El tema del nostre article d'avui serà la cinemàtica d'un punt material. De què va tot això? Quins conceptes hi apareixen i quina definició s'ha de donar a aquest terme? Intentarem respondre aquestes i moltes altres preguntes avui.
Definició i concepte
La cinemàtica d'un punt material no és més que una subsecció de la física anomenada "mecànica". Ella, al seu torn, estudia els patrons de moviment de certs cossos. La cinemàtica d'un punt material també tracta aquest problema, però no ho fa de manera general. De fet, aquesta subsecció estudia mètodes que permeten descriure el moviment dels cossos. En aquest cas, només els anomenats cossos idealitzats són aptes per a la investigació. Aquests inclouen: un punt material, un cos absolutament rígid i un gas ideal. Considerem els conceptes amb més detall. Tots sabem des del banc de l'escola que s'acostuma a anomenar cos a un punt material, les dimensions del qual en una situació determinada es poden descuidar. Per cert, comença per primera vegada la cinemàtica del moviment de translació d'un punt materialapareixen als llibres de text de física de setè grau. Aquesta és la branca més senzilla, per la qual cosa és més convenient començar a familiaritzar-se amb la ciència amb la seva ajuda. Una pregunta a part és quins són els elements de la cinemàtica d'un punt material. N'hi ha bastants, i condicionalment es poden dividir en diversos nivells amb diferent complexitat per a la comprensió. Si parlem, per exemple, del vector radi, aleshores, en principi, no hi ha res prohibitiument complicat en la seva definició. Tanmateix, estareu d'acord que serà molt més fàcil per a un estudiant entendre-ho que per a un estudiant de secundària o secundària. I per ser sincer, no cal explicar les característiques d'aquest trimestre als estudiants de secundària.
Una breu història de la creació de la cinemàtica
Fa molts, molts anys, el gran científic Aristòtil va dedicar la part del lleó del seu temps lliure a l'estudi i la descripció de la física com a ciència separada. També va treballar la cinemàtica, intentant exposar les seves principals tesis i conceptes, d'una manera o altra utilitzada en els intents de resoldre problemes pràctics i fins i tot quotidians. Aristòtil va donar les idees inicials sobre quins són els elements de la cinemàtica d'un punt material. Les seves obres i obres són molt valuoses per a tota la humanitat. No obstant això, en les seves conclusions va cometre un nombre considerable d'errors, i la raó d'això van ser certes idees errònies i errors de càlcul. En un moment, un altre científic, Galileu Galilei, es va interessar per les obres d'Aristòtil. Una de les tesis fonamentals proposades per Aristòtil era que el moviment d'un cosnomés es produeix si s'hi actua una força determinada per la intensitat i la direcció. Galileu va demostrar que això era un error. La força afectarà el paràmetre de velocitat de moviment, però no més. L'italià va demostrar que la força és la causa de l'acceleració, i que només pot sorgir mútuament amb ella. Així mateix, Galileu Galilei va prestar una atenció considerable a l'estudi del procés de caiguda lliure, derivant els patrons adequats. Probablement tothom recorda els seus famosos experiments, que va dur a terme a la Torre Inclinada de Pisa. El físic Ampère també va utilitzar els conceptes bàsics de les solucions cinemàtiques en els seus treballs.
Conceptes inicials
Com s'ha esmentat anteriorment, la cinemàtica és l'estudi de maneres de descriure el moviment d'objectes idealitzats. En aquest cas, els fonaments de l'anàlisi matemàtica, l'àlgebra ordinària i la geometria es poden aplicar a la pràctica. Però, quins conceptes (precisament conceptes, i no definicions de magnituds paramètriques) subjacent a aquesta subsecció de la física? En primer lloc, tothom hauria d'entendre clarament que la cinemàtica del moviment de translació d'un punt material considera el moviment sense tenir en compte els indicadors de força. És a dir, per resoldre els problemes corresponents, no necessitem fórmules relacionades amb la força. La cinemàtica no ho té en compte, per molt que n'hi hagi: un, dos, tres, almenys uns centenars de milers. No obstant això, l'existència de l'acceleració encara es proporciona. En una sèrie de problemes, la cinemàtica del moviment d'un punt material prescriu per determinar la magnitud de l'acceleració. Tanmateix, les causes d'aquest fenomen (és a dir, les forces ila seva naturalesa) no es consideren però s'ometen.
Classificació
Vam descobrir que la cinemàtica explora i aplica mètodes per descriure el moviment dels cossos sense tenir en compte les forces que actuen sobre ells. Per cert, una altra subsecció de la mecànica, que s'anomena dinàmica, s'ocupa d'aquesta tasca. Ja allà s'apliquen les lleis de Newton, que permeten a la pràctica determinar força paràmetres amb una petita quantitat de dades inicials conegudes. Els conceptes bàsics de la cinemàtica d'un punt material són l'espai i el temps. I en relació amb el desenvolupament de la ciència en general i en aquesta àrea, va sorgir la qüestió de la conveniència d'utilitzar aquesta combinació.
Des del principi va existir la cinemàtica clàssica. Podem dir que es caracteritza no només per la presència de buits tant temporals com espacials, sinó també per la seva independència de l'elecció d'un o altre marc de referència. Per cert, d'això en parlarem una mica més endavant. Ara només expliquem de què estem parlant. En aquest cas, un segment es considerarà un interval espacial, i un interval de temps es considerarà un interval temporal. Sembla que tot està clar. Així, aquests buits seran considerats en cinemàtica clàssica com a absoluts, invariants, és a dir, independentment de la transició d'un marc de referència a un altre. Ja sigui cinemàtica relativista empresarial. En ell, els buits durant la transició entre sistemes de referència poden canviar. Fins i tot seria més correcte dir que no poden, però probablement ho han de fer. Per això, la simultaneïtat dels dosesdeveniments aleatoris també esdevenen relatius i subjectes a una consideració especial. És per això que en la cinemàtica relativista dos conceptes - espai i temps - es combinen en un sol.
Cinemàtica d'un punt material: velocitat, acceleració i altres magnituds
Per entendre almenys una mica aquesta subsecció de la física, cal navegar pels conceptes més importants, conèixer les definicions i imaginar quina és aquesta o aquella quantitat en termes generals. No hi ha res difícil en això, de fet, tot és molt fàcil i senzill. Considereu, potser, per començar, els conceptes bàsics utilitzats en problemes de cinemàtica.
Moviment
Moviment mecànic considerarem el procés durant el qual un o altre objecte idealitzat canvia la seva posició en l'espai. En aquest cas, podem dir que el canvi es produeix en relació amb altres cossos. També cal tenir en compte el fet que l'establiment d'un determinat interval de temps entre dos esdeveniments es produeix simultàniament. Per exemple, es podrà aïllar un determinat interval format durant el temps transcorregut entre l'arribada del cos d'una posició a una altra. També observem que els cossos en aquest cas poden i interactuaran entre ells, segons les lleis generals de la mecànica. Això és exactament amb el que opera més sovint la cinemàtica d'un punt material. El sistema de referència és el següent concepte que hi està inextricablement vinculat.
Coordenades
Es poden anomenar dades ordinàries que permeten determinar la posició del cos en un moment o altre. Les coordenades estan inextricablement vinculades amb el concepte de sistema de referència, així com amb la quadrícula de coordenades. Molt sovint són una combinació de lletres i números.
Vector de radi
A partir del nom ja hauria de quedar clar què és. No obstant això, parlem d'això amb més detall. Si un punt es mou al llarg d'una trajectòria determinada i sabem exactament l'inici d'un sistema de referència particular, llavors podem dibuixar un vector de radi en qualsevol moment. Connectarà la posició inicial del punt amb la posició instantània o final.
Trajectòria
S'anomenarà línia contínua, que es traça com a resultat del moviment d'un punt material en un sistema de referència concret.
Velocitat (tant lineal com angular)
Aquest és un valor que pot indicar la rapidesa amb què el cos passa per un interval de distància concret.
Acceleració (tant angular com lineal)
Mostra segons quina llei i amb quina intensitat canvia el paràmetre de velocitat del cos.
Potser, aquí estan: els elements principals de la cinemàtica d'un punt material. Cal tenir en compte que tant la velocitat com l'acceleració són magnituds vectorials. I això vol dir que no només tenen algun valor indicatiu, sinó també una certa direcció. Per cert, es poden dirigir tant en una direcció com en direccions oposades. En el primer cas, el cos s'accelerarà, en el segon s'alentirà.
Tasques senzilles
La cinemàtica d'un punt material (velocitat, acceleració i distància en què són conceptes pràcticament fonamentals) inclou no només un gran nombre de tasques, sinó moltes de les seves diferents categories. Intentem resoldre un problema bastant senzill determinant la distància recorreguda pel cos.
Suposem que les condicions que tenim a mà són les següents. El cotxe del conductor és a la línia de sortida. L'operador dóna el vistiplau a la bandera i el cotxe s'enlaira bruscament. Determineu si pot establir un nou rècord a la competició de corredors, si el següent líder va cobrir una distància de cent metres en 7,8 segons. Pren l'acceleració del cotxe igual a 3 metres dividida per un segon al quadrat.
Aleshores, com resoldre aquest problema? És força interessant, ja que ens demanen que no "assequem" determinats paràmetres. S'amenitza amb rotacions i una situació determinada, que diversifica el procés de resolució i recerca d'indicadors. Però, per què ens hem de guiar abans d'abordar la tasca?
1. La cinemàtica d'un punt material preveu l'ús de l'acceleració en aquest cas.
2. La solució s'assumeix mitjançant la fórmula de la distància, ja que el seu valor numèric apareix a les condicions.
El problema es resol de manera senzilla. Per fer-ho, prenem la fórmula de la distància: S=VoT + (-) AT ^ 2/2. Quin es el punt? Hem d'esbrinar quant de temps el genet recorrerà la distància designada, i després comparar la xifra amb el rècord per saber si el supera o no. Per fer-ho, assignem temps, obtenim la fórmulaper a ell: AT^2 + 2VoT - 2S. Això no és més que una equació de segon grau. Però el cotxe s'enlaira, la qual cosa vol dir que la velocitat inicial serà 0. En resoldre l'equació, el discriminant serà igual a 2400. Per trobar el temps, cal treure l'arrel. Anem a fer-ho fins al segon decimal: 48,98 Trobeu l'arrel de l'equació: 48,98/6=8,16 segons. Resulta que el conductor no podrà batre el rècord existent.
