Kinematics ni nini? Kwa mara ya kwanza, wanafunzi wa shule ya upili huanza kufahamiana na ufafanuzi wake katika masomo ya fizikia. Mechanics (kinematics ni moja ya matawi yake) yenyewe inajumuisha sehemu kubwa ya sayansi hii. Kawaida huwasilishwa kwa wanafunzi kwanza katika vitabu vya kiada. Kama tulivyosema, kinematics ni sehemu ndogo ya mechanics. Lakini kwa kuwa tunamzungumzia, hebu tuzungumze kuhusu hili kwa undani zaidi.
Mekaniki kama sehemu ya fizikia
Neno "mechanics" lenyewe lina asili ya Kigiriki na hutafsiriwa kihalisi kama sanaa ya mashine za ujenzi. Katika fizikia, inachukuliwa kuwa sehemu ambayo inasoma harakati za kinachojulikana kama miili ya nyenzo na sisi katika nafasi za ukubwa tofauti (ambayo ni, harakati inaweza kutokea katika ndege moja, kwenye gridi ya kuratibu ya masharti, au katika nafasi ya tatu-dimensional.) Utafiti wa mwingiliano kati ya vidokezo vya nyenzo ni moja ya kazi ambazo mechanics hufanya (kinematics ni ubaguzi kwa sheria hii, kwani inajishughulisha na modeli na kuchambua hali mbadala bila kuzingatia athari za vigezo vya nguvu). Pamoja na haya yote, ni lazima ieleweke kwamba tawi sambamba ya fizikiaina maana kwa harakati mabadiliko katika nafasi ya mwili katika nafasi baada ya muda. Ufafanuzi huu hautumiki tu kwa vidokezo au miili kwa ujumla, lakini pia kwa sehemu zao.
Dhana ya kinematiki
Jina la sehemu hii ya fizikia pia lina asili ya Kigiriki na hutafsiriwa kihalisi kama "sogea". Kwa hivyo, tunapata jibu la awali, ambalo halijaundwa kweli kwa swali la kinematics ni nini. Katika kesi hii, tunaweza kusema kwamba sehemu hiyo inasoma njia za hesabu za kuelezea aina fulani za mwendo wa miili iliyoboreshwa moja kwa moja. Tunazungumza juu ya kinachojulikana miili thabiti kabisa, juu ya vinywaji bora, na, kwa kweli, juu ya vidokezo vya nyenzo. Ni muhimu kukumbuka kuwa wakati wa kutumia maelezo, sababu za harakati hazizingatiwi. Hiyo ni, vigezo kama vile uzito wa mwili au nguvu inayoathiri asili ya harakati zake hazizingatiwi.
Misingi ya kinematics
Zinajumuisha dhana kama vile wakati na nafasi. Kama moja ya mifano rahisi zaidi, tunaweza kutaja hali ambapo, sema, sehemu ya nyenzo inasonga kwenye mduara wa radius fulani. Katika kesi hii, kinematics itahusisha uwepo wa lazima wa idadi kama vile kuongeza kasi ya centripetal, ambayo inaelekezwa kando ya vector kutoka kwa mwili yenyewe hadi katikati ya duara. Hiyo ni, vector ya kuongeza kasi wakati wowote itafanana na radius ya mduara. Lakini hata katika kesi hii (nacentripetal acceleration) kinematics haitaonyesha asili ya nguvu iliyosababisha kuonekana. Hivi tayari ni vitendo ambavyo mienendo huchanganua.
Kinematics ni kama nini?
Kwa hivyo, sisi, kwa kweli, tulitoa jibu la kinematics ni nini. Ni tawi la mechanics ambalo husoma jinsi ya kuelezea mwendo wa vitu vilivyoboreshwa bila kusoma vigezo vya nguvu. Sasa hebu tuzungumze juu ya nini kinematics inaweza kuwa. Aina yake ya kwanza ni classical. Ni desturi kuzingatia sifa kamili za anga na za muda za aina fulani ya harakati. Katika jukumu la wa kwanza, urefu wa makundi huonekana, katika jukumu la mwisho, vipindi vya muda. Kwa maneno mengine, tunaweza kusema kwamba vigezo hivi vinasalia huru na chaguo la mfumo wa marejeleo.
Relativist
Aina ya pili ya kinematiki ni relativitiki. Ndani yake, kati ya matukio mawili yanayofanana, sifa za muda na anga zinaweza kubadilika ikiwa mpito hufanywa kutoka kwa sura moja ya kumbukumbu hadi nyingine. Wakati huo huo wa asili ya matukio mawili katika kesi hii pia huchukua tabia ya jamaa pekee. Katika aina hii ya kinematics, dhana mbili tofauti (na tunazungumza juu ya nafasi na wakati) huunganishwa kuwa moja. Ndani yake, kiasi, ambacho kwa kawaida huitwa muda, huwa kigeugeu chini ya mabadiliko ya Lorentzian.
Historia ya uundaji wa kinematiki
Sisiimeweza kuelewa dhana na kutoa jibu kwa swali la kinematics ni nini. Lakini ni nini historia ya kuibuka kwake kama sehemu ndogo ya mechanics? Hili ndilo tunalohitaji kulizungumzia sasa. Kwa muda mrefu, dhana zote za kifungu hiki zilitegemea kazi ambazo ziliandikwa na Aristotle mwenyewe. Walikuwa na taarifa muhimu kwamba kasi ya mwili wakati wa kuanguka ni sawa sawa na kiashiria cha nambari cha uzito wa mwili fulani. Pia ilitajwa kuwa sababu ya harakati hiyo ni nguvu moja kwa moja, na ikiwa haipo, hakuwezi kuwa na mazungumzo ya harakati yoyote.
Majaribio ya Galileo
Mwanasayansi maarufu Galileo Galilei alipendezwa na kazi za Aristotle mwishoni mwa karne ya kumi na sita. Alianza kusoma mchakato wa kuanguka bure kwa mwili. Inaweza kutajwa majaribio yake kwenye Mnara Ulioegemea wa Pisa. Mwanasayansi pia alisoma mchakato wa inertia ya miili. Mwishowe, Galileo alifaulu kuthibitisha kwamba Aristotle alikosea katika kazi zake, na akafanya maamuzi kadhaa yenye makosa. Katika kitabu sambamba, Galileo alieleza matokeo ya kazi iliyofanywa na ushahidi wa uwongo wa hitimisho la Aristotle.
Kinematics ya kisasa sasa inachukuliwa kuwa ilianzia Januari 1700. Kisha Pierre Varignon alizungumza mbele ya Chuo cha Sayansi cha Ufaransa. Pia alileta dhana za kwanza za kuongeza kasi na kasi, kuandika na kuzielezea kwa fomu tofauti. Baadaye kidogo, Ampere pia alizingatia mawazo fulani ya kinematic. Katika karne ya kumi na nane alitumia katika kinematics kinachojulikanahesabu tofauti. Nadharia maalum ya uhusiano, iliyoundwa hata baadaye, ilionyesha kuwa nafasi, kama wakati, sio kamili. Wakati huo huo, ilielezwa kuwa kasi inaweza kuwa mdogo. Ni misingi hii iliyochochea kinematiki kuendelezwa ndani ya mfumo na dhana za kinachojulikana kama mechanics ya uhusiano.
Dhana na idadi inayotumika katika sehemu ya
Misingi ya kinematics ni pamoja na idadi kadhaa ambayo hutumiwa sio tu kwa maneno ya kinadharia, lakini pia hufanyika katika fomula za vitendo zinazotumika katika uundaji wa mfano na kutatua anuwai fulani ya shida. Wacha tufahamiane na idadi na dhana hizi kwa undani zaidi. Wacha tuanze na za mwisho.
1) Mwendo wa mitambo. Inafafanuliwa kama mabadiliko katika nafasi ya anga ya mwili fulani ulioboreshwa unaohusiana na wengine (alama za nyenzo) wakati wa kubadilisha muda wa wakati. Wakati huo huo, miili ambayo imetajwa ina nguvu zinazolingana za mwingiliano kati yao.
2) Mfumo wa marejeleo. Kinematics, ambayo tulifafanua hapo awali, inategemea matumizi ya mfumo wa kuratibu. Uwepo wa tofauti zake ni mojawapo ya hali muhimu (hali ya pili ni matumizi ya vyombo au njia za kupima muda). Kwa ujumla, muundo wa marejeleo ni muhimu kwa maelezo ya mafanikio ya aina moja au nyingine ya harakati.
3) Viratibu. Kwa kuwa kiashiria cha kufikiria cha masharti, kilichounganishwa bila usawa na dhana ya hapo awali (sura ya kumbukumbu), kuratibu sio chochote zaidi ya njia ambayo nafasi ya mwili boranafasi. Katika kesi hii, nambari na wahusika maalum zinaweza kutumika kwa maelezo. Viwianishi mara nyingi hutumiwa na maskauti na washika bunduki.
4) Vekta ya kipenyo. Hii ni kiasi cha kimwili ambacho hutumiwa katika mazoezi ili kuweka nafasi ya mwili unaofaa kwa jicho kwa nafasi ya awali (na si tu). Kwa ufupi, hatua fulani inachukuliwa na imewekwa kwa mkusanyiko. Mara nyingi hii ndiyo asili ya kuratibu. Kwa hivyo, baada ya hayo, wacha tuseme, mwili ulioboreshwa kutoka kwa hatua hii huanza kusonga kando ya trajectory ya bure ya kiholela. Kwa wakati wowote, tunaweza kuunganisha nafasi ya mwili na asili, na mstari wa moja kwa moja unaotokana hautakuwa chochote zaidi ya vekta ya radius.
5) Sehemu ya kinematics inatumia dhana ya trajectory. Ni mstari wa kawaida unaoendelea, ambao huundwa wakati wa harakati ya mwili unaofaa wakati wa harakati za bure za kiholela katika nafasi ya ukubwa tofauti. Njia, mtawalia, inaweza kuwa ya mstatili, ya mviringo na iliyovunjika.
6) Kinematiki ya mwili imeunganishwa kwa njia isiyoweza kutenganishwa na kiasi halisi kama vile kasi. Kwa kweli, hii ni idadi ya vector (ni muhimu sana kukumbuka kuwa wazo la idadi ya scalar inatumika kwake tu katika hali za kipekee), ambayo itaonyesha kasi ya mabadiliko katika nafasi ya mwili ulioboreshwa. Inachukuliwa kuwa vector kutokana na ukweli kwamba kasi huweka mwelekeo wa harakati inayoendelea. Ili kutumia dhana, lazima utumie kiunzi cha marejeleo, kama ilivyotajwa awali.
7) Kinematiki, ufafanuzi wake unaelezea kuhusukwamba haizingatii sababu zinazosababisha harakati, katika hali fulani pia inazingatia kuongeza kasi. Pia ni wingi wa vekta, ambayo inaonyesha jinsi vekta ya kasi ya mwili bora itabadilika kwa mabadiliko mbadala (sambamba) katika kitengo cha wakati. Kujua wakati huo huo mwelekeo ambao vectors zote mbili - kasi na kasi - zinaelekezwa, tunaweza kusema juu ya asili ya harakati za mwili. Inaweza kuharakishwa kwa usawa (vekta ni sawa) au polepole sawasawa (vekta ziko katika mwelekeo tofauti).
8) Kasi ya angular. Kiasi kingine cha vekta. Kimsingi, ufafanuzi wake unalingana na ule unaofanana ambao tulitoa hapo awali. Kwa kweli, tofauti pekee ni kwamba kesi iliyozingatiwa hapo awali ilitokea wakati wa kusonga kwenye trajectory ya rectilinear. Hapa tuna mwendo wa mviringo. Inaweza kuwa duara safi, na duaradufu. Dhana sawa imetolewa kwa ajili ya kuongeza kasi ya angular.
Fizikia. Kinematics. Mifumo
Ili kutatua matatizo ya vitendo yanayohusiana na kinematics ya miili bora, kuna orodha nzima ya fomula mbalimbali. Wanakuwezesha kuamua umbali uliosafiri, mara moja, kasi ya mwisho ya awali, wakati ambapo mwili umepita hii au umbali huo, na mengi zaidi. Kesi tofauti ya maombi (ya faragha) ni hali zilizo na hali ya kuanguka bure kwa mwili. Ndani yao, kuongeza kasi (inayoonyeshwa na herufi a) inabadilishwa na kuongeza kasi ya mvuto (herufi g, kwa nambari ni 9.8 m/s^2).
Kwa hivyo tuligundua nini? Fizikia - kinematics (mbinu zakeinayotokana na mtu mwingine) - sehemu hii inatumika kuelezea harakati za miili bora bila kuzingatia vigezo vya nguvu ambavyo huwa sababu za harakati zinazolingana. Msomaji anaweza daima kufahamiana na mada hii kwa undani zaidi. Fizikia (mada "kinematics") ni muhimu sana, kwani ndiyo inayotoa dhana za kimsingi za mechanics kama sehemu ya kimataifa ya sayansi inayolingana.
