Què és la cinemàtica? Per primera vegada, els alumnes de secundària comencen a familiaritzar-se amb la seva definició a les classes de física. La mecànica (la cinemàtica és una de les seves branques) constitueix una gran part d'aquesta ciència. Normalment es presenta als estudiants primer als llibres de text. Com dèiem, la cinemàtica és una subsecció de la mecànica. Però com que estem parlant d'ella, parlem-ne amb una mica més de detall.
La mecànica com a part de la física
La paraula "mecànica" en si és d'origen grec i es tradueix literalment com l'art de construir màquines. En física, es considera una secció que estudia el moviment dels anomenats cossos materials per nos altres en espais de diferents mides (és a dir, el moviment es pot produir en un pla, en una quadrícula de coordenades condicionals o en un espai tridimensional).). L'estudi de la interacció entre punts materials és una de les tasques que realitza la mecànica (la cinemàtica és una excepció a aquesta regla, ja que es dedica a modelar i analitzar situacions alternatives sense tenir en compte l'impacte dels paràmetres de força). Amb tot això, cal destacar que la branca corresponent de la físicasignifica per moviment el canvi de posició del cos en l'espai al llarg del temps. Aquesta definició s'aplica no només als punts materials o als cossos en el seu conjunt, sinó també a les seves parts.
El concepte de cinemàtica
El nom d'aquesta secció de física també és d'origen grec i es tradueix literalment com a "moure". Així, obtenim la resposta inicial, encara no realment formada, a la pregunta de què és la cinemàtica. En aquest cas, podem dir que l'apartat estudia els mètodes matemàtics per descriure determinats tipus de moviment de cossos directament idealitzats. Estem parlant dels anomenats cossos absolutament sòlids, de líquids ideals i, per descomptat, de punts materials. És molt important recordar que en aplicar la descripció no es tenen en compte les causes del moviment. És a dir, paràmetres com la massa corporal o la força que afecten la naturalesa del seu moviment no estan subjectes a consideració.
Fonaments de la cinemàtica
Inclouen conceptes com el temps i l'espai. Com un dels exemples més senzills, podem citar una situació en què, per exemple, un punt material es mou al llarg d'un cercle d'un radi determinat. En aquest cas, la cinemàtica atribuirà l'existència obligatòria d'una quantitat com l'acceleració centrípeta, que es dirigeix al llarg del vector des del propi cos fins al centre del cercle. És a dir, el vector acceleració en qualsevol moment coincidirà amb el radi del cercle. Però fins i tot en aquest cas (ambacceleració centrípeta) la cinemàtica no indicarà la naturalesa de la força que l'ha fet aparèixer. Aquestes ja són accions que analitza la dinàmica.
Com és la cinemàtica?
Així que, de fet, vam donar la resposta a què és la cinemàtica. És una branca de la mecànica que estudia com descriure el moviment d'objectes idealitzats sense estudiar els paràmetres de força. Ara parlem de què pot ser la cinemàtica. El seu primer tipus és clàssic. És habitual tenir en compte les característiques espacials i temporals absolutes d'un determinat tipus de moviment. En el paper del primer apareixen les longituds dels segments, en el paper del segon, els intervals de temps. En altres paraules, podem dir que aquests paràmetres romanen independents de l'elecció del sistema de referència.
Relativista
El segon tipus de cinemàtica és relativista. En ell, entre dos esdeveniments corresponents, les característiques temporals i espacials poden canviar si es fa una transició d'un marc de referència a un altre. La simultaneïtat de l'origen de dos fets en aquest cas també pren un caràcter exclusivament relatiu. En aquest tipus de cinemàtica, dos conceptes separats (i estem parlant d'espai i temps) es fusionen en un de sol. En ell, la quantitat, que normalment s'anomena interval, esdevé invariant sota transformacions lorentzianes.
La història de la creació de la cinemàtica
Nos altresva aconseguir entendre el concepte i donar resposta a la pregunta de què és la cinemàtica. Però, quina va ser la història de la seva aparició com a subsecció de la mecànica? Això és del que hem de parlar ara. Durant força temps, tots els conceptes d'aquesta subsecció es van basar en obres escrites pel mateix Aristòtil. Contenien afirmacions rellevants que la velocitat d'un cos durant una caiguda és directament proporcional a l'indicador numèric del pes d'un cos determinat. També es va esmentar que la causa del moviment és directament la força i, en absència, no es pot parlar de cap moviment.
Experiments de Galileu
El famós científic Galileo Galilei es va interessar per les obres d'Aristòtil a finals del segle XVI. Va començar a estudiar el procés de caiguda lliure del cos. Es poden esmentar els seus experiments a la Torre Inclinada de Pisa. El científic també va estudiar el procés d'inèrcia dels cossos. Al final, Galileu va aconseguir demostrar que Aristòtil s'equivocava en les seves obres, i va treure una sèrie de conclusions errònies. En el llibre corresponent, Galileu va exposar els resultats del treball realitzat amb evidència de la fal·làcia de les conclusions d'Aristòtil.
Ara es considera que la cinemàtica moderna es va originar el gener de 1700. Llavors Pierre Varignon va parlar davant l'Acadèmia Francesa de Ciències. També va aportar els primers conceptes d'acceleració i velocitat, escrivint-los i explicant-los en forma diferencial. Una mica més tard, Ampere també va prendre nota d'algunes idees cinemàtiques. Al segle XVIII va utilitzar en cinemàtica l'anomenatcàlcul variacional. La teoria especial de la relativitat, creada encara més tard, va demostrar que l'espai, com el temps, no és absolut. Al mateix temps, es va assenyalar que la velocitat es podria limitar fonamentalment. Són aquests fonaments els que van impulsar la cinemàtica a desenvolupar-se en el marc i els conceptes de l'anomenada mecànica relativista.
Conceptes i quantitats utilitzats a la secció
Els fonaments de la cinemàtica inclouen diverses magnituds que s'utilitzen no només en termes teòrics, sinó que també tenen lloc en fórmules pràctiques utilitzades per modelar i resoldre una sèrie de problemes. Familiaritzem-nos amb aquestes quantitats i conceptes amb més detall. Comencem amb els últims.
1) Moviment mecànic. Es defineix com els canvis en la posició espacial d'un determinat cos idealitzat respecte d' altres (punts materials) en el transcurs del canvi de l'interval de temps. Al mateix temps, els cossos que s'esmenten tenen les corresponents forces d'interacció entre si.
2) Sistema de referència. La cinemàtica, que hem definit abans, es basa en l'ús d'un sistema de coordenades. La presència de les seves variacions és una de les condicions necessàries (la segona condició és l'ús d'instruments o mitjans per a la mesura del temps). En general, un marc de referència és necessari per a la descripció correcta d'un o altre tipus de moviment.
3) Coordenades. En ser un indicador imaginari condicional, inextricablement lligat al concepte anterior (marc de referència), les coordenades no són més que un mètode pel qual la posició d'un cos idealitzat enespai. En aquest cas, es poden utilitzar números i caràcters especials per a la descripció. Els exploradors i artillers sovint utilitzen les coordenades.
4) Vector de radi. Aquesta és una magnitud física que s'utilitza a la pràctica per fixar la posició d'un cos idealitzat amb un ull a la posició original (i no només). En poques paraules, es pren un punt determinat i es fixa per convenció. Molt sovint aquest és l'origen de les coordenades. Així, després d'això, diguem-ne, un cos idealitzat a partir d'aquest punt comença a moure's per una trajectòria lliure arbitrària. En qualsevol moment, podem connectar la posició del cos amb l'origen, i la línia recta resultant no serà més que un vector de radi.
5) La secció de cinemàtica utilitza el concepte de trajectòria. És una línia contínua ordinària, que es crea durant el moviment d'un cos idealitzat durant un moviment lliure arbitrari en un espai de diferents mides. La trajectòria, respectivament, pot ser rectilínia, circular i trencada.
6) La cinemàtica del cos està inextricablement lligada a una magnitud física com la velocitat. De fet, es tracta d'una magnitud vectorial (és molt important recordar que el concepte de magnitud escalar només li és aplicable en situacions excepcionals), que caracteritzarà la velocitat de canvi en la posició d'un cos idealitzat. Es considera un vector pel fet que la velocitat estableix la direcció del moviment en curs. Per utilitzar el concepte, heu d'aplicar el marc de referència, tal com s'ha esmentat anteriorment.
7) Cinemàtica, la definició de la qual parlaque no té en compte les causes que provoquen el moviment, en determinades situacions també considera l'acceleració. També és una magnitud vectorial, que mostra amb quina intensitat canviarà el vector velocitat d'un cos idealitzat amb un canvi alternatiu (paral·lel) en la unitat de temps. Sabent al mateix temps en quina direcció van dirigits tots dos vectors -velocitat i acceleració-, podem dir sobre la naturalesa del moviment del cos. Pot ser uniformement accelerat (els vectors són els mateixos) o uniformement lent (els vectors estan en direccions oposades).
8) Velocitat angular. Una altra quantitat vectorial. En principi, la seva definició coincideix amb l'anàloga que hem donat abans. De fet, l'única diferència és que el cas considerat anteriorment es va produir quan es desplaçava per una trajectòria rectilínia. Aquí tenim un moviment circular. Pot ser un cercle net, així com una el·lipse. Es dóna un concepte similar per a l'acceleració angular.
Física. Cinemàtica. Fórmules
Per resoldre problemes pràctics relacionats amb la cinemàtica dels cossos idealitzats, hi ha tota una llista de diverses fórmules. Permeten determinar la distància recorreguda, la instantània, la velocitat final inicial, el temps durant el qual el cos ha passat aquesta o aquella distància, i molt més. Un cas separat d'aplicació (privada) són situacions amb una caiguda lliure simulada d'un cos. En ells, l'acceleració (indicada per la lletra a) se substitueix per l'acceleració de la gravetat (la lletra g, numèricament és igual a 9,8 m/s^2).
Aleshores, què vam descobrir? Física - cinemàtica (les fórmules de la qualderivats els uns dels altres): aquesta secció s'utilitza per descriure el moviment dels cossos idealitzats sense tenir en compte els paràmetres de força que esdevenen les causes del moviment corresponent. El lector sempre pot familiaritzar-se amb aquest tema amb més detall. La física (el tema "cinemàtica") és molt important, ja que és la que dóna els conceptes bàsics de la mecànica com a secció global de la ciència corresponent.
