Was ist Kinematik? Abschnitt der Mechanik, Studium der mathematischen Beschreibung der Bewegung der idealisierten Körper

Was ist Kinematik? Mit seiner Definition beginnen zum ersten Mal die Schüler der Oberschulen im physischen Unterricht, sich kennenzulernen. Die Mechanik (Kinematik ist eine ihrer Sektionen) selbst bildet den größten Teil dieser Wissenschaft. Üblicherweise wird es den Schülern zuerst in Lehrbüchern präsentiert. Wie gesagt, die Kinematik ist ein Teilbereich der Mechanik. Aber da es um sie geht, wollen wir noch genauer darüber sprechen.

Mechanik als Teil der Physik

Das Wort "Mechanik" ist griechischUrsprung und wörtlich übersetzt als die Kunst, Maschinen zu bauen. In der Physik wird es als ein Abschnitt betrachtet, der die Bewegung sogenannter materieller Körper in unterschiedlich dimensionalen Räumen untersucht (das heißt, Bewegung kann in einer Ebene, auf einem konventionellen Koordinatengitter oder im dreidimensionalen Raum auftreten). Die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen materiellen Punkten ist eine der Aufgaben der Mechanik (Kinematik ist die Ausnahme ihrer Regel, da sie sich mit der Modellierung und Analyse alternativer Situationen beschäftigt, ohne die Wirkung von Kraftparametern zu berücksichtigen). Bei all dem ist zu beachten, dass der entsprechende Abschnitt der Physik unter der Bewegung die Veränderung der Position des Körpers im Raum im Laufe der Zeit impliziert. Diese Definition gilt nicht nur für materielle Punkte oder Körper im Allgemeinen, sondern auch für ihre Teile.

Das Konzept der Kinematik

Der Titel dieses Abschnitts der Physik hat auchGriechischer Herkunft und wird wörtlich mit "move" übersetzt. So erhalten wir die erste, noch nicht formulierte Antwort auf die Frage, was Kinematik ist. In diesem Fall können wir sagen, dass der Abschnitt mathematische Methoden zur Beschreibung verschiedener Bewegungsarten von direkt idealisierten Körpern untersucht. Wir sprechen über die sogenannten absolut festen Körper, über ideale Flüssigkeiten und natürlich über materielle Punkte. Es ist sehr wichtig sich daran zu erinnern, dass bei der Anwendung der Beschreibung die Gründe für die Bewegung nicht berücksichtigt werden. Das heißt, solche Parameter wie Gewicht eines Körpers oder Kraft, die den Charakter seiner Bewegung beeinflussen, sind nicht Gegenstand von Überlegungen.

Grundlagen der Kinematik

Dazu gehören Begriffe wie Zeit undRaum. Eines der einfachsten Beispiele ist die Situation, in der sich beispielsweise ein materieller Punkt entlang eines Kreises mit einem bestimmten Radius bewegt. In diesem Fall schreibt die Kinematik die zwingende Existenz einer solchen Größe wie die Zentripetalbeschleunigung zu, die entlang des Vektors vom Körper selbst zum Mittelpunkt des Kreises gerichtet ist. Das heißt, der Beschleunigungsvektor zu irgendeinem der Zeitpunkte fällt mit dem Radius des Kreises zusammen. Aber selbst in diesem Fall (bei der Zentripetalbeschleunigung) zeigt die Kinematik nicht die Art der Kraft an, die sie verursacht hat. Das ist schon die Handlung, die die Dynamik demontiert.

Welche Art von Kinematik?

Also, die Antwort auf was ist Kinematik, wir, durchTatsache, gaben sie. Es ist ein Abschnitt der Mechanik, der Möglichkeiten untersucht, die Bewegung idealisierter Objekte zu beschreiben, ohne die Kraftparameter zu studieren. Jetzt reden wir darüber, was für eine Kinematik sein kann. Der erste Typ ist klassisch. Es ist üblich, absolute räumliche und zeitliche Eigenschaften einer bestimmten Bewegungsart zu berücksichtigen. In der Rolle des ersten erscheinen die Längen der Segmente in der Rolle des letzteren die Zeitintervalle. Mit anderen Worten können wir sagen, dass diese Parameter unabhängig von der Wahl des Bezugsrahmens bleiben.

Relativistisch

Die zweite Art von Kinematik ist relativistisch. In diesem Fall können sich die zeitlichen und räumlichen Eigenschaften zwischen den beiden entsprechenden Ereignissen ändern, wenn ein Übergang von einem Referenzrahmen zu einem anderen erfolgt. Die Gleichzeitigkeit des Ursprungs der beiden Ereignisse nimmt in diesem Fall auch eine ausschließlich relative Natur an. In dieser Form der Kinematik verschmelzen zwei separate Konzepte (und wir sprechen über Raum und Zeit) zu einem. In ihm wird eine Größe, die normalerweise Intervall genannt wird, unter den Lorentz-Transformationen invariant.

Geschichte der Schaffung von Kinematik

Wir haben es geschafft, das Konzept zu verstehen und eine Antwort zu gebendie Frage, was Kinematik ist. Aber was war die Geschichte seiner Entstehung als Teilbereich der Mechanik? Darüber sollten wir jetzt reden. Alle Konzepte dieses Unterabschnitts basierten lange Zeit auf Werken, die Aristoteles selbst verfasste. In ihnen gab es entsprechende Aussagen, dass die Geschwindigkeit des Körpers im Herbst direkt proportional zum numerischen Index des Gewichts eines bestimmten Körpers ist. Es wurde auch erwähnt, dass die Ursache der Bewegung direkt Kraft ist, und in ihrer Abwesenheit kann es keine Bewegung und Sprache geben.

Erfahrungen von Galileo

Die Arbeit von Aristoteles im späten sechzehnten JahrhundertInteresse an dem berühmten Wissenschaftler Galileo Galilei. Er begann den Prozess des freien Falls des Körpers zu studieren. Man kann seine Experimente erwähnen, die er im Schiefen Turm von Pisa führte. Außerdem studierte der Wissenschaftler den Trägheitsprozess von Körpern. Schließlich gelang es Galilei zu beweisen, dass Aristoteles in seinen Werken falsch lag, und er machte eine Reihe von falschen Schlussfolgerungen. In dem entsprechenden Buch skizzierte Galilei die Ergebnisse der Arbeit, die mit Hinweisen auf den Irrtum der Schlussfolgerungen Aristoteles durchgeführt wurde.

Moderne Kinematik, wie es heute betrachtet wird,wurde im Januar 1700. Jahr geboren. Dann hielt Pierre Varignon eine Rede vor der Französischen Akademie der Wissenschaften. Er gab auch die ersten Konzepte von Beschleunigung und Geschwindigkeit, schrieb und erklärte sie in einer differentiellen Form. Ein wenig später nahm Ampere einige kinematische Darstellungen zur Kenntnis. Im achtzehnten Jahrhundert verwendete er das sogenannte Variationskalkül in der Kinematik. Die spezielle Relativitätstheorie, die später entstand, zeigte, dass der Raum, wie die Zeit, nicht absolut ist. Gleichzeitig wurde darauf hingewiesen, dass die Geschwindigkeit grundsätzlich begrenzt sein kann. Genau diese Gründe haben die Kinematik dazu gebracht, sich innerhalb der Rahmen und Konzepte der sogenannten relativistischen Mechanik zu entwickeln.

Die im Abschnitt verwendeten Konzepte und Mengen

Die Grundlagen der Kinematik umfassen mehrereWerte, die nicht nur im theoretischen Plan verwendet werden, sondern auch in praktischen Formeln zur Modellierung und Lösung einer Reihe von Problemen. Lassen Sie uns diese Mengen und Konzepte näher kennenlernen. Beginnen wir vielleicht mit letzterem.

1) Mechanische Bewegung. Es ist definiert als die Veränderung der räumlichen Position eines bestimmten idealisierten Körpers relativ zu den anderen (materiellen Punkten) während einer Änderung des Zeitintervalls. In diesem Fall haben die genannten Körper entsprechende Wechselwirkungskräfte.

2) Das Bezugssystem. Die Kinematik, deren Definition wir früher gegeben haben, basiert auf der Verwendung eines Koordinatensystems. Das Vorhandensein seiner Variationen ist eine der notwendigen Bedingungen (die zweite Bedingung ist die Verwendung von Instrumenten oder Mitteln zur Zeitmessung). Im Allgemeinen ist das Bezugssystem für die erfolgreiche Beschreibung einer bestimmten Art von Bewegung notwendig.

3) Koordinaten. Als ein konventioneller imaginärer Indikator, der untrennbar mit dem vorherigen Konzept (Bezugsrahmen) verbunden ist, sind die Koordinaten nichts anderes als die Art und Weise, wie die Position des idealisierten Körpers im Raum bestimmt wird. In diesem Fall können Zahlen und spezielle Symbole zur Beschreibung verwendet werden. Die Koordinaten werden oft von Spähern und Artilleristen verwendet.

4) Radiusvektor. Dies ist eine physikalische Größe, die in der Praxis verwendet wird, um die Position eines idealisierten Körpers mit einem Auge auf die ursprüngliche Position (und nicht nur) zu setzen. Einfach ausgedrückt, wird ein bestimmter Punkt für die Konvention festgelegt und festgelegt. Meistens ist dies der Ursprung von Koordinaten. Nach diesem Beispiel beginnt ein idealisierter Körper von diesem Punkt aus eine freie willkürliche Flugbahn zu durchlaufen. Zu jeder Zeit können wir die Position des Körpers mit dem Ursprung verbinden, und die resultierende gerade Linie wird nicht mehr als ein Radiusvektor sein.

5) Der Kinematikabschnitt verwendet das Konzept vonFlugbahn. Es ist eine gewöhnliche durchgehende Linie, die während der Bewegung eines idealisierten Körpers mit beliebiger freier Bewegung in einem anderen Raum entsteht. Die Trajektorie kann dementsprechend geradlinig, kreisförmig und gebrochen sein.

6) Die Kinematik des Körpers ist damit untrennbar verbundenphysikalische Größe als Geschwindigkeit. In der Tat ist dies eine Vektorgröße (es ist sehr wichtig, sich daran zu erinnern, dass der Begriff einer skalaren Größe nur in Ausnahmesituationen auf ihn anwendbar ist), was die Schnelligkeit der Änderung der Position des idealisierten Körpers kennzeichnen wird. Ihr Vektor wird normalerweise als der Tatsache nach angenommen, dass die Geschwindigkeit die Richtung der aktuellen Bewegung definiert. Um das Konzept zu verwenden, ist es notwendig, einen Bezugsrahmen zu verwenden, wie bereits erwähnt.

7) Kinematik, deren Definition sagtDie Tatsache, dass die Ursachen, die Bewegung verursachen, in bestimmten Situationen nicht berücksichtigt und beschleunigt werden. Es ist auch eine Vektorgröße, die zeigt, wie intensiv sich der Geschwindigkeitsvektor eines idealisierten Körpers unter einer alternativen (parallelen) Änderung der Zeiteinheit ändert. Wenn man gleichzeitig weiß, in welche Richtung beide Vektoren gerichtet sind - Geschwindigkeiten und Beschleunigungen - kann man über die Art der Bewegung des Körpers sprechen. Es kann entweder gleichmäßig beschleunigt werden (Vektoren koinzidieren), oder gleichermaßen langsam (Vektoren sind unterschiedlich gerichtet).

8) Winkelgeschwindigkeit. Eine andere Vektormenge. Im Prinzip stimmt seine Definition mit derjenigen überein, die wir früher gegeben haben. Tatsächlich liegt der Unterschied nur darin, dass der vorher betrachtete Fall bei der Bewegung entlang einer geradlinigen Trajektorie aufgetreten ist. Dann haben wir eine kreisförmige Bewegung. Es kann ein sauberer Kreis sein, sowie eine Ellipse. Ein ähnliches Konzept wird für die Winkelbeschleunigung angegeben.

Physik. Kinematik. Formeln

Um praktische Probleme zu lösen, die damit verbunden sindKinematik der idealisierten Körper, es gibt eine ganze Liste von sehr unterschiedlichen Formeln. Sie ermöglichen es Ihnen, die zurückgelegte Entfernung, die momentane Anfangsgeschwindigkeit, die Zeit, für die der Körper diese oder jene Entfernung passiert hat, und vieles mehr zu bestimmen. Ein besonderer Anwendungsfall (privat) ist die Situation mit einem modellierten freien Fall des Körpers. In ihnen wird die Beschleunigung (bezeichnet mit dem Buchstaben a) durch die Beschleunigung der Schwerkraft ersetzt (Buchstabe g, numerisch gleich 9,8 m / s ^ 2).

Also, was haben wir herausgefunden? Physics - Kinematik (Formeln, die voneinander abgeleitet sind) - In diesem Abschnitt wird verwendet, um die Bewegung der idealisierten Körper zu beschreiben Kraftparameter ausgeschlossen werden, die Ursachen für eine entsprechende Bewegung worden. Der Leser kann immer erhalten vertraut mit diesem Thema näher. Physik (Thema „Kinematik“) ist sehr wichtig, weil es ein grundlegendes Verständnis der Mechanik, wie den globalen Abschnitt der einschlägigen wissenschaftlichen Erkenntnisse gibt.