Jaké jsou základní pojmy kinematiky? Co je to za vědu a co studuje? Dnes si povíme, co je to kinematika, jaké základní pojmy kinematiky se v úlohách odehrávají a co znamenají. Kromě toho si povíme o množstvích, která nejčastěji řešíme.
Kinematika. Základní pojmy a definice
Nejprve si promluvme o tom, co to je. Jednou z nejvíce studovaných částí fyziky ve školním kurzu je mechanika. Následuje v neurčitém pořadí molekulární fyzika, elektřina, optika a některé další obory, jako je například jaderná a atomová fyzika. Pojďme se ale blíže podívat na mechaniku. Tento obor fyziky se zabývá studiem mechanického pohybu těles. Stanovuje některé vzorce a studuje své metody.
Kinematika jako součást mechaniky
Ten druhý je rozdělen do tří částí: kinematika, dynamika a statika. Tyto tři podvědy, pokud je tak lze nazvat, mají určité zvláštnosti. Statika například studuje pravidla pro rovnováhu mechanických soustav. Okamžitě se mi vybaví asociace se šupinami. Dynamika studuje zákonitosti pohybu těles, ale zároveň si všímá sil, které na ně působí. Ale kinematika dělá totéž, jen se neberou v úvahu síly. V důsledku toho se v úkolech nebere v úvahu hmotnost stejných těles.
Základní pojmy kinematiky. Mechanický pohyb
Předmětem této vědy je hmotný bod. Rozumí se jím těleso, jehož rozměry lze ve srovnání s určitým mechanickým systémem zanedbat. Toto takzvané idealizované těleso je podobné ideálnímu plynu, o kterém se uvažuje v sekci molekulární fyziky. Obecně platí, že pojem hmotný bod, jak v mechanice obecně, tak v kinematice zvláště, hraje dosti důležitou roli. Nejčastěji považovaný za tzv. translační pohyb.
Co to znamená a co by to mohlo být?
Pohyby se obvykle dělí na rotační a translační. Základní pojmy kinematiky translačního pohybu souvisí především s veličinami použitými ve vzorcích. Budeme o nich mluvit později, ale vraťme se zatím k typu pohybu. Je jasné, že pokud se bavíme o rotačním, tak se tělo točí. Podle toho se translační pohyb nazývá pohyb těla v rovině nebo lineárně.
Teoretický základ pro řešení problémů
Kinematika, jejíž základní pojmy a vzorce nyní zvažujeme, má obrovské množství úkolů. Toho je dosaženo pomocí obvyklé kombinatoriky. Jednou z metod diverzity je změnit neznámé podmínky. Jeden a tentýž problém může být prezentován v jiném světle pouhou změnou účelu jeho řešení. Je potřeba najít vzdálenost, rychlost, čas, zrychlení. Jak vidíte, možností je celá řada. Pokud sem zahrneme podmínky volného pádu, prostor se stane jednoduše nepředstavitelným.
Hodnoty a vzorce
Za prvé, udělejme jednu rezervaci. Jak je známo, množství mohou mít dvojí povahu. Na jedné straně může určitá číselná hodnota odpovídat určité hodnotě. Ale na druhou stranu může mít i směr distribuce. Například vlna. V optice se setkáváme s takovým pojmem, jako je vlnová délka. Ale pokud existuje koherentní zdroj světla (stejný laser), pak máme co do činění s paprskem rovinně polarizovaných vln. Vlna tedy bude odpovídat nejen číselné hodnotě udávající její délku, ale také danému směru šíření.
Klasický příklad
Takové případy jsou analogií v mechanice. Řekněme, že se před námi valí vozík. Podlecharakter pohybu, můžeme určit vektorové charakteristiky jeho rychlosti a zrychlení. Při pohybu vpřed (například na rovné podlaze) to bude trochu obtížnější, takže budeme uvažovat dva případy: když se vozík kutálí nahoru a když se kutálí dolů.
Představme si, že vozík jede mírně nahoru. V tomto případě se zpomalí, pokud na něj nepůsobí žádné vnější síly. Ale v opačné situaci, totiž když vozík sjede dolů, zrychlí. Rychlost je ve dvou případech směrována tam, kde se objekt pohybuje. To je třeba brát jako pravidlo. Ale zrychlení může změnit vektor. Při zpomalování je směrován v opačném směru, než je vektor rychlosti. To vysvětluje zpomalení. Podobný logický řetězec lze aplikovat na druhou situaci.
Jiné hodnoty
Právě jsme mluvili o tom, že v kinematice se operuje nejen se skalárními veličinami, ale také s vektorovými. Pojďme to udělat ještě o krok dále. Kromě rychlosti a zrychlení se při řešení problémů používají takové charakteristiky, jako je vzdálenost a čas. Mimochodem, rychlost se dělí na počáteční a okamžitou. První z nich je zvláštním případem toho druhého. Okamžitá rychlost je rychlost, kterou lze nalézt v daném okamžiku. A s iniciálou je pravděpodobně vše jasné.
Úkol
Velkou část teorie jsme studovali dříve v předchozích odstavcích. Nyní zbývá pouze uvést základní vzorce. Ale uděláme to ještě lépe: vzorce nejen zvážíme, ale také je použijeme při řešení problému, abychom na todokončit získané znalosti. Kinematika používá celou sadu vzorců, jejichž kombinací můžete dosáhnout všeho, co potřebujete vyřešit. Zde je problém se dvěma podmínkami, abyste to úplně pochopili.
Cyklista po projetí cílem zpomalí. Trvalo mu pět sekund, než se úplně zastavil. Zjistěte, s jakou akcelerací zpomalil, a také to, jakou brzdnou dráhu dokázal ujet. Brzdná dráha se považuje za lineární, konečná rychlost se bere rovna nule. V okamžiku projetí cílem byla rychlost 4 metry za sekundu.
Ve skutečnosti je to úkol docela zajímavý a není tak jednoduchý, jak by se na první pohled mohlo zdát. Pokud se pokusíme vzít vzorec vzdálenosti v kinematice (S=Vot + (-) (při ^ 2/2)), nic z toho nebude, protože budeme mít rovnici se dvěma proměnnými. Jak v takovém případě postupovat? Můžeme jít dvěma způsoby: nejprve vypočítat zrychlení dosazením dat do vzorce V=Vo - at, nebo zrychlení vyjádřit odtud a dosadit do vzorce vzdálenosti. Použijme první metodu.
Takže konečná rychlost je nulová. Počáteční - 4 metry za sekundu. Přenesením odpovídajících veličin na levou a pravou stranu rovnice docílíme výrazu pro zrychlení. Tady je: a=Vo/t. Bude se tedy rovnat 0,8 metru za sekundu na druhou a bude mít brzdný charakter.
Přejděte na vzorec vzdálenosti. Jednoduše do něj dosadíme data. Dostáváme odpověď: brzdná dráha je 10 metrů.
