Was sind die grundlegenden Konzepte der Kinematik? Was ist diese Wissenschaft und was untersucht sie? Heute werden wir darüber sprechen, was Kinematik ist, welche grundlegenden Konzepte der Kinematik in Aufgaben vorkommen und was sie bedeuten. Lassen Sie uns außerdem über die Mengen sprechen, mit denen wir am häufigsten zu tun haben.
Kinematik. Grundlegende Konzepte und Definitionen
Lassen Sie uns zuerst darüber sprechen, was es ist. Einer der am meisten studierten Bereiche der Physik im Schulkurs ist die Mechanik. Es folgen in unbestimmter Reihenfolge die Molekularphysik, die Elektrizität, die Optik und einige andere Zweige, wie zum Beispiel Kern- und Atomphysik. Aber werfen wir einen genaueren Blick auf die Mechanik. Dieser Zweig der Physik befasst sich mit der Untersuchung der mechanischen Bewegung von Körpern. Es legt einige Muster fest und studiert seine Methoden.
Kinematik als Teil der Mechanik
Letzteres gliedert sich in drei Teile: Kinematik, Dynamik und Statik. Diese drei Teilwissenschaften, wenn man sie so nennen kann, haben einige Besonderheiten. Die Statik untersucht zum Beispiel die Regeln für das Gleichgewicht mechanischer Systeme. Da kommt mir sofort eine Assoziation mit Waagen in den Sinn. Die Dynamik studiert die Bewegungsgesetze von Körpern, achtet aber gleichzeitig auf die auf sie einwirkenden Kräfte. Aber die Kinematik tut dasselbe, nur Kräfte werden nicht berücksichtigt. Folglich wird die Masse eben dieser Körper bei den Aufgaben nicht berücksichtigt.
Grundbegriffe der Kinematik. Mechanisches Uhrwerk
Das Subjekt in dieser Wissenschaft ist ein materieller Punkt. Darunter wird ein Körper verstanden, dessen Abmessungen im Vergleich zu einem bestimmten mechanischen System vernachlässigt werden können. Dieser sogenannte idealisierte Körper ist mit einem idealen Gas verwandt, das in der Sektion Molekularphysik betrachtet wird. Generell spielt der Begriff des materiellen Punktes sowohl in der Mechanik im Allgemeinen als auch in der Kinematik im Besonderen eine ziemlich wichtige Rolle. Die am häufigsten betrachtete sogenannte Translationsbewegung.
Was bedeutet es und was könnte es sein?
Üblicherweise werden Bewegungen in Rotation und Translation unterteilt. Die grundlegenden Konzepte der Kinematik der Translationsbewegung beziehen sich hauptsächlich auf die in den Formeln verwendeten Größen. Wir werden später darüber sprechen, aber kehren wir jetzt zu der Art der Bewegung zurück. Es ist klar, dass sich der Körper dreht, wenn wir über Rotation sprechen. Dementsprechend wird die Translationsbewegung die Bewegung des Körpers in einer Ebene oder linear genannt.
Theoretische Grundlagen zur Problemlösung
Die Kinematik, deren grundlegende Konzepte und Formeln wir jetzt betrachten, hat eine Vielzahl von Aufgaben. Dies wird durch die übliche Kombinatorik erreicht. Eine Methode der Diversität besteht hier darin, unbekannte Bedingungen zu verändern. Ein und dasselbe Problem kann in einem anderen Licht dargestellt werden, indem einfach der Zweck seiner Lösung geändert wird. Es ist erforderlich, Entfernung, Geschwindigkeit, Zeit und Beschleunigung zu finden. Wie Sie sehen können, gibt es eine ganze Reihe von Optionen. Wenn wir hier die Bedingungen des freien Falls mit einbeziehen, wird der Raum einfach unvorstellbar.
Werte und Formeln
Zunächst machen wir eine Reservierung. Mengen können bekanntermaßen einen Doppelcharakter haben. Einerseits kann ein bestimmter Zahlenwert einem bestimmten Wert entsprechen. Andererseits kann es aber auch eine Verteilungsrichtung haben. Zum Beispiel eine Welle. In der Optik sind wir mit einem Konzept wie der Wellenlänge konfrontiert. Aber wenn es eine kohärente Lichtquelle gibt (derselbe Laser), dann haben wir es mit einem Strahl ebener polarisierter Wellen zu tun. Somit entspricht die Welle nicht nur einem numerischen Wert, der ihre Länge angibt, sondern auch einer bestimmten Ausbreitungsrichtung.
Klassisches Beispiel
Solche Fälle sind eine Analogie in der Mechanik. Nehmen wir an, ein Karren rollt vor uns her. Vondie Art der Bewegung, können wir die Vektoreigenschaften ihrer Geschwindigkeit und Beschleunigung bestimmen. Dies wird etwas schwieriger, wenn Sie sich vorwärts bewegen (z. B. auf einem flachen Boden), daher werden wir zwei Fälle betrachten: wenn der Wagen hochrollt und wenn er herunterrollt.
Stellen wir uns also vor, dass der Wagen eine leichte Steigung hinauffährt. In diesem Fall wird es langsamer, wenn keine äußeren Kräfte auf es einwirken. Aber in der umgekehrten Situation, nämlich wenn der Wagen herunterrollt, wird er beschleunigen. Die Geschwindigkeit ist in zwei Fällen dahin gerichtet, wo sich das Objekt bewegt. Dies sollte als Regel gelten. Aber die Beschleunigung kann den Vektor verändern. Beim Verzögern wird es in die dem Geschwindigkeitsvektor entgegengesetzte Richtung gerichtet. Das erklärt die Verlangsamung. Eine ähnliche logische Kette kann auf die zweite Situation angewendet werden.
Andere Werte
Wir haben gerade darüber gesprochen, dass man in der Kinematik nicht nur mit skalaren Größen arbeitet, sondern auch mit vektoriellen. Gehen wir jetzt noch einen Schritt weiter. Neben Geschwindigkeit und Beschleunigung werden beim Lösen von Problemen auch Eigenschaften wie Entfernung und Zeit verwendet. Übrigens ist die Geschwindigkeit in Anfangs- und Momentangeschwindigkeit unterteilt. Der erste von ihnen ist ein Spezialfall des zweiten. Die momentane Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, die zu einem bestimmten Zeitpunkt gefunden werden kann. Und mit der Initiale ist wohl alles klar.
Aufgabe
Ein großer Teil der Theorie wurde von uns weiter oben in den vorherigen Abschnitten untersucht. Jetzt müssen nur noch die Grundformeln angegeben werden. Aber wir werden es noch besser machen: Wir werden die Formeln nicht nur berücksichtigen, sondern sie auch bei der Problemlösung anwenden, um sie zu lösendas erworbene Wissen abrunden. Kinematik verwendet eine ganze Reihe von Formeln, durch deren Kombination Sie alles erreichen können, was Sie lösen müssen. Hier ist ein Problem mit zwei Bedingungen, um dies vollständig zu verstehen.
Ein Radfahrer wird nach dem Überqueren der Ziellinie langsamer. Er brauchte fünf Sekunden, um vollständig zum Stehen zu kommen. Finden Sie heraus, mit welcher Beschleunigung er abgebremst hat und wie viel Bremsweg er zurückgelegt hat. Der Bremsweg wird linear betrachtet, die Endgeschwindigkeit wird gleich Null genommen. Beim Überqueren der Ziellinie betrug die Geschwindigkeit 4 Meter pro Sekunde.
Eigentlich ist die Aufgabe recht interessant und gar nicht so einfach, wie es auf den ersten Blick erscheinen mag. Wenn wir versuchen, die Abstandsformel in die Kinematik zu übernehmen (S=Vot + (-) (bei ^ 2/2)), dann wird daraus nichts, da wir eine Gleichung mit zwei Variablen haben werden. Wie ist in einem solchen Fall vorzugehen? Wir können zwei Wege gehen: zuerst die Beschleunigung berechnen, indem wir die Daten in die Formel V=Vo - at einsetzen, oder die Beschleunigung von dort aus ausdrücken und sie in die Entfernungsformel einsetzen. Verwenden wir die erste Methode.
Also ist die Endgeschwindigkeit Null. Anfänglich - 4 Meter pro Sekunde. Indem wir die entsprechenden Größen auf die linke und rechte Seite der Gleichung übertragen, erh alten wir einen Ausdruck für die Beschleunigung. Hier gilt: a=Vo/t. Sie beträgt also 0,8 Meter pro Quadratsekunde und hat Bremscharakter.
Gehe zur Entfernungsformel. Wir ersetzen einfach Daten darin. Wir bekommen die Antwort: Der Anh alteweg beträgt 10 Meter.
