سینماتیک چیست؟ این زیر شاخه ای از مکانیک است که به مطالعه روش های ریاضی و هندسی برای توصیف حرکت اجسام ایده آل می پردازد. آنها به چند دسته تقسیم می شوند. موضوع مقاله امروز جنبه هایی خواهد بود که به نوعی با مفهوم «سینماتیک نقطه» مرتبط هستند. ما موضوعات زیادی را پوشش خواهیم داد، اما با اساسی ترین مفاهیم و توضیحات کاربرد آنها در این زمینه شروع می کنیم.
چه اشیایی در نظر گرفته می شوند؟
اگر سینماتیک شاخه ای از فیزیک است که نحوه توصیف حرکت اجسام در فضاهایی با اندازه های مختلف را مطالعه می کند، پس باید با خود اجسام کار کنید، درست است؟ برای درک سریع آنچه در خطر است، می توانید یک درس چندرسانه ای که برای دانش آموزان طراحی شده است بیابید. درک سینماتیک به طور کلی ساده است، اگر اصول آن را بدانید. وقتی با آنها آشنا می شوید، متوجه می شوید که در تئوری اطلاعاتی وجود دارد که این شاخه از فیزیک قوانین حرکت اجسام مادی را مطالعه می کند.نکته ها. توجه کنید که چگونه تعریف اشیا تعمیم می یابد. از سوی دیگر، نقاط مادی تنها اشیاء مورد توجه سینماتیک نیستند. این شاخه از فیزیک اصول حرکت اجسام کاملاً صلب و سیالات ایده آل را مطالعه می کند. اغلب همه این سه مفهوم در یکی ترکیب می شوند و به سادگی می گویند "اشیاء ایده آل". ایده آل سازی در این مورد برای قراردادهای محاسبات و خروج از خطاهای سیستماتیک احتمالی مورد نیاز است. اگر به تعریف یک نقطه مادی نگاه کنید متوجه می شوید که در مورد آن چنین نوشته شده است: این جسمی است که در موقعیت مربوطه می توان از ابعاد آن صرف نظر کرد. این را می توان به صورت زیر درک کرد: در مقایسه با مسافت طی شده، ابعاد خطی جسم ناچیز است.
چه چیزی برای توصیف استفاده می شود؟
همانطور که قبلا ذکر شد، سینماتیک زیربخشی از مکانیک است که چگونگی توصیف حرکت یک نقطه را مطالعه می کند. اما اگر اینطور است، آیا به این معناست که برای انجام چنین عملیاتی به برخی مفاهیم و اصول اساسی مانند مفاهیم بدیهی نیاز است؟ آره. و در مورد ما، آنها هستند. اول، در سینماتیک، حل مسائل بدون نگاه کردن به نیروهای وارد بر یک نقطه مادی یک قانون است. همه ما به خوبی می دانیم که اگر یک جسم به آن نیروی خاصی وارد شود، شتاب می گیرد یا کند می شود. و سینماتیک زیربخشی است که به شما امکان می دهد با شتاب کار کنید. با این حال، ماهیت نیروهای نوظهور در اینجا مورد توجه قرار نمی گیرد. برای توصیف حرکت از روش های تحلیل ریاضی، هندسه خطی و فضایی استفاده می شود.همچنین جبر شبکه های مختصات و خود مختصات نیز نقش خاصی دارند. اما کمی بعد در مورد این موضوع صحبت خواهیم کرد.
تاریخچه آفرینش
اولین آثار سینماتیک توسط دانشمند بزرگ ارسطو گردآوری شد. او بود که برخی از اصول اساسی این صنعت را شکل داد. و اگرچه آثار و نتیجه‌گیری‌های او حاوی تعدادی نظرات و تأملات اشتباه بود، آثار او هنوز برای فیزیک مدرن ارزش زیادی دارد. آثار ارسطو متعاقباً توسط گالیله گالیله مورد مطالعه قرار گرفت. او آزمایش های معروف را با برج پیزا انجام داد، زمانی که قوانین فرآیند سقوط آزاد یک جسم را بررسی کرد. گالیله پس از مطالعه همه چیز درون و بیرون، تأملات و نتایج ارسطو را مورد انتقاد شدید قرار داد. به عنوان مثال، اگر دومی نوشت که نیرو علت حرکت است، گالیله ثابت کرد که نیرو علت شتاب است، اما نه اینکه جسم بلند شود و شروع به حرکت و حرکت کند. طبق نظر ارسطو، جسم تنها زمانی می تواند سرعت بگیرد که تحت یک نیروی معین قرار گیرد. اما می دانیم که این نظر اشتباه است، زیرا یک حرکت ترجمه یکنواخت وجود دارد. این یک بار دیگر با فرمول های سینماتیک ثابت می شود. و ما به سوال بعدی می رویم.
سینماتیک. فیزیک. مفاهیم اولیه
تعدادی از اصول و تعاریف اساسی در این بخش وجود دارد. بیایید با اصلی شروع کنیم.
حرکت مکانیکی
احتمالاً از روی نیمکت مدرسه سعی داریم این ایده را مطرح کنیم که چه چیزی می تواند یک حرکت مکانیکی در نظر گرفته شود. ما روزانه، ساعتی و هر ثانیه با آن سروکار داریم. ما حرکت مکانیکی را فرآیندی در نظر خواهیم گرفت که در طول زمان در فضا رخ می دهد، یعنی تغییر موقعیت یک جسم. در عین حال، نسبیت اغلب به فرآیند اعمال می شود، یعنی می گویند که موقعیت جسم اول نسبت به موقعیت بدن دوم تغییر کرده است. بیایید تصور کنیم که ما دو ماشین در خط شروع داریم. چراغ جلوی اپراتور یا چراغ ها روشن می شود - و ماشین ها بلند می شوند. در همان ابتدا یک تغییر موضع وجود دارد. علاوه بر این، می توانید در مورد این موضوع برای مدت طولانی و خسته کننده صحبت کنید: در مورد یک رقیب، در مورد خط شروع، در مورد یک تماشاگر ثابت. اما شاید ایده روشن باشد. همین را می توان در مورد دو نفر گفت که یا در یک جهت یا در جهت های مختلف می روند. موقعیت هر یک از آنها نسبت به دیگری در هر لحظه از زمان تغییر می کند.
سیستم مرجع
سینماتیک، فیزیک - همه این علوم از چنین مفهوم اساسی به عنوان چارچوب مرجع استفاده می کنند. در واقع نقش بسیار مهمی دارد و تقریباً در همه جا در مسائل عملی استفاده می شود. دو جزء مهم دیگر را می توان با چارچوب مرجع متصل کرد.
شبکه مختصات و مختصات
دومی چیزی بیش از مجموعه ای از اعداد و حروف نیست. با استفاده از تنظیمات منطقی خاص، می توانیم تنظیمات خود را بسازیمیک شبکه مختصات یک بعدی یا دو بعدی، که به ما امکان می دهد ساده ترین مسائل تغییر موقعیت یک نقطه مادی را در یک دوره زمانی معین حل کنیم. معمولاً در عمل از یک شبکه مختصات دو بعدی با محورهای X ("x") و Y ("y") استفاده می شود. در فضای سه بعدی، محور Z را اضافه می کند (Z) و در فضای یک بعدی فقط X حضور دارد. توپخانه ها و پیشاهنگ ها اغلب با مختصات کار می کنند. و برای اولین بار در مدرسه ابتدایی با آنها روبرو می شویم، زمانی که شروع به کشیدن قطعات با طول معین می کنیم. به هر حال، فارغ التحصیلی چیزی نیست جز استفاده از مختصات برای نشان دادن آغاز و پایان.
سینماتیک درجه 10. تعداد
کمیت های اصلی مورد استفاده در حل مسائل سینماتیک یک نقطه مادی عبارتند از فاصله، زمان، سرعت و شتاب. بیایید در مورد دو مورد آخر با جزئیات بیشتری صحبت کنیم. هر دوی این کمیت ها برداری هستند. به عبارت دیگر، آنها نه تنها یک نشانگر عددی، بلکه یک جهت از پیش تعیین شده نیز دارند. حرکت بدن در جهتی اتفاق خواهد افتاد که بردار سرعت جهت آن است. در عین حال، اگر موردی از حرکت ناهموار داریم، نباید بردار شتاب را فراموش کرد. شتاب را می توان در یک جهت یا در جهت مخالف هدایت کرد. اگر آنها به طور مشترک هدایت شوند، بدن سریعتر و سریعتر حرکت می کند. اگر مخالف باشند، آنگاه سرعت جسم کاهش می یابد تا زمانی که متوقف شود. پس از آن، در صورت وجود شتاب، بدن سرعت مخالف را به دست می آورد، یعنی در جهت مخالف حرکت می کند. همه اینها در عمل بسیار بسیار واضح توسط سینماتیک نشان داده شده است. کلاس دهم فقط همین استدوره ای که این بخش از فیزیک به اندازه کافی افشا شده است.
فرمولها
فرمول های سینماتیک هم برای خروجی و هم برای به خاطر سپردن بسیار ساده هستند. برای مثال، فرمول مسافت طی شده توسط یک جسم در یک زمان معین به شرح زیر است: S=VoT + aT^2/2. همانطور که می بینیم، در سمت چپ ما دقیقاً همان فاصله را داریم. در سمت راست می توانید سرعت، زمان و شتاب اولیه را پیدا کنید. علامت مثبت فقط مشروط است، زیرا شتاب می تواند یک مقدار اسکالر منفی در طول فرآیند کاهش سرعت جسم بگیرد. به طور کلی، سینماتیک حرکت دلالت بر وجود یک نوع سرعت دارد، ما دائماً می گوییم "ابتدایی"، "نهایی"، "آنی". سرعت لحظه ای در یک نقطه خاص از زمان ظاهر می شود. اما بالاخره اگر اینطور فکر می کنید، اجزای نهایی یا اولیه چیزی جز جلوه های خاص آن نیستند، درست است؟ موضوع «سینماتیک» احتمالاً در بین دانش‌آموزان مورد علاقه است، زیرا ساده و جالب است.
نمونه هایی از مشکلات
در ساده ترین سینماتیک، دسته بندی های کاملی از وظایف بسیار متفاوت وجود دارد. همه آنها به طریقی با حرکت یک نقطه مادی به یکدیگر متصل می شوند. به عنوان مثال در برخی نیاز به تعیین مسافت طی شده توسط بدن در یک زمان معین است. در این حالت می توان پارامترهایی مانند سرعت اولیه و شتاب را شناخت. یا شاید به دانش آموز وظیفه ای داده شود که فقط شامل نیاز به بیان و محاسبه شتاب بدن است. بیایید یک مثال بزنیم. ماشین از حالت ایستا شروع می شود. اگر شتابش سه متر باشد چه مسافتی را در 5 ثانیه طی خواهد کرد؟تقسیم بر دوم ثانیه؟
برای حل این مشکل، به فرمول S=VoT + at^2/2 نیاز داریم. ما به سادگی داده های موجود را در آن جایگزین می کنیم. این شتاب و زمان است. توجه داشته باشید که عبارت Vot به صفر می رسد، زیرا سرعت اولیه صفر است. به این ترتیب پاسخ عددی 75 متر را می گیریم. همین، مشکل حل شد.
نتایج
بنابراین، اصول و تعاریف اساسی را فهمیدیم، یک فرمول را مثال زدیم و در مورد تاریخچه ایجاد این زیربخش صحبت کردیم. سینماتیک که مفهوم آن در کلاس هفتم در دروس فیزیک مطرح می شود، در چارچوب بخش نسبیتی (غیر کلاسیک) به طور مداوم بهبود می یابد.
