Kinematics ni nini? Hii ni sehemu ndogo ya mekanika ambayo inasoma mbinu za hisabati na kijiometri za kuelezea mwendo wa vitu vilivyoboreshwa. Wanaanguka katika makundi kadhaa. Mada ya makala ya leo itakuwa vipengele ambavyo vinahusiana kwa namna fulani na dhana ya "kinematics ya uhakika". Tutashughulikia mada nyingi, lakini tutaanza na dhana za kimsingi na maelezo ya matumizi yao katika eneo hili.
Vitu gani vinazingatiwa?
Ikiwa kinematics ni tawi la fizikia linalosoma jinsi ya kuelezea mwendo wa miili katika nafasi za ukubwa tofauti, basi unahitaji kufanya kazi na miili yenyewe, sivyo? Ili kuelewa haraka kile kilicho hatarini, unaweza kupata somo la media titika iliyoundwa kwa ajili ya wanafunzi. Kinematics kwa ujumla ni rahisi kuelewa, ikiwa unaelewa misingi yake. Unapofahamiana nao, utaona kwamba katika nadharia kuna habari kwamba tawi hili la fizikia linasoma sheria za mwendo wa vitu vya nyenzo.pointi. Angalia jinsi ufafanuzi wa vitu unavyofanywa kwa ujumla. Kwa upande mwingine, pointi za nyenzo sio vitu pekee vinavyozingatiwa na kinematics. Tawi hili la fizikia husoma kanuni za mwendo wa miili migumu kabisa na viowevu bora. Mara nyingi dhana hizi zote tatu huunganishwa kuwa moja, kwa kusema tu "vitu vilivyoboreshwa". Idealization katika kesi hii inahitajika kwa mahesabu ya mahesabu na kuondoka kwa makosa iwezekanavyo ya utaratibu. Ikiwa unatazama ufafanuzi wa hatua ya nyenzo, utaona kwamba zifuatazo zimeandikwa juu yake: hii ni mwili ambao vipimo vinaweza kupuuzwa katika hali inayofanana. Hii inaweza kueleweka kama ifuatavyo: ikilinganishwa na umbali uliosafiri, vipimo vya mstari wa kitu havikubaliki.
Ni nini kinatumika kuelezea?
Kama ilivyotajwa hapo awali, kinematics ni sehemu ndogo ya mechanics ambayo inachunguza jinsi ya kuelezea mwendo wa pointi. Lakini ikiwa hii ni hivyo, je, inamaanisha kwamba dhana na kanuni za kimsingi, kama zile za axiomatic, zinahitajika kufanya shughuli kama hizi? Ndiyo. Na kwa upande wetu, wao ni. Kwanza, katika kinematics ni sheria ya kutatua matatizo bila kuangalia nyuma kwa nguvu zinazofanya juu ya hatua ya nyenzo. Sisi sote tunajua vizuri kwamba mwili utaharakisha au kupunguza kasi ikiwa nguvu fulani itachukua hatua juu yake. Na kinematics ni kifungu kidogo ambacho hukuruhusu kufanya kazi kwa kuongeza kasi. Hata hivyo, asili ya nguvu zinazojitokeza hazizingatiwi hapa. Ili kuelezea harakati, mbinu za uchambuzi wa hisabati, jiometri ya mstari na ya anga hutumiwa, napia algebra. Gridi za kuratibu na kuratibu zenyewe pia zina jukumu fulani. Lakini tutazungumza kuhusu hili baadaye kidogo.
Historia ya Uumbaji
Kazi za kwanza za kinematics zilitungwa na mwanasayansi mahiri Aristotle. Ni yeye aliyeunda baadhi ya kanuni za kimsingi za tasnia hii. Na ingawa kazi zake na hitimisho zilikuwa na maoni na tafakari kadhaa potofu, kazi zake bado zina thamani kubwa kwa fizikia ya kisasa. Kazi za Aristotle zilisomwa baadaye na Galileo Galilei. Alifanya majaribio maarufu na Mnara wa Leaning wa Pisa, wakati alichunguza sheria za mchakato wa kuanguka bure kwa mwili. Baada ya kusoma kila kitu ndani na nje, Galileo alikosolewa vikali tafakari na hitimisho la Aristotle. Kwa mfano, ikiwa mwisho aliandika kwamba nguvu ni sababu ya mwendo, Galileo alithibitisha kwamba nguvu ni sababu ya kuongeza kasi, lakini si kwamba mwili utachukua na kuanza kusonga na kusonga. Kulingana na Aristotle, mwili unaweza kupata kasi tu wakati unakabiliwa na nguvu fulani. Lakini tunajua kwamba maoni haya ni ya makosa, kwa kuwa kuna mwendo wa kutafsiri unaofanana. Hii inathibitishwa tena na fomula za kinematics. Na tutaendelea kwa swali linalofuata.
Kinematics. Fizikia. Dhana za kimsingi
Kuna idadi ya kanuni na fasili za kimsingi katika sehemu hii. Hebu tuanze na kuu.
Harakati za mitambo
Labda, kutoka kwa benchi ya shule tunajaribu kuweka wazo la kile kinachoweza kuchukuliwa kuwa harakati za kiufundi. Tunashughulika nayo kila siku, kila saa, kila sekunde. Tutazingatia mwendo wa mitambo kama mchakato unaotokea katika nafasi baada ya muda, yaani, mabadiliko katika nafasi ya mwili. Wakati huo huo, uhusiano mara nyingi hutumiwa kwa mchakato, yaani, wanasema kwamba nafasi ya, kusema, mwili wa kwanza umebadilika kuhusiana na nafasi ya pili. Wacha tufikirie kuwa tunayo magari mawili kwenye mstari wa kuanzia. Kusonga mbele kwa opereta au taa zinawaka - na magari huondoka. Mwanzoni kabisa tayari kuna mabadiliko ya msimamo. Kwa kuongeza, unaweza kuzungumza juu ya hili kwa muda mrefu na kwa uchungu: kuhusu mshindani, kuhusu mstari wa kuanza, kuhusu mtazamaji aliyepangwa. Lakini labda wazo liko wazi. Vile vile vinaweza kusemwa juu ya watu wawili ambao huenda kwa mwelekeo mmoja au mwelekeo tofauti. Nafasi ya kila moja ikilinganishwa na nyingine hubadilika kwa kila wakati.
Mfumo wa marejeleo
Kinematiki, fizikia - sayansi hizi zote hutumia dhana ya kimsingi kama viunzi vya marejeleo. Kwa kweli, ina jukumu muhimu sana na hutumiwa katika matatizo ya vitendo karibu kila mahali. Vipengele viwili muhimu zaidi vinaweza kuunganishwa na fremu ya rejeleo.
Kuratibu gridi na kuratibu
Za mwisho si chochote zaidi ya mkusanyiko wa nambari na herufi. Kwa kutumia mipangilio fulani ya kimantiki, tunaweza kutunga yetu wenyewegridi ya kuratibu moja-dimensional au mbili-dimensional, ambayo itatuwezesha kutatua matatizo rahisi zaidi ya kubadilisha nafasi ya hatua ya nyenzo kwa muda fulani. Kawaida, katika mazoezi, gridi ya kuratibu ya pande mbili hutumiwa na axes X ("x") na Y ("y"). Katika nafasi ya tatu-dimensional, inaongeza mhimili wa Z ("z"), na katika nafasi ya moja-dimensional, ni X pekee iliyopo. Wana Artillerymen na skauti mara nyingi hufanya kazi na kuratibu. Na kwa mara ya kwanza tunakutana nao katika shule ya msingi, tunapoanza kuchora sehemu za urefu fulani. Baada ya yote, kuhitimu si chochote zaidi ya matumizi ya kuratibu kuashiria mwanzo na mwisho.
Kinematics Daraja la 10. Kiasi
Nambari kuu zinazotumika katika kutatua matatizo kwenye kinematiki ya nukta nyenzo ni umbali, wakati, kasi na kuongeza kasi. Hebu tuzungumze kuhusu mbili za mwisho kwa undani zaidi. Idadi hizi zote mbili ni vekta. Kwa maneno mengine, hawana kiashiria cha nambari tu, lakini pia mwelekeo fulani uliotanguliwa. Harakati ya mwili itatokea kwa mwelekeo ambao vector ya kasi inaelekezwa. Wakati huo huo, mtu asipaswi kusahau kuhusu vector ya kuongeza kasi ikiwa tuna kesi ya harakati zisizo sawa. Kuongeza kasi kunaweza kuelekezwa kwa mwelekeo sawa au kwa mwelekeo tofauti. Ikiwa zinaelekezwa kwa ushirikiano, basi mwili utaanza kusonga kwa kasi na kwa kasi. Ikiwa wao ni kinyume, basi kitu kitapungua hadi kitaacha. Baada ya hayo, mbele ya kuongeza kasi, mwili utapata kasi ya kinyume, yaani, itahamia kinyume chake. Haya yote katika mazoezi yanaonyeshwa wazi sana na kinematics. Darasa la 10 ni hilo tukipindi ambacho sehemu hii ya fizikia imefichuliwa vya kutosha.
Mfumo
Fomula za kinematics ni rahisi sana kwa kutoa na kwa kukariri. Kwa mfano, fomula ya umbali unaosafirishwa na kitu katika muda fulani ni kama ifuatavyo: S=VoT + aT^2/2. Kama tunavyoona, upande wa kushoto tuna umbali sawa. Kwa upande wa kulia, unaweza kupata kasi ya awali, wakati na kuongeza kasi. Ishara ya pamoja ni masharti tu, kwani kuongeza kasi kunaweza kuchukua thamani hasi ya scalar wakati wa mchakato wa kupungua kwa kitu. Kwa ujumla, kinematics ya mwendo inamaanisha kuwepo kwa aina moja ya kasi, tunasema mara kwa mara "awali", "mwisho", "papo hapo". Kasi ya papo hapo inaonekana kwa wakati fulani. Lakini baada ya yote, ikiwa unafikiri hivyo, basi vipengele vya mwisho au vya awali sio chochote lakini maonyesho yake maalum, sawa? Mada "Kinematics" huenda inapendwa zaidi na watoto wa shule, kwa sababu ni rahisi na ya kuvutia.
Mifano ya matatizo
Katika kinematiki rahisi zaidi, kuna kategoria nzima za kazi tofauti sana. Wote wameunganishwa kwa njia moja au nyingine na harakati ya hatua ya nyenzo. Kwa mfano, katika baadhi inahitajika kuamua umbali uliosafirishwa na mwili kwa wakati fulani. Katika kesi hii, vigezo kama vile kasi ya awali na kuongeza kasi vinaweza kujulikana. Au labda mwanafunzi atapewa kazi, ambayo itajumuisha tu haja ya kueleza na kuhesabu kasi ya mwili. Hebu tuchukue mfano. Gari huanza kutoka kwa msimamo tuli. Atakuwa na umbali gani wa kufunika katika sekunde 5 ikiwa kuongeza kasi yake ni mita tatu,imegawanywa kwa mraba wa pili?
Ili kutatua tatizo hili, tunahitaji fomula S=VoT + katika ^2/2. Tunabadilisha tu data inayopatikana ndani yake. Ni kuongeza kasi na wakati. Kumbuka kwamba neno Vot litaenda hadi sifuri, kwa kuwa kasi ya awali ni sifuri. Kwa hivyo, tunapata jibu la nambari la mita 75. Ni hayo tu, tatizo limetatuliwa.
matokeo
Kwa hivyo, tuligundua kanuni na fasili za kimsingi, tukatoa mfano wa fomula na tukazungumza kuhusu historia ya kuundwa kwa kifungu hiki kidogo. Kinematiki, dhana ambayo inaanzishwa katika darasa la saba katika masomo ya fizikia, inaendelea kuboreshwa kila mara ndani ya mfumo wa sehemu ya uhusiano (isiyo ya classical).
