Quali sono i concetti di base della cinematica? Cos'è questa scienza e cosa studia? Oggi parleremo di cos'è la cinematica, quali concetti di base della cinematica hanno luogo nei compiti e cosa significano. Inoltre, parliamo delle quantità con cui ci occupiamo più spesso.
Cinematica. Concetti e definizioni di base
Primo, parliamo di cosa si tratta. Una delle sezioni di fisica più studiate nel corso scolastico è la meccanica. È seguito in un ordine indefinito dalla fisica molecolare, dall'elettricità, dall'ottica e da alcune altre branche, come, ad esempio, la fisica nucleare e atomica. Ma diamo un'occhiata più da vicino alla meccanica. Questa branca della fisica si occupa dello studio del moto meccanico dei corpi. Stabilisce alcuni modelli e ne studia i metodi.
La cinematica come parte della meccanica
Quest'ultimo è diviso in tre parti: cinematica, dinamica e statica. Queste tre subscienze, se così si può chiamare, hanno delle particolarità. Ad esempio, la statica studia le regole per l'equilibrio dei sistemi meccanici. Viene subito in mente un'associazione con la bilancia. La dinamica studia le leggi del moto dei corpi, ma allo stesso tempo presta attenzione alle forze che agiscono su di essi. Ma la cinematica fa lo stesso, solo le forze non vengono prese in considerazione. Di conseguenza, la massa di quegli stessi corpi non viene presa in considerazione nei compiti.
Concetti di base della cinematica. Movimento meccanico
La materia in questa scienza è un punto materiale. È inteso come un corpo, le cui dimensioni, rispetto a un certo sistema meccanico, possono essere trascurate. Questo cosiddetto corpo idealizzato è simile a un gas ideale, che è considerato nella sezione di fisica molecolare. In generale, il concetto di punto materiale, sia in meccanica in generale che in cinematica in particolare, gioca un ruolo piuttosto importante. Il cosiddetto movimento traslazionale più comunemente considerato.
Cosa significa e cosa potrebbe essere?
Di solito i movimenti sono divisi in rotazionali e traslazionali. I concetti di base della cinematica del moto traslatorio sono principalmente legati alle grandezze utilizzate nelle formule. Ne parleremo più avanti, ma per ora torniamo al tipo di movimento. È chiaro che se stiamo parlando di rotazione, allora il corpo sta girando. Di conseguenza, il movimento traslatorio sarà chiamato movimento del corpo in un piano o linearmente.
Base teorica per la risoluzione dei problemi
La cinematica, i concetti e le formule di base di cui stiamo considerando ora, ha un numero enorme di compiti. Ciò si ottiene attraverso la consueta combinazione. Un metodo di diversità qui è quello di cambiare condizioni sconosciute. Uno stesso problema può essere presentato sotto una luce diversa semplicemente cambiando lo scopo della sua soluzione. È necessario trovare distanza, velocità, tempo, accelerazione. Come puoi vedere, ci sono un sacco di opzioni. Se includiamo qui le condizioni di caduta libera, lo spazio diventa semplicemente inimmaginabile.
Valori e formule
Prima di tutto, facciamo una prenotazione. Come è noto, le quantità possono avere una duplice natura. Da un lato, un certo valore numerico può corrispondere a un certo valore. Ma d' altra parte, può anche avere una direzione di distribuzione. Ad esempio, un'onda. In ottica, ci troviamo di fronte a un concetto come la lunghezza d'onda. Ma se esiste una sorgente di luce coerente (lo stesso laser), allora abbiamo a che fare con un raggio di onde polarizzate piane. Pertanto, l'onda corrisponderà non solo a un valore numerico che ne indica la lunghezza, ma anche a una data direzione di propagazione.
Esempio classico
Questi casi sono un'analogia nella meccanica. Diciamo che un carrello sta rotolando davanti a noi. Dila natura del movimento, possiamo determinare le caratteristiche vettoriali della sua velocità e accelerazione. Sarà un po' più difficile farlo quando ci si sposta in avanti (ad esempio su un pavimento piatto), quindi prenderemo in considerazione due casi: quando il carrello si arrotola e quando si abbassa.
Quindi immaginiamo che il carrello stia salendo leggermente in pendenza. In questo caso, rallenterà se nessuna forza esterna agisce su di esso. Ma nella situazione inversa, vale a dire, quando il carrello rotola verso il basso, accelererà. La velocità in due casi è diretta verso il punto in cui si sta muovendo l'oggetto. Questo dovrebbe essere preso come regola. Ma l'accelerazione può cambiare il vettore. Durante la decelerazione, è diretto nella direzione opposta al vettore velocità. Questo spiega il rallentamento. Una catena logica simile può essere applicata alla seconda situazione.
Altri valori
Abbiamo appena parlato del fatto che in cinematica operano non solo con quantità scalari, ma anche con quantità vettoriali. Ora facciamo un ulteriore passo avanti. Oltre alla velocità e all'accelerazione, quando si risolvono i problemi, vengono utilizzate caratteristiche come la distanza e il tempo. A proposito, la velocità è divisa in iniziale e istantanea. Il primo è un caso speciale del secondo. La velocità istantanea è la velocità che può essere trovata in un dato momento. E con l'iniziale, probabilmente, tutto è chiaro.
Compito
Gran parte della teoria è stata studiata da noi in precedenza nei paragrafi precedenti. Ora resta solo da dare le formule di base. Ma faremo ancora meglio: non solo considereremo le formule, ma le applicheremo anche nella risoluzione del problema in modo dafinalizzare le conoscenze acquisite. La cinematica utilizza un intero set di formule, combinando le quali puoi ottenere tutto ciò di cui hai bisogno per risolvere. Ecco un problema con due condizioni per capirlo completamente.
Un ciclista rallenta dopo aver tagliato il traguardo. Gli ci vollero cinque secondi per fermarsi completamente. Scopri con quale accelerazione ha rallentato e quanto spazio di frenata è riuscito a coprire. Lo spazio di frenata è considerato lineare, la velocità finale è presa pari a zero. Al momento di tagliare il traguardo, la velocità era di 4 metri al secondo.
In re altà, il compito è piuttosto interessante e non così semplice come potrebbe sembrare a prima vista. Se proviamo a prendere la formula della distanza in cinematica (S=Vot + (-) (a ^ 2/2)), non ne verrà fuori nulla, poiché avremo un'equazione con due variabili. Come procedere in un caso del genere? Possiamo andare in due modi: calcolare prima l'accelerazione sostituendo i dati nella formula V=Vo - at, oppure esprimere l'accelerazione da lì e sostituirla nella formula della distanza. Usiamo il primo metodo.
Quindi, la velocità finale è zero. Iniziale - 4 metri al secondo. Trasferendo le quantità corrispondenti ai lati sinistro e destro dell'equazione, otteniamo un'espressione per l'accelerazione. Eccolo: a=Vo/t. Pertanto, sarà pari a 0,8 metri al secondo quadrato e avrà un carattere frenante.
Vai alla formula della distanza. Sostituiamo semplicemente i dati in esso. Otteniamo la risposta: la distanza di arresto è di 10 metri.
