Tema e artikullit tonë të sotëm do të jetë kinematika e një pike materiale. Për çfarë bëhet fjalë? Cilat koncepte shfaqen në të dhe çfarë përkufizimi duhet t'i jepet këtij termi? Ne do të përpiqemi t'u përgjigjemi këtyre dhe shumë pyetjeve të tjera sot.
Përkufizim dhe koncept
Kinematika e një pike materiale nuk është gjë tjetër veçse një nënseksion i fizikës i quajtur "mekanikë". Ajo, nga ana tjetër, studion modelet e lëvizjes së trupave të caktuar. Kinematika e një pike materiale gjithashtu merret me këtë problem, por nuk e bën atë në një mënyrë të përgjithshme. Në fakt, ky nënseksion studion metodat që ju lejojnë të përshkruani lëvizjen e trupave. Në këtë rast, vetëm të ashtuquajturit trupa të idealizuar janë të përshtatshëm për kërkime. Këto përfshijnë: një pikë materiale, një trup absolutisht të ngurtë dhe një gaz ideal. Le të shqyrtojmë konceptet në më shumë detaje. Të gjithë e dimë nga banka e shkollës se është zakon të quajmë një pikë materiale trup, përmasat e të cilit në një situatë të caktuar mund të neglizhohen. Meqë ra fjala, fillon për herë të parë kinematika e lëvizjes përkthimore të një pike materialeshfaqen në tekstet e fizikës së klasës së shtatë. Kjo është dega më e thjeshtë, kështu që është më e përshtatshme të filloni njohjen me shkencën me ndihmën e saj. Një pyetje më vete është se cilat janë elementet e kinematikës së një pike materiale. Ka mjaft prej tyre, dhe me kusht ato mund të ndahen në disa nivele me kompleksitet të ndryshëm për t'u kuptuar. Nëse flasim, për shembull, për vektorin e rrezes, atëherë, në parim, nuk ka asgjë të ndërlikuar në përcaktimin e tij. Megjithatë, do të bini dakord se do të jetë shumë më e lehtë për një student ta kuptojë atë sesa për një nxënës të shkollës së mesme ose të mesme. Dhe për të qenë i sinqertë, nuk ka nevojë t'ua shpjegojmë tiparet e këtij termi gjimnazistëve.
Një histori e shkurtër e krijimit të kinematikës
Shumë e shumë vite më parë, shkencëtari i madh Aristoteli ia kushtoi pjesën e luanit të kohës së tij të lirë studimit dhe përshkrimit të fizikës si një shkencë më vete. Ai gjithashtu ka punuar në kinematikë, duke u përpjekur të paraqesë tezat dhe konceptet e saj kryesore, të përdorura në një mënyrë apo tjetër në përpjekjet për të zgjidhur probleme praktike, madje edhe të përditshme. Aristoteli dha idetë fillestare se cilat janë elementet e kinematikës së një pike materiale. Veprat dhe veprat e tij janë shumë të vlefshme për mbarë njerëzimin. Megjithatë, në konkluzionet e tij ai bëri një numër të konsiderueshëm gabimesh, dhe arsyeja për këtë ishin disa keqkuptime dhe llogaritje të gabuara. Në një kohë, një tjetër shkencëtar, Galileo Galilei, u interesua për veprat e Aristotelit. Një nga tezat themelore të paraqitura nga Aristoteli ishte se lëvizja e një trupindodh vetëm nëse mbi të veprohet nga ndonjë forcë, e përcaktuar nga intensiteti dhe drejtimi. Galileo vërtetoi se ky ishte një gabim. Forca do të ndikojë në parametrin e shpejtësisë së lëvizjes, por jo më shumë. Italiani tregoi se forca është shkaku i përshpejtimit dhe mund të lindë vetëm reciprokisht me të. Gjithashtu, Galileo Galilei i kushtoi vëmendje të konsiderueshme studimit të procesit të rënies së lirë, duke nxjerrë modelet e duhura. Ndoshta të gjithë i mbajnë mend eksperimentet e tij të famshme, të cilat ai i kreu në Kullën e Anuar të Pizës. Fizikani Amper përdori gjithashtu bazat e zgjidhjeve kinematike në veprat e tij.
Konceptet fillestare
Siç u përmend më herët, kinematika është studimi i mënyrave për të përshkruar lëvizjen e objekteve të idealizuara. Në këtë rast, bazat e analizës matematikore, algjebrës së zakonshme dhe gjeometrisë mund të zbatohen në praktikë. Por cilat koncepte (pikërisht koncepte, dhe jo përkufizime për sasitë parametrike) qëndrojnë në themel të këtij nënseksioni të fizikës? Së pari, të gjithë duhet të kuptojnë qartë se kinematika e lëvizjes përkthimore të një pike materiale e konsideron lëvizjen pa marrë parasysh treguesit e forcës. Kjo do të thotë, për të zgjidhur problemet përkatëse, nuk kemi nevojë për formula që lidhen me forcën. Ajo nuk merret parasysh nga kinematika, pa marrë parasysh sa prej tyre ka - një, dy, tre, të paktën disa qindra mijëra. Megjithatë, ekzistenca e përshpejtimit është ende e siguruar. Në një numër problemesh, kinematika e lëvizjes së një pike materiale parashikon përcaktimin e madhësisë së nxitimit. Sidoqoftë, shkaqet e këtij fenomeni (d.m.th., forcat dhenatyra e tyre) nuk merren parasysh por anashkalohen.
Klasifikimi
Kemi zbuluar se kinematika eksploron dhe zbaton metoda për të përshkruar lëvizjen e trupave pa marrë parasysh forcat që veprojnë mbi to. Nga rruga, një tjetër nënseksion i mekanikës, i cili quhet dinamikë, merret me një detyrë të tillë. Tashmë atje, zbatohen ligjet e Njutonit, të cilat lejojnë në praktikë të përcaktojnë mjaft parametra me një sasi të vogël të të dhënave fillestare të njohura. Konceptet bazë të kinematikës së një pike materiale janë hapësira dhe koha. Dhe në lidhje me zhvillimin e shkencës si në përgjithësi ashtu edhe në këtë fushë, lindi pyetja për përshtatshmërinë e përdorimit të një kombinimi të tillë.
Që në fillim kishte kinematikë klasike. Mund të themi se karakterizohet jo vetëm nga prania e boshllëqeve kohore dhe hapësinore, por edhe pavarësia e tyre nga zgjedhja e njërës ose tjetrës kornizë referimi. Nga rruga, ne do të flasim për këtë pak më vonë. Tani le të shpjegojmë se për çfarë po flasim. Në këtë rast, një segment do të konsiderohet një interval hapësinor, dhe një interval kohor do të konsiderohet një interval kohor. Gjithçka duket se është e qartë. Pra, këto boshllëqe do të konsiderohen në kinematikën klasike si absolute, invariante, me fjalë të tjera, të pavarura nga kalimi nga një kornizë referimi në tjetrën. Qoftë kinematika relativiste e biznesit. Në të, boshllëqet gjatë kalimit midis sistemeve të referencës mund të ndryshojnë. Do të ishte edhe më e saktë të thuhej se nuk munden, por ndoshta duhet. Për shkak të kësaj, njëkohshmëria e të dyjavengjarjet e rastësishme gjithashtu bëhen relative dhe i nënshtrohen një konsiderate të veçantë. Kjo është arsyeja pse në kinematikën relativiste dy koncepte - hapësira dhe koha - kombinohen në një.
Kinematika e një pike materiale: shpejtësia, nxitimi dhe sasi të tjera
Për të kuptuar të paktën pak këtë nënseksion të fizikës, duhet të lundroni në konceptet më të rëndësishme, të njihni përkufizimet dhe të imagjinoni se çfarë është kjo ose ajo sasi në terma të përgjithshëm. Nuk ka asgjë të vështirë në këtë, në fakt, gjithçka është shumë e lehtë dhe e thjeshtë. Merrni parasysh, ndoshta, për të filluar, konceptet bazë të përdorura në problemet e kinematikës.
Lëvizja
Lëvizja mekanike do të shqyrtojmë procesin gjatë të cilit një ose një objekt tjetër i idealizuar ndryshon pozicionin e tij në hapësirë. Në këtë rast, mund të themi se ndryshimi ndodh në raport me trupat e tjerë. Është gjithashtu e nevojshme të merret parasysh fakti që vendosja e një intervali të caktuar kohor midis dy ngjarjeve ndodh njëkohësisht. Për shembull, do të jetë e mundur të izolohet një interval i caktuar i formuar gjatë kohës së kaluar midis trupit që arrin nga një pozicion në tjetrin. Vëmë re gjithashtu se trupat në këtë rast mund dhe do të ndërveprojnë me njëri-tjetrin, sipas ligjeve të përgjithshme të mekanikës. Kjo është pikërisht ajo me të cilën më së shpeshti vepron kinematika e një pike materiale. Sistemi i referencës është koncepti tjetër që është i lidhur pazgjidhshmërisht me të.
Koordinatat
Ato mund të quhen të dhëna të zakonshme që ju lejojnë të përcaktoni pozicionin e trupit në një kohë ose në një tjetër. Koordinatat janë të lidhura pazgjidhshmërisht me konceptin e një sistemi referimi, si dhe me rrjetin koordinativ. Më shpesh ato janë një kombinim shkronjash dhe numrash.
Vektori i rrezes
Nga emri tashmë duhet të jetë e qartë se çfarë është. Sidoqoftë, le të flasim për këtë në më shumë detaje. Nëse një pikë lëviz përgjatë një trajektoreje të caktuar dhe ne e dimë saktësisht fillimin e një sistemi të caktuar referimi, atëherë mund të vizatojmë një vektor rreze në çdo kohë. Ai do të lidhë pozicionin fillestar të pikës me pozicionin e menjëhershëm ose përfundimtar.
Trajektore
Do të quhet një vijë e vazhdueshme, e cila vendoset si rezultat i lëvizjes së një pike materiale në një sistem të caktuar referimi.
Shpejtësia (si lineare ashtu edhe këndore)
Kjo është një vlerë që mund të tregojë se sa shpejt trupi kalon nëpër një interval të caktuar largësie.
Nxitimi (si këndor ashtu edhe linear)
Tregon me cilin ligj dhe sa intensivisht ndryshon parametri i shpejtësisë së trupit.
Ndoshta, këtu janë - elementët kryesorë të kinematikës së një pike materiale. Duhet të theksohet se si shpejtësia ashtu edhe nxitimi janë sasi vektoriale. Dhe kjo do të thotë se ato nuk kanë vetëm një vlerë treguese, por edhe një drejtim të caktuar. Nga rruga, ato mund të drejtohen si në një drejtim ashtu edhe në drejtime të kundërta. Në rastin e parë, trupi do të përshpejtohet, në të dytën do të ngadalësohet.
Detyra të thjeshta
Kinematika e një pike materiale (shpejtësia, nxitimi dhe distanca në të cilat janë koncepte praktikisht themelore) përfshin jo vetëm një numër të madh detyrash, por shumë nga kategoritë e tyre të ndryshme. Le të përpiqemi të zgjidhim një problem mjaft të thjeshtë duke përcaktuar distancën e përshkuar nga trupi.
Supozoni se kushtet që kemi në dispozicion janë si më poshtë. Makina e shoferit është në vijën e nisjes. Operatori jep miratimin me flamurin dhe makina ngrihet papritmas. Përcaktoni nëse ajo mund të vendosë një rekord të ri në konkurrencën e vrapuesve, nëse udhëheqësja e ardhshme përshkoi një distancë prej njëqind metrash në 7.8 sekonda. Merre nxitimin e makinës të barabartë me 3 metra pjesëtuar me një sekondë në katror.
Pra, si ta zgjidhni këtë problem? Është mjaft interesante, pasi na kërkohet të mos "thahemi" të përcaktojmë disa parametra. Ajo ndriçohet me qarkullim dhe një situatë të caktuar, e cila diversifikon procesin e zgjidhjes dhe kërkimit të treguesve. Por nga çfarë duhet të udhëhiqemi përpara se t'i qasemi detyrës?
1. Kinematika e një pike materiale parashikon përdorimin e nxitimit në këtë rast.
2. Zgjidhja supozohet duke përdorur formulën e distancës, pasi vlera e saj numerike shfaqet në kushte.
Problemi në fakt zgjidhet mjaft thjeshtë. Për ta bërë këtë, marrim formulën e distancës: S=VoT + (-) AT ^ 2/2. Cila është pika? Ne duhet të zbulojmë se sa kohë do të kalojë kalorësi në distancën e caktuar dhe më pas të krahasojmë shifrën me rekordin për të zbuluar nëse ai e mposht atë apo jo. Për ta bërë këtë, ndani kohë, marrim formulënpër të: AT^2 + 2VoT - 2S. Ky nuk është asgjë më shumë se një ekuacion kuadratik. Por makina ngrihet, që do të thotë se shpejtësia fillestare do të jetë 0. Gjatë zgjidhjes së ekuacionit, diskriminuesi do të jetë i barabartë me 2400. Për të gjetur kohën, duhet të vendosni rrënjën. Bëjmë në numrin e dytë dhjetor: 48,98 Gjeni rrënjën e ekuacionit: 48,98/6=8,16 sekonda. Rezulton se shoferi nuk do të jetë në gjendje të mposht rekordin ekzistues.
