Çfarë është kinematika? Për herë të parë, nxënësit e shkollave të mesme fillojnë të njihen me përkufizimin e tij në mësimet e fizikës. Vetë mekanika (kinematika është një nga degët e saj) përbën një pjesë të madhe të kësaj shkence. Zakonisht nxënësve u paraqitet fillimisht në tekstet shkollore. Siç thamë, kinematika është një nënseksion i mekanikës. Por meqenëse po flasim për të, le të flasim për këtë pak më në detaje.
Mekanika si pjesë e fizikës
Fjala "mekanikë" në vetvete është me origjinë greke dhe fjalë për fjalë përkthehet si arti i ndërtimit të makinave. Në fizikë, konsiderohet një seksion që studion lëvizjen e të ashtuquajturave trupa materialë nga ne në hapësira me përmasa të ndryshme (d.m.th., lëvizja mund të ndodhë në një plan, në një rrjet koordinativ të kushtëzuar ose në hapësirën tredimensionale.). Studimi i ndërveprimit midis pikave materiale është një nga detyrat që kryen mekanika (kinematika është një përjashtim nga ky rregull, pasi ajo është e angazhuar në modelimin dhe analizimin e situatave alternative pa marrë parasysh ndikimin e parametrave të forcës). Me gjithë këtë duhet theksuar se dega përkatëse e fizikësnënkupton me lëvizje ndryshimin e pozicionit të trupit në hapësirë me kalimin e kohës. Ky përkufizim është i zbatueshëm jo vetëm për pikat materiale ose trupat në tërësi, por edhe për pjesët e tyre.
Koncepti i kinematikës
Emri i këtij seksioni të fizikës është gjithashtu me origjinë greke dhe fjalë për fjalë përkthehet si "lëviz". Kështu, marrim përgjigjen fillestare, ende të paformuar me të vërtetë në pyetjen se çfarë është kinematika. Në këtë rast, mund të themi se seksioni studion metodat matematikore për përshkrimin e llojeve të caktuara të lëvizjes së trupave të idealizuar drejtpërdrejt. Po flasim për të ashtuquajturat trupa absolutisht të ngurtë, për lëngjet ideale dhe, natyrisht, për pikat materiale. Është shumë e rëndësishme të mbani mend se kur aplikoni përshkrimin, shkaqet e lëvizjes nuk merren parasysh. Kjo do të thotë, parametra të tillë si masa e trupit ose forca që ndikojnë në natyrën e lëvizjes së tij nuk janë subjekt i shqyrtimit.
Bazat e kinematikës
Ato përfshijnë koncepte të tilla si koha dhe hapësira. Si një nga shembujt më të thjeshtë, mund të citojmë një situatë ku, të themi, një pikë materiale lëviz përgjatë një rrethi me një rreze të caktuar. Në këtë rast, kinematika do t'i atribuojë ekzistencën e detyrueshme të një sasie të tillë si nxitimi centripetal, i cili drejtohet përgjatë vektorit nga vetë trupi në qendër të rrethit. Kjo do të thotë, vektori i nxitimit në çdo kohë do të përkojë me rrezen e rrethit. Por edhe në këtë rast (menxitimi centripetal) kinematika nuk do të tregojë natyrën e forcës që shkaktoi shfaqjen e saj. Këto janë tashmë veprime që analizon dinamika.
Si është kinematika?
Pra, ne, në fakt, dhamë përgjigjen se çfarë është kinematika. Është një degë e mekanikës që studion se si të përshkruajë lëvizjen e objekteve të idealizuara pa studiuar parametrat e forcës. Tani le të flasim se çfarë mund të jetë kinematika. Lloji i parë i tij është klasik. Është e zakonshme të merren parasysh karakteristikat absolute hapësinore dhe kohore të një lloji të caktuar lëvizjeje. Në rolin e të parës shfaqen gjatësitë e segmenteve, në rolin e të dytit, intervalet kohore. Me fjalë të tjera, mund të themi se këto parametra mbeten të pavarur nga zgjedhja e sistemit të referencës.
relativist
Lloji i dytë i kinematikës është relativist. Në të, midis dy ngjarjeve përkatëse, karakteristikat kohore dhe hapësinore mund të ndryshojnë nëse bëhet një kalim nga një kornizë referimi në tjetrën. Njëkohësia e origjinës së dy ngjarjeve në këtë rast merr edhe një karakter ekskluzivisht relativ. Në këtë lloj kinematike, dy koncepte të veçanta (dhe po flasim për hapësirën dhe kohën) bashkohen në një. Në të, sasia, e cila zakonisht quhet interval, bëhet e pandryshueshme sipas transformimeve Lorenciane.
Historia e krijimit të kinematikës
Nearriti të kuptojë konceptin dhe t'i japë një përgjigje pyetjes se çfarë është kinematika. Por cila ishte historia e shfaqjes së saj si një nënseksion i mekanikës? Kjo është ajo për të cilën duhet të flasim tani. Për një kohë të gjatë, të gjitha konceptet e këtij nënseksioni bazoheshin në veprat e shkruara nga vetë Aristoteli. Ato përmbanin pohime përkatëse se shpejtësia e një trupi gjatë rënies është drejtpërdrejt proporcionale me treguesin numerik të peshës së një trupi të caktuar. Gjithashtu u përmend se shkaku i lëvizjes është drejtpërdrejt forca dhe në mungesë të saj nuk mund të flitet për asnjë lëvizje.
Eksperimentet e Galileos
Shkencëtari i famshëm Galileo Galilei u interesua për veprat e Aristotelit në fund të shekullit të gjashtëmbëdhjetë. Ai filloi të studionte procesin e rënies së lirë të trupit. Mund të përmenden eksperimentet e tij në Kullën e Anuar të Pizës. Shkencëtari studioi gjithashtu procesin e inercisë së trupave. Në fund, Galileo arriti të provojë se Aristoteli kishte gabuar në veprat e tij dhe ai bëri një sërë përfundimesh të gabuara. Në librin përkatës, Galileo përshkroi rezultatet e punës së kryer me dëshmi të gabimit të përfundimeve të Aristotelit.
Kinematika moderne tani konsiderohet të ketë origjinën në janar 1700. Pastaj Pierre Varignon foli para Akademisë Franceze të Shkencave. Ai solli edhe konceptet e para të nxitimit dhe shpejtësisë, duke i shkruar dhe shpjeguar ato në një formë diferenciale. Pak më vonë, Ampere gjithashtu vuri në dukje disa ide kinematike. Në shekullin e tetëmbëdhjetë ai përdori në kinematikë të ashtuquajturatllogaritja variacionale. Teoria speciale e relativitetit, e krijuar edhe më vonë, tregoi se hapësira, ashtu si koha, nuk është absolute. Në të njëjtën kohë, u theksua se shpejtësia mund të kufizohet thelbësisht. Janë këto themele që e shtynë kinematikën të zhvillohet brenda kornizës dhe koncepteve të të ashtuquajturës mekanikë relativiste.
Konceptet dhe sasitë e përdorura në seksionin
Bazat e kinematikës përfshijnë disa sasi që përdoren jo vetëm në aspektin teorik, por gjithashtu zënë vend në formula praktike të përdorura në modelimin dhe zgjidhjen e një game të caktuar problemesh. Le të njihemi më hollësisht me këto sasi dhe koncepte. Le të fillojmë me të fundit.
1) Lëvizja mekanike. Përkufizohet si ndryshime në pozicionin hapësinor të një trupi të caktuar të idealizuar në raport me të tjerët (pikat materiale) gjatë ndryshimit të intervalit kohor. Në të njëjtën kohë, trupat që përmenden kanë forcat përkatëse të ndërveprimit me njëri-tjetrin.
2) Sistemi i referencës. Kinematika, të cilën e përcaktuam më herët, bazohet në përdorimin e një sistemi koordinativ. Prania e variacioneve të tij është një nga kushtet e nevojshme (kushti i dytë është përdorimi i instrumenteve ose mjeteve për matjen e kohës). Në përgjithësi, një kornizë referimi është e nevojshme për përshkrimin e suksesshëm të një ose një lloji tjetër lëvizjeje.
3) Koordinatat. Duke qenë një tregues imagjinar i kushtëzuar, i lidhur pazgjidhshmërisht me konceptin e mëparshëm (kornizën e referencës), koordinatat nuk janë gjë tjetër veçse një metodë me të cilën pozicioni i një trupi të idealizuar nëhapësirë. Në këtë rast, numrat dhe karakteret speciale mund të përdoren për përshkrim. Koordinatat përdoren shpesh nga skautët dhe gjuajtësit.
4) Vektori i rrezes. Kjo është një sasi fizike që përdoret në praktikë për të vendosur pozicionin e një trupi të idealizuar me një sy në pozicionin origjinal (dhe jo vetëm). E thënë thjesht, merret një pikë e caktuar dhe fiksohet për konventë. Më shpesh kjo është origjina e koordinatave. Pra, pas kësaj, le të themi, një trup i idealizuar nga kjo pikë fillon të lëvizë përgjatë një trajektore të lirë arbitrare. Në çdo moment në kohë, ne mund të lidhim pozicionin e trupit me origjinën, dhe vija e drejtë që rezulton nuk do të jetë asgjë më shumë se një vektor rreze.
5) Seksioni i kinematikës përdor konceptin e një trajektoreje. Është një linjë e zakonshme e vazhdueshme, e cila krijohet gjatë lëvizjes së një trupi të idealizuar gjatë lëvizjes së lirë arbitrare në një hapësirë të madhësive të ndryshme. Trajektorja, përkatësisht, mund të jetë drejtvizore, rrethore dhe e thyer.
6) Kinematika e trupit është e lidhur pazgjidhshmërisht me një sasi të tillë fizike si shpejtësia. Në fakt, kjo është një sasi vektoriale (është shumë e rëndësishme të mbani mend se koncepti i një sasie skalare është i zbatueshëm për të vetëm në situata të jashtëzakonshme), i cili do të karakterizojë shpejtësinë e ndryshimit në pozicionin e një trupi të idealizuar. Konsiderohet si vektor për faktin se shpejtësia përcakton drejtimin e lëvizjes në vazhdim. Për të përdorur konceptin, duhet të aplikoni kornizën e referencës, siç u përmend më herët.
7) Kinematika, përkufizimi i së cilës tregon përse nuk merr parasysh shkaqet që shkaktojnë lëvizjen, në situata të caktuara merr parasysh edhe nxitimin. Është gjithashtu një sasi vektoriale, e cila tregon se sa intensivisht do të ndryshojë vektori i shpejtësisë së një trupi të idealizuar me një ndryshim alternativ (paralel) në njësinë e kohës. Duke ditur në të njëjtën kohë se në cilin drejtim drejtohen të dy vektorët - shpejtësia dhe nxitimi, mund të themi për natyrën e lëvizjes së trupit. Mund të jetë ose i përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme (vektorët janë të njëjtë) ose uniformisht i ngadalshëm (vektorët janë në drejtime të kundërta).
8) Shpejtësia këndore. Një sasi tjetër vektoriale. Në parim, përkufizimi i tij përkon me atë analog që dhamë më parë. Në fakt, ndryshimi i vetëm është se rasti i konsideruar më parë ndodhi kur lëvizte përgjatë një trajektoreje drejtvizore. Këtu kemi një lëvizje rrethore. Mund të jetë një rreth i zoti, si dhe një elips. Një koncept i ngjashëm është dhënë për nxitimin këndor.
Fizik. Kinematika. Formulat
Për të zgjidhur problemet praktike që lidhen me kinematikën e trupave të idealizuar, ekziston një listë e tërë formulash të ndryshme. Ato ju lejojnë të përcaktoni distancën e përshkuar, të menjëhershme, shpejtësinë fillestare përfundimtare, kohën gjatë së cilës trupi ka kaluar këtë apo atë distancë dhe shumë më tepër. Një rast i veçantë aplikimi (privat) janë situatat me një rënie të lirë të simuluar të një trupi. Në to, nxitimi (i shënuar me shkronjën a) zëvendësohet me nxitimin e gravitetit (shkronja g, numerikisht është e barabartë me 9,8 m/s^2).
Pra, çfarë zbuluam? Fizikë - kinematikë (formula e së cilësrrjedhin nga njëri-tjetri) - ky seksion përdoret për të përshkruar lëvizjen e trupave të idealizuar pa marrë parasysh parametrat e forcës që bëhen shkaqet e lëvizjes përkatëse. Lexuesi gjithmonë mund të njihet me këtë temë në mënyrë më të detajuar. Fizika (tema "kinematika") është shumë e rëndësishme, pasi është ajo që jep konceptet themelore të mekanikës si një seksion global i shkencës përkatëse.
