L'argomento del nostro articolo di oggi sarà la cinematica di un punto materiale. Cos'è tutto questo? Quali concetti vi compaiono e quale definizione si dovrebbe dare a questo termine? Cercheremo di rispondere a queste e a molte altre domande oggi.
Definizione e concetto
La cinematica di un punto materiale non è altro che una sottosezione della fisica chiamata "meccanica". Lei, a sua volta, studia gli schemi di movimento di alcuni corpi. Anche la cinematica di un punto materiale affronta questo problema, ma non lo fa in modo generale. In effetti, questa sottosezione studia i metodi che consentono di descrivere il movimento dei corpi. In questo caso, solo i cosiddetti corpi idealizzati sono adatti alla ricerca. Questi includono: un punto materiale, un corpo assolutamente rigido e un gas ideale. Consideriamo i concetti in modo più dettagliato. Sappiamo tutti dal banco di scuola che è consuetudine chiamare un punto materiale un corpo, le cui dimensioni in una data situazione possono essere trascurate. A proposito, inizia per la prima volta la cinematica del movimento traslatorio di un punto materialecompaiono nei libri di testo di fisica della seconda media. Questo è il ramo più semplice, quindi è più conveniente iniziare a conoscere la scienza con il suo aiuto. Una domanda a parte è quali sono gli elementi della cinematica di un punto materiale. Ce ne sono molti e condizionatamente possono essere suddivisi in diversi livelli con diversa complessità per la comprensione. Se parliamo, ad esempio, del vettore raggio, allora, in linea di principio, non c'è nulla di proibitivamente complicato nella sua definizione. Tuttavia, sarai d'accordo sul fatto che sarà molto più facile per uno studente capirlo che per uno studente delle scuole medie o superiori. E ad essere onesti, non c'è bisogno di spiegare le caratteristiche di questo termine agli studenti delle scuole superiori.
Una breve storia della creazione della cinematica
Molti, molti anni fa, il grande scienziato Aristotele dedicò la parte del leone del suo tempo libero allo studio e alla descrizione della fisica come scienza separata. Ha anche lavorato sulla cinematica, cercando di presentare le sue tesi e concetti principali, utilizzati in un modo o nell' altro nel tentativo di risolvere problemi pratici e persino quotidiani. Aristotele ha dato le prime idee su quali siano gli elementi della cinematica di un punto materiale. Le sue opere e le sue opere sono molto preziose per tutta l'umanità. Tuttavia, nelle sue conclusioni ha commesso un numero considerevole di errori, e la ragione di ciò erano alcune idee sbagliate e calcoli errati. Un tempo un altro scienziato, Galileo Galilei, si interessò alle opere di Aristotele. Una delle tesi fondamentali avanzate da Aristotele era che il movimento di un corposi verifica solo se subisce l'azione di qualche forza, determinata dall'intensità e dalla direzione. Galileo ha dimostrato che si trattava di un errore. La forza influenzerà il parametro della velocità di movimento, ma non di più. L'italiano ha mostrato che la forza è la causa dell'accelerazione, e può sorgere solo reciprocamente con essa. Inoltre Galileo Galilei prestò notevole attenzione allo studio del processo di caduta libera, ricavandone gli schemi appropriati. Probabilmente tutti ricordano i suoi famosi esperimenti, che condusse sulla Torre Pendente di Pisa. Anche il fisico Ampère ha utilizzato le basi delle soluzioni cinematiche nelle sue opere.
Concetti iniziali
Come accennato in precedenza, la cinematica è lo studio dei modi per descrivere il movimento di oggetti idealizzati. In questo caso, possono essere applicate nella pratica le basi dell'analisi matematica, dell'algebra ordinaria e della geometria. Ma quali concetti (precisamente concetti, e non definizioni di grandezze parametriche) stanno alla base di questa sottosezione della fisica? In primo luogo, tutti dovrebbero capire chiaramente che la cinematica del movimento traslatorio di un punto materiale considera il movimento senza tener conto degli indicatori di forza. Cioè, per risolvere i problemi corrispondenti, non abbiamo bisogno di formule relative alla forza. Non viene preso in considerazione dalla cinematica, non importa quanti ce ne siano: uno, due, tre, almeno diverse centinaia di migliaia. Tuttavia, l'esistenza dell'accelerazione è ancora fornita. In una serie di problemi, la cinematica del movimento di un punto materiale prescrive di determinare l'entità dell'accelerazione. Tuttavia, le cause di questo fenomeno (cioè le forze eloro natura) non sono considerati ma omessi.
Classificazione
Abbiamo scoperto che la cinematica esplora e applica metodi per descrivere il movimento dei corpi indipendentemente dalle forze che agiscono su di essi. A proposito, un' altra sottosezione della meccanica, chiamata dinamica, si occupa di tale compito. Già lì vengono applicate le leggi di Newton, che consentono in pratica di determinare un bel po' di parametri con una piccola quantità di dati iniziali noti. I concetti base della cinematica di un punto materiale sono lo spazio e il tempo. E in connessione con lo sviluppo della scienza sia in generale che in quest'area, è sorta la domanda sull'opportunità di utilizzare una tale combinazione.
Fin dall'inizio c'era la cinematica classica. Possiamo dire che è caratterizzato non solo dalla presenza di lacune temporali e spaziali, ma anche dalla loro indipendenza dalla scelta dell'uno o dell' altro quadro di riferimento. A proposito, ne parleremo un po 'più tardi. Ora spieghiamo solo di cosa stiamo parlando. In questo caso, un segmento sarà considerato un intervallo spaziale e un intervallo di tempo sarà considerato un intervallo temporale. Tutto sembra essere chiaro. Quindi, questi gap saranno considerati nella cinematica classica come assoluti, invarianti, in altre parole, indipendenti dal passaggio da un sistema di riferimento all' altro. Che si tratti di cinematica relativistica aziendale. In esso, i divari durante la transizione tra i sistemi di riferimento possono cambiare. Sarebbe anche più corretto dire che non possono, ma devono, probabilmente. Per questo motivo, la simultaneità dei dueanche gli eventi casuali diventano relativi e soggetti a una considerazione speciale. Ecco perché nella cinematica relativistica due concetti - spazio e tempo - sono combinati in uno solo.
Cinematica di un punto materiale: velocità, accelerazione e altre grandezze
Per capire almeno un po' questa sottosezione della fisica, devi navigare tra i concetti più importanti, conoscere le definizioni e immaginare quale sia questa o quella quantità in termini generali. Non c'è niente di difficile in questo, infatti, tutto è molto facile e semplice. Considera, forse, per cominciare, i concetti di base usati nei problemi di cinematica.
Movimento
Movimento meccanico considereremo il processo durante il quale l'uno o l' altro oggetto idealizzato cambia la sua posizione nello spazio. In questo caso, possiamo dire che il cambiamento avviene rispetto ad altri corpi. È inoltre necessario tenere conto del fatto che l'instaurazione di un certo intervallo di tempo tra due eventi avviene contemporaneamente. Ad esempio, sarà possibile isolare un certo intervallo formatosi nel tempo che intercorre tra l'arrivo del corpo da una posizione all' altra. Notiamo anche che i corpi in questo caso possono e interagiranno tra loro, secondo le leggi generali della meccanica. Questo è esattamente ciò con cui opera più spesso la cinematica di un punto materiale. Il sistema di riferimento è il prossimo concetto che è indissolubilmente legato ad esso.
Coordinate
Possono essere chiamati dati ordinari che ti consentono di determinare la posizione del corpo in un momento o nell' altro. Le coordinate sono indissolubilmente legate al concetto di sistema di riferimento, così come alla griglia di coordinate. Molto spesso sono una combinazione di lettere e numeri.
Vettore raggio
Dal nome dovrebbe già essere chiaro di cosa si tratta. Tuttavia, parliamo di questo in modo più dettagliato. Se un punto si muove lungo una certa traiettoria e conosciamo esattamente l'inizio di un particolare sistema di riferimento, allora possiamo disegnare un vettore raggio in qualsiasi momento. Collegherà la posizione iniziale del punto alla posizione istantanea o finale.
Traiettoria
Si chiamerà linea continua, che viene posata come risultato del movimento di un punto materiale in un particolare sistema di riferimento.
Velocità (sia lineare che angolare)
Questo è un valore che può dire quanto velocemente il corpo attraversa un particolare intervallo di distanza.
Accelerazione (sia angolare che lineare)
Mostra in base a quale legge e con quale intensità cambia il parametro della velocità del corpo.
Forse, eccoli qui: gli elementi principali della cinematica di un punto materiale. Va notato che sia la velocità che l'accelerazione sono grandezze vettoriali. E questo significa che non hanno solo un valore indicativo, ma anche una certa direzione. A proposito, possono essere diretti sia in una direzione che in direzioni opposte. Nel primo caso il corpo accelererà, nel secondo rallenterà.
Compiti semplici
La cinematica di un punto materiale (velocità, accelerazione e distanza in cui sono concetti praticamente fondamentali) comprende non solo un numero enorme di compiti, ma molte delle loro diverse categorie. Proviamo a risolvere un problema abbastanza semplice determinando la distanza percorsa dal corpo.
Supponiamo che le condizioni che abbiamo a disposizione siano le seguenti. L'auto del pilota è sulla linea di partenza. L'operatore dà il via libera con la bandiera e l'auto decolla bruscamente. Determina se può stabilire un nuovo record nella competizione dei corridori, se il prossimo leader ha coperto una distanza di cento metri in 7,8 secondi. Prendi l'accelerazione dell'auto pari a 3 metri divisa per un secondo al quadrato.
Allora, come risolvere questo problema? È piuttosto interessante, dal momento che siamo tenuti a non determinare "a secco" determinati parametri. Si rallegra di fatturati e di una certa situazione, che diversifica il processo di risoluzione e ricerca degli indicatori. Ma da cosa dovremmo essere guidati prima di affrontare il compito?
1. La cinematica di un punto materiale prevede l'uso dell'accelerazione in questo caso.
2. La soluzione viene assunta utilizzando la formula della distanza, poiché il suo valore numerico appare nelle condizioni.
Il problema in re altà è stato risolto molto semplicemente. Per fare ciò, prendiamo la formula della distanza: S=VoT + (-) AT ^ 2/2. Qual è il punto? Dobbiamo scoprire per quanto tempo il ciclista coprirà la distanza designata, quindi confrontare la cifra con il record per scoprire se lo batte o meno. Per fare ciò, allocare il tempo, otteniamo la formulaper lui: AT^2 + 2VoT - 2S. Questa non è altro che un'equazione quadratica. Ma l'auto decolla, il che significa che la velocità iniziale sarà 0. Quando si risolve l'equazione, il discriminante sarà uguale a 2400. Per trovare il tempo, devi prendere la radice. Facciamolo alla seconda cifra decimale: 48,98 Trova la radice dell'equazione: 48,98/6=8,16 secondi. Si scopre che il pilota non sarà in grado di battere il record esistente.
