rámečky se lišit. Bylo by správnější říci, že nemohou, ale měli by pravděpodobně. Z tohoto důvodu se simultánnost dvou náhodných událostí stává relativní a podléhá zvláštní pozornosti. Proto v relativistické kinematice jsou dvě pojmy - prostor a čas - spojeny do jednoho.

Kinematika bodu materiálu: rychlost, zrychlení a další veličiny

Abychom alespoň částečně pochopili tuto dílčí část fyziky, je třeba je řídit v nejzákladnějších koncepcích, znát definice a reprezentovat to, co určité množství představuje obecně. Nic není komplikované, ve skutečnosti je vše velmi snadné a jednoduché. Pojďme zvážit, možná pro začátek, základní pojmy používané v problémech kinematiky.

Pohyb

Mechanický pohyb budeme považovat za proces, během něhož jeden nebo jiný idealizovaný objekt mění svou polohu v prostoru. Současně lze říci, že změna je relativní vůči ostatním tělům. Je také nutné vzít v úvahu skutečnost, že současně existuje určitý časový interval mezi oběma událostmi. Můžete například vybrat určitý interval, který vznikne během uplynulého času mezi tím, jak tělo přišlo z jedné pozice do druhé. Poznamenáváme také, že těla mohou a budou vzájemně spolupracovat podle obecných mechaniky. Přesně to nejvíce působí kinematika určitého materiálu. Referenčním rámcem je následující koncept, který je s ním neodmyslitelně spojen.

Souřadnice

Mohou být nazývány běžnými daty, které vám umožňují určit polohu těla najednou nebo jinou. Souřadnice jsou neoddělitelně spjaty s pojmem referenčního systému, stejně jako se sítí. Nejčastěji kombinace písmen a čísel.

Radiální vektor

Z názvu by mělo být jasné, co to je. Nicméně o tom budeme podrobněji diskutovat. Pokud se bod pohybuje po určité trajektorii a my přesně víme původ jednoho nebo jiného referenčního systému, můžeme kdykoli nakreslit vektor rádiusu. Připojí počáteční polohu bodu s okamžitým nebo konečným bodem.

Trajektorie

Bude nazývána spojitá čára, která je položena jako výsledek pohybu materiálu v určitém referenčním rámci.

Rychlost (lineární i úhlová)

To je hodnota, která vám může říci, jak rychle tělo projde tímto nebo tím vzdáleným intervalem.

Zrychlení (jak úhlové, tak lineární)

Zobrazuje, podle jakého zákona a jak rychle se změní parametr rychlosti těla.

Možná, tady jsou - hlavní prvky kinematiky hmotného bodu. Mělo by být poznamenáno, že jak rychlost, tak zrychlení jsou vektorové veličiny. A to znamená, že nemají jen orientační hodnotu, ale také určitý směr. Mimochodem, mohou být nasměrovány jak v jednom směru, tak naopak. V prvním případě se tělo urychlí, v druhém brzdí.

Nejjednodušší úkoly

Kinematika bodu materiálu (rychlost, zrychlení a vzdálenost, ve kterých jsou prakticky zásadní pojmy) nevyvolává ani obrovský počet problémů, ale mnoho z jejich různých kategorií. Pokusíme se vyřešit poměrně jednoduchý problém, abychom zjistili vzdálenost, kterou tělo cestovalo.

Předpokládejme, že podmínky, které máme k dispozici, jsou následující. Auto jezdec stojí na startovní čáře. Provozovatel vydá signál s vlajkou a vůz se náhle rozbije. Zjistěte, zda bude moci v soutěži závodníků nastavit nový rekord, pokud bude vzdálenost rovnající se sto metrů, další vůdce prošel za 7,8 sekundy. Zrychlete auto tak, aby se rovnalo 3 metry, dělené sekundou na čtverec.

Tak, jak vyřešit tento problém? Je to docela zajímavé, protože nevyžadujeme "suchou" definici určitých parametrů. Je to rozjasněné otočením a jistou situací, která diverzifikuje proces řešení a hledání indikátorů. Ale co bychom měli být vedeni dříve, než se k tomuto úkolu dostaneme?

1. Kinematika věcného bodu zahrnuje použití v tomto případě zrychlení.

2. Řešení je navrženo pomocí vzorce vzdálenosti, protože jeho číselná hodnota se objevuje v podmínkách.

Problém je řešen jednoduše. Pro tento účel použijeme vzorec vzdálenosti: S = VoT + (-) AT ^ 2/2. Jaký je význam? Musíme zjistit, jak dlouho bude jezdec projet přes stanovenou vzdálenost, a pak porovnat skóre s rekordem, aby zjistil, zda ho porazí nebo ne. Pro tento účel zvolíme čas, získáme vzorec pro něj: AT ^ 2 + 2VoT - 2S. To není nic jiného než a kvadratická rovnice. Ale auto se rozbije, což znamená, že počáteční rychlost bude 0. Při řešení rovnice se diskriminaci rovná 2400. Chcete-li najít čas, musíte extrahovat kořen. Udělejme na druhé desetinné místo: 48,98. Najděme kořen rovnice: 48.98 / 6 = 8.16 sekund. Ukazuje se, že jezdec nemůže porazit stávající záznam.