Cos'è la cinematica? Questo è un sottocampo della meccanica che studia i metodi matematici e geometrici per descrivere il movimento di oggetti idealizzati. Cadono in diverse categorie. L'argomento dell'articolo di oggi saranno aspetti che sono in qualche modo legati al concetto di "cinematica puntuale". Tratteremo molti argomenti, ma inizieremo con i concetti e le spiegazioni più fondamentali della loro applicazione in quest'area.
Quali oggetti sono considerati?
Se la cinematica è una branca della fisica che studia come descrivere il movimento dei corpi in spazi di diverse dimensioni, allora devi operare con i corpi stessi, giusto? Per capire velocemente la posta in gioco, puoi trovare una lezione multimediale pensata per gli studenti. La cinematica è generalmente semplice da capire, se ne capisci le basi. Quando li conoscerai, noterai che nella teoria ci sono informazioni che questo ramo della fisica studia le leggi del movimento degli oggetti materiali.punti. Nota come la definizione di oggetti è generalizzata. D' altra parte, i punti materiali non sono gli unici oggetti considerati dalla cinematica. Questa branca della fisica studia i principi del moto sia dei corpi assolutamente rigidi che dei fluidi ideali. Molto spesso tutti e tre questi concetti vengono combinati in uno, dicendo semplicemente "oggetti idealizzati". L'idealizzazione in questo caso è necessaria per le convenzioni di calcolo e l'allontanamento da possibili errori sistematici. Se osservi la definizione di un punto materiale, noterai che su di esso è scritto: questo è un corpo le cui dimensioni possono essere trascurate nella situazione corrispondente. Questo può essere inteso come segue: rispetto alla distanza percorsa, le dimensioni lineari dell'oggetto sono trascurabili.
Cosa si usa per descrivere?
Come accennato in precedenza, la cinematica è una sottosezione della meccanica che studia come descrivere il movimento di un punto. Ma se è così, significa che per compiere tali operazioni sono necessari alcuni concetti e principi fondamentali, come quelli assiomatici? Sì. E nel nostro caso lo sono. In primo luogo, in cinematica è una regola risolvere i problemi senza guardare indietro alle forze che agiscono su un punto materiale. Sappiamo tutti perfettamente che un corpo accelererà o rallenterà se una certa forza agisce su di esso. E la cinematica è la sottosezione che ti permette di operare con accelerazione. Tuttavia, la natura delle forze emergenti non viene qui considerata. Per descrivere il movimento vengono utilizzati metodi di analisi matematica, geometria lineare e spaziale, eanche algebra. Anche le griglie di coordinate e le coordinate stesse svolgono un certo ruolo. Ma di questo parleremo un po' più tardi.
Storia della creazione
I primi lavori sulla cinematica furono compilati dal grande scienziato Aristotele. Fu lui a formare alcuni dei principi fondamentali di questa industria. E anche se le sue opere e conclusioni contenevano una serie di opinioni e riflessioni errate, le sue opere sono ancora di grande valore per la fisica moderna. Le opere di Aristotele furono successivamente studiate da Galileo Galilei. Eseguì i famosi esperimenti con la Torre Pendente di Pisa, quando indagò sulle leggi del processo di caduta libera di un corpo. Dopo aver studiato tutto dentro e fuori, Galileo sottopone le riflessioni e le conclusioni di Aristotele a una dura critica. Ad esempio, se quest'ultimo ha scritto che la forza è la causa del movimento, Galileo ha dimostrato che la forza è la causa dell'accelerazione, ma non che il corpo si solleverà e inizierà a muoversi e muoversi. Secondo Aristotele, un corpo poteva acquisire velocità solo se sottoposto a una certa forza. Ma sappiamo che questa opinione è erronea, poiché c'è un moto traslatorio uniforme. Ciò è dimostrato ancora una volta dalle formule della cinematica. E passeremo alla prossima domanda.
Cinematica. Fisica. Concetti di base
Ci sono una serie di principi e definizioni fondamentali in questa sezione. Cominciamo con quello principale.
Movimento meccanico
Probabilmente, dal banco di scuola stiamo cercando di porre l'idea di quello che può essere considerato un movimento meccanico. Ce ne occupiamo ogni giorno, ogni ora, ogni secondo. Considereremo il movimento meccanico un processo che si verifica nello spazio nel tempo, ovvero un cambiamento nella posizione di un corpo. Allo stesso tempo, al processo viene spesso applicata la relatività, cioè si dice che la posizione, diciamo, del primo corpo è cambiata rispetto alla posizione del secondo. Immaginiamo di avere due vetture sulla linea di partenza. Il via libera dell'operatore o le luci si accendono e le auto decollano. All'inizio c'è già un cambio di posizione. Del resto se ne può parlare a lungo e in modo noioso: riguardo ad un concorrente, riguardo alla linea di partenza, riguardo ad uno spettatore fisso. Ma forse l'idea è chiara. Lo stesso si può dire di due persone che vanno in una direzione o in direzioni diverse. La posizione di ciascuno di essi rispetto all' altro cambia in ogni momento.
Sistema di riferimento
Cinematica, fisica: tutte queste scienze utilizzano un concetto fondamentale come quadro di riferimento. In effetti, svolge un ruolo molto importante e viene utilizzato in problemi pratici quasi ovunque. Altri due componenti importanti possono essere collegati al sistema di riferimento.
Griglia di coordinate e coordinate
Questi ultimi non sono altro che una raccolta di numeri e lettere. Usando determinate impostazioni logiche, possiamo comporre il nostrouna griglia di coordinate unidimensionale o bidimensionale, che ci consentirà di risolvere i problemi più semplici di cambiare la posizione di un punto materiale in un determinato periodo di tempo. Solitamente, in pratica, viene utilizzata una griglia di coordinate bidimensionale con gli assi X ("x") e Y ("y"). Nello spazio tridimensionale, aggiunge l'asse Z ("z") e nello spazio unidimensionale è presente solo X. Artiglieri e esploratori spesso lavorano con le coordinate. E per la prima volta li incontriamo alle elementari, quando iniziamo a disegnare segmenti di una certa lunghezza. Dopotutto, la laurea non è altro che l'uso delle coordinate per indicare l'inizio e la fine.
Cinematica Grado 10. Quantità
Le principali grandezze utilizzate per risolvere i problemi sulla cinematica di un punto materiale sono distanza, tempo, velocità e accelerazione. Parliamo degli ultimi due in modo più dettagliato. Entrambe queste quantità sono vettoriali. In altre parole, non hanno solo un indicatore numerico, ma anche una certa direzione predeterminata. Il movimento del corpo avverrà nella direzione in cui è diretto il vettore velocità. Allo stesso tempo, non bisogna dimenticare il vettore di accelerazione se abbiamo un caso di movimento irregolare. L'accelerazione può essere diretta nella stessa direzione o nella direzione opposta. Se sono co-diretti, il corpo inizierà a muoversi sempre più velocemente. Se sono opposti, l'oggetto rallenterà fino a fermarsi. Dopodiché, in presenza di accelerazione, il corpo acquisirà la velocità opposta, cioè si muoverà nella direzione opposta. Tutto questo in pratica è mostrato molto, molto chiaramente dalla cinematica. Il 10° anno è proprio questoil periodo in cui questa sezione della fisica è sufficientemente divulgata.
Formule
Le formule cinematiche sono abbastanza semplici sia per l'output che per la memorizzazione. Ad esempio, la formula per la distanza percorsa da un oggetto in un dato tempo è la seguente: S=VoT + aT^2/2. Come possiamo vedere, sul lato sinistro abbiamo la stessa distanza. Sul lato destro, puoi trovare la velocità iniziale, il tempo e l'accelerazione. Il segno più è solo condizionale, poiché l'accelerazione può assumere un valore scalare negativo durante il processo di decelerazione dell'oggetto. In generale, la cinematica del moto implica l'esistenza di un tipo di velocità, diciamo costantemente “iniziale”, “finale”, “istantanea”. La velocità istantanea appare ad un certo punto nel tempo. Ma in fondo, se la pensi così, allora le componenti finali o iniziali non sono altro che le sue manifestazioni particolari, giusto? L'argomento "Cinematica" è probabilmente uno dei preferiti dagli scolari, perché è semplice e interessante.
Esempi di problemi
Nella cinematica più semplice, ci sono intere categorie di compiti molto diversi. Tutti loro sono collegati in un modo o nell' altro con il movimento di un punto materiale. Ad esempio, in alcuni è necessario determinare la distanza percorsa dal corpo in un certo tempo. In questo caso si possono conoscere parametri come la velocità iniziale e l'accelerazione. O forse allo studente verrà assegnato un compito, che consisterà solo nella necessità di esprimere e calcolare l'accelerazione del corpo. Facciamo un esempio. L'auto parte da una posizione statica. Quale distanza avrà il tempo di percorrere in 5 secondi se la sua accelerazione è di tre metri,diviso per un secondo quadrato?
Per risolvere questo problema, abbiamo bisogno della formula S=VoT + at^2/2. Sostituiamo semplicemente i dati disponibili in esso. È accelerazione e tempo. Nota che il termine Vot andrà a zero, poiché la velocità iniziale è zero. Quindi, otteniamo una risposta numerica di 75 metri. Ecco fatto, problema risolto.
Risultati
Così abbiamo individuato i principi e le definizioni fondamentali, fornito un esempio di formula e parlato della storia della creazione di questa sottosezione. La cinematica, il cui concetto è introdotto in seconda media nelle lezioni di fisica, continua a essere costantemente migliorata nell'ambito della sezione relativistica (non classica).
