مفاهیم اساسی سینماتیک چیست؟ این علم چیست و به چه چیزی می پردازد؟ امروز ما در مورد چیستی سینماتیک، مفاهیم اساسی سینماتیک در وظایف و معنای آنها صحبت خواهیم کرد. علاوه بر این، بیایید در مورد مقادیری که اغلب با آنها سروکار داریم صحبت کنیم.
سینماتیک. مفاهیم و تعاریف اساسی
ابتدا، بیایید در مورد چیستی آن صحبت کنیم. یکی از پرمطالع ترین بخش های فیزیک در دوره مدرسه، رشته مکانیک است. فیزیک مولکولی، الکتریسیته، اپتیک و برخی شاخه‌های دیگر مانند فیزیک هسته‌ای و اتمی به ترتیب نامشخصی دنبال می‌شود. اما بیایید نگاه دقیق تری به مکانیک بیندازیم. این شاخه از فیزیک به مطالعه حرکت مکانیکی اجسام می پردازد. برخی از الگوها را ایجاد می کند و روش های آن را مطالعه می کند.
سینماتیک به عنوان بخشی از مکانیک
دومی به سه بخش تقسیم می شود: سینماتیک، دینامیک و استاتیک. این سه علم، اگر بتوان آنها را اینگونه نامید، ویژگی هایی دارند. به عنوان مثال، استاتیک قوانین تعادل سیستم های مکانیکی را مطالعه می کند. ارتباطی با ترازو بلافاصله به ذهن می رسد. دینامیک قوانین حرکت اجسام را مطالعه می کند، اما در عین حال به نیروهای وارد بر آنها توجه می کند. اما سینماتیک همین کار را می کند، فقط نیروها در نظر گرفته نمی شوند. در نتیجه، جرم همان اجسام در کارها در نظر گرفته نمی شود.
مفاهیم اساسی سینماتیک. حرکت مکانیکی
موضوع در این علم یک نکته مادی است. به عنوان جسمی در نظر گرفته می شود که ابعاد آن در مقایسه با یک سیستم مکانیکی خاص، قابل چشم پوشی است. این جسم به اصطلاح ایده آل شده شبیه به یک گاز ایده آل است که در بخش فیزیک مولکولی مورد توجه قرار می گیرد. به طور کلی، مفهوم نقطه مادی، چه در مکانیک به طور کلی و چه در سینماتیک به طور خاص، نقش نسبتا مهمی ایفا می کند. متداول ترین حرکت به اصطلاح ترجمه ای در نظر گرفته شده است.
به چه معناست و چه می تواند باشد؟
معمولاً حرکات به دو دسته چرخشی و انتقالی تقسیم می شوند. مفاهیم اساسی سینماتیک حرکت انتقالی عمدتاً به کمیت های استفاده شده در فرمول ها مربوط می شود. بعداً در مورد آنها صحبت خواهیم کرد، اما فعلاً به نوع حرکت برگردیم. واضح است که اگر در مورد چرخشی صحبت می کنیم، بدن در حال چرخش است.بر این اساس، حرکت انتقالی را حرکت بدن در صفحه یا خطی می نامند.
مبانی نظری برای حل مسائل
سینماتیک، مفاهیم و فرمول های اساسی که اکنون در حال بررسی آن هستیم، دارای تعداد زیادی کار است. این از طریق ترکیبات معمولی به دست می آید. یکی از روش های تنوع در اینجا تغییر شرایط ناشناخته است. تنها با تغییر هدف از راه حل، می توان یک مشکل را در نور دیگری ارائه کرد. برای یافتن فاصله، سرعت، زمان، شتاب مورد نیاز است. همانطور که می بینید، گزینه های زیادی وجود دارد. اگر شرایط سقوط آزاد را در اینجا لحاظ کنیم، فضا به سادگی غیرقابل تصور می شود.
مقادیر و فرمول
اول از همه، بیایید یک بار رزرو کنیم. همانطور که مشخص است، کمیت ها می توانند ماهیت دوگانه داشته باشند. از یک طرف، یک مقدار عددی خاص ممکن است با یک مقدار مشخص مطابقت داشته باشد. اما از طرفی می تواند جهت توزیع نیز داشته باشد. مثلا یک موج. در اپتیک، ما با مفهومی مانند طول موج مواجه هستیم. اما اگر یک منبع نوری منسجم (همان لیزر) وجود داشته باشد، با پرتویی از امواج پلاریزه صفحه روبرو هستیم. بنابراین، موج نه تنها با یک مقدار عددی که طول آن را نشان می‌دهد، بلکه به جهت معین انتشار نیز مطابقت دارد.
نمونه کلاسیک
چنین مواردی در مکانیک قیاس هستند. فرض کنید یک گاری جلوی ما می چرخد. توسطماهیت حرکت، ما می توانیم ویژگی های برداری سرعت و شتاب آن را تعیین کنیم. انجام این کار هنگام حرکت به سمت جلو (مثلاً در یک طبقه صاف) کمی دشوارتر خواهد بود، بنابراین ما دو مورد را در نظر خواهیم گرفت: زمانی که چرخ دستی به سمت بالا می پیچد و زمانی که به پایین می غلتد.
پس بیایید تصور کنیم که سبد خرید با شیب اندکی بالا می رود. در این صورت اگر هیچ نیروی خارجی روی آن وارد نشود سرعت آن کاهش می یابد. اما در وضعیت معکوس، یعنی زمانی که گاری به سمت پایین غلت می زند، شتاب می گیرد. سرعت در دو حالت به سمت جایی است که جسم در حال حرکت است. این باید به عنوان یک قاعده در نظر گرفته شود. اما شتاب می تواند بردار را تغییر دهد. هنگام کاهش سرعت، در جهت مخالف بردار سرعت هدایت می شود. این کاهش سرعت را توضیح می دهد. یک زنجیره منطقی مشابه را می توان برای وضعیت دوم اعمال کرد.
مقادیر دیگر
ما فقط در مورد این واقعیت صحبت کردیم که در سینماتیک آنها نه تنها با مقادیر اسکالر، بلکه با مقادیر برداری نیز عمل می کنند. حالا بیایید یک قدم جلوتر برویم. در حل مسائل علاوه بر سرعت و شتاب از ویژگی هایی مانند مسافت و زمان استفاده می شود. به هر حال، سرعت به اولیه و آنی تقسیم می شود. اولی از آنها مورد خاص دومی است. سرعت لحظه ای سرعتی است که در هر لحظه می توان آن را یافت. و با شروع، احتمالا، همه چیز روشن است.
وظیفه
بخش بزرگی از این نظریه قبلاً در پاراگراف های قبلی توسط ما مورد مطالعه قرار گرفت. اکنون تنها ارائه فرمول های اساسی باقی مانده است. اما ما حتی بهتر عمل خواهیم کرد: ما فقط فرمول ها را در نظر نمی گیریم، بلکه آنها را هنگام حل مسئله به کار می گیریم تا بتوانیمدانش کسب شده را نهایی کنید. سینماتیک از مجموعه کاملی از فرمول‌ها استفاده می‌کند که با ترکیب آنها می‌توانید به هر چیزی که برای حل آن نیاز دارید دست پیدا کنید. در اینجا یک مشکل با دو شرط برای درک کامل این موضوع وجود دارد.
یک دوچرخه سوار پس از عبور از خط پایان سرعت خود را کاهش می دهد. پنج ثانیه طول کشید تا او کاملاً متوقف شود. دریابید که او با چه شتابی سرعتش را کاهش داده و همچنین چقدر مسافت ترمز را طی کرده است. فاصله ترمز خطی در نظر گرفته می شود، سرعت نهایی برابر با صفر است. در لحظه عبور از خط پایان سرعت 4 متر بر ثانیه بود.
در واقع، این کار بسیار جالب است و آنقدرها هم که در نگاه اول به نظر می رسد ساده نیست. اگر بخواهیم فرمول فاصله را در سینماتیک (S=Vot + (-) (در ^ 2/2) بگیریم، هیچ نتیجه ای حاصل نمی شود، زیرا معادله ای با دو متغیر خواهیم داشت. در چنین حالتی چگونه باید اقدام کرد؟ می‌توانیم دو راه برویم: ابتدا شتاب را با جایگزین کردن داده‌ها به فرمول V=Vo - at محاسبه کنیم، یا شتاب را از آنجا بیان کنیم و آن را با فرمول فاصله جایگزین کنیم. بیایید از روش اول استفاده کنیم.
بنابراین، سرعت نهایی صفر است. اولیه - 4 متر در ثانیه. با انتقال کمیت های متناظر به سمت چپ و راست معادله، به بیانی برای شتاب می رسیم. اینجاست: a=Vo/t. بنابراین، برابر با 0.8 متر بر ثانیه مربع خواهد بود و دارای کاراکتر ترمز است.
به فرمول فاصله بروید. ما به سادگی داده ها را در آن جایگزین می کنیم. جواب می‌گیریم: فاصله توقف 10 متر است.
