Was ist Kinematik? Dies ist ein Teilgebiet der Mechanik, das die mathematischen und geometrischen Methoden zur Beschreibung der Bewegung idealisierter Objekte untersucht. Sie fallen in mehrere Kategorien. Das Thema des heutigen Artikels werden Aspekte sein, die irgendwie mit dem Konzept der "Punktkinematik" zusammenhängen. Wir werden viele Themen behandeln, aber wir beginnen mit den grundlegendsten Konzepten und Erläuterungen zu ihrer Anwendung in diesem Bereich.
Welche Objekte werden berücksichtigt?
Wenn Kinematik ein Zweig der Physik ist, der untersucht, wie man die Bewegung von Körpern in Räumen unterschiedlicher Größe beschreibt, dann muss man mit den Körpern selbst operieren, richtig? Um schnell zu verstehen, worum es geht, finden Sie eine Multimedia-Lektion für Schüler. Kinematik ist im Allgemeinen einfach zu verstehen, wenn Sie ihre Grundlagen verstehen. Wenn Sie sich mit ihnen vertraut machen, werden Sie feststellen, dass es in der Theorie Informationen gibt, dass dieser Zweig der Physik die Bewegungsgesetze materieller Objekte untersucht. Punkte. Beachten Sie, wie die Definition von Objekten verallgemeinert wird. Andererseits sind materielle Punkte nicht die einzigen Objekte, die von der Kinematik betrachtet werden. Dieser Zweig der Physik untersucht die Bewegungsprinzipien sowohl absolut starrer Körper als auch idealer Flüssigkeiten. Sehr oft werden alle diese drei Konzepte zu einem kombiniert, was einfach "idealisierte Objekte" bedeutet. Idealisierung ist in diesem Fall für die Konventionen der Berechnungen und die Abkehr von möglichen systematischen Fehlern erforderlich. Wenn Sie sich die Definition eines materiellen Punktes ansehen, werden Sie feststellen, dass darüber geschrieben steht: Das ist ein Körper, dessen Dimensionen in der entsprechenden Situation vernachlässigt werden können. Dies kann wie folgt verstanden werden: Im Vergleich zur zurückgelegten Strecke sind die linearen Abmessungen des Objekts vernachlässigbar.
Was wird zur Beschreibung verwendet?
Wie bereits erwähnt, ist die Kinematik ein Teilbereich der Mechanik, der untersucht, wie man die Bewegung eines Punktes beschreibt. Aber wenn dem so ist, bedeutet das, dass einige grundlegende Konzepte und Prinzipien, wie axiomatische, benötigt werden, um solche Operationen durchzuführen? Ja. Und in unserem Fall sind sie es. Erstens ist es in der Kinematik eine Regel, Probleme zu lösen, ohne auf die auf einen materiellen Punkt wirkenden Kräfte zurückzublicken. Wir alle wissen ganz genau, dass ein Körper beschleunigt oder abgebremst wird, wenn eine bestimmte Kraft auf ihn einwirkt. Und Kinematik ist der Unterabschnitt, der es Ihnen ermöglicht, mit Beschleunigung zu arbeiten. Die Natur der entstehenden Kräfte wird hier jedoch nicht berücksichtigt. Zur Beschreibung der Bewegung werden Methoden der mathematischen Analyse, der linearen und räumlichen Geometrie verwendet undauch Algebra. Auch Koordinatengitter und die Koordinaten selbst spielen eine gewisse Rolle. Aber darüber reden wir später.
Schöpfungsgeschichte
Die ersten Arbeiten zur Kinematik wurden vom großen Wissenschaftler Aristoteles zusammengestellt. Er war es, der einige der Grundprinzipien dieser Branche formte. Und obwohl seine Arbeiten und Schlussfolgerungen eine Reihe von irrigen Meinungen und Überlegungen enthielten, sind seine Arbeiten immer noch von großem Wert für die moderne Physik. Aristoteles' Werke wurden anschließend von Galileo Galilei studiert. Er führte die berühmten Experimente mit dem Schiefen Turm von Pisa durch, als er die Gesetzmäßigkeiten des Vorgangs des freien Falls eines Körpers untersuchte. Nachdem er alles von innen und außen studiert hatte, unterzog Galileo die Überlegungen und Schlussfolgerungen des Aristoteles einer scharfen Kritik. Wenn letzterer zum Beispiel schrieb, dass Kraft die Ursache der Bewegung ist, bewies Galileo, dass Kraft die Ursache der Beschleunigung ist, aber nicht, dass der Körper abhebt und beginnt, sich zu bewegen und sich zu bewegen. Laut Aristoteles kann ein Körper nur dann Geschwindigkeit erlangen, wenn er einer bestimmten Kraft ausgesetzt wird. Wir wissen aber, dass diese Meinung falsch ist, da es sich um eine gleichförmige Translationsbewegung handelt. Dies wird noch einmal durch die Formeln der Kinematik bewiesen. Und wir kommen zur nächsten Frage.
Kinematik. Physik. Grundkonzepte
In diesem Abschnitt gibt es eine Reihe grundlegender Prinzipien und Definitionen. Beginnen wir mit der Hauptsache.
Mechanisches Uhrwerk
Wahrscheinlich versuchen wir von der Schulbank aus die Vorstellung davon zu vermitteln, was als mechanische Bewegung angesehen werden kann. Wir beschäftigen uns damit täglich, stündlich, jede Sekunde. Wir betrachten die mechanische Bewegung als einen zeitlich im Raum ablaufenden Vorgang, nämlich eine Veränderung der Position eines Körpers. Gleichzeitig wird oft Relativität auf den Prozess angewendet, dh sie sagen, dass sich die Position beispielsweise des ersten Körpers relativ zur Position des zweiten geändert hat. Stellen wir uns vor, wir haben zwei Autos am Start. Die Freigabe des Operators oder die Ampeln leuchten auf – und die Autos heben ab. Ganz am Anfang steht schon ein Positionswechsel. Darüber hinaus kann man lange und mühsam darüber reden: über einen Wettkämpfer, über die Startlinie, über einen festen Zuschauer. Aber vielleicht ist die Idee klar. Dasselbe gilt für zwei Menschen, die entweder in eine Richtung oder in unterschiedliche Richtungen gehen. Die Position jedes von ihnen relativ zu den anderen ändert sich zu jedem Zeitpunkt.
Referenzsystem
Kinematik, Physik - all diese Wissenschaften verwenden solch ein grundlegendes Konzept als Bezugsrahmen. Tatsächlich spielt es eine sehr wichtige Rolle und wird fast überall bei praktischen Problemen verwendet. Zwei weitere wichtige Komponenten lassen sich mit dem Bezugsrahmen verbinden.
Koordinatengitter und Koordinaten
Letztere sind nichts weiter als eine Ansammlung von Zahlen und Buchstaben. Mit bestimmten logischen Einstellungen können wir unsere eigenen zusammenstellenein eindimensionales oder zweidimensionales Koordinatengitter, mit dem wir die einfachsten Probleme der Änderung der Position eines materiellen Punktes über einen bestimmten Zeitraum lösen können. Üblicherweise wird in der Praxis ein zweidimensionales Koordinatengitter mit den Achsen X ("x") und Y ("y") verwendet. Im dreidimensionalen Raum fügt es die Z-Achse („z“) hinzu, und im eindimensionalen Raum ist nur X. Artilleristen und Späher arbeiten oft mit Koordinaten. Und zum ersten Mal begegnen sie uns in der Grundschule, wenn wir anfangen, Segmente einer bestimmten Länge zu zeichnen. Schließlich ist die Graduierung nichts anderes als die Verwendung von Koordinaten zur Angabe von Anfang und Ende.
Kinematik Klasse 10. Mengen
Die Hauptgrößen zur Lösung von Problemen zur Kinematik eines materiellen Punktes sind Weg, Zeit, Geschwindigkeit und Beschleunigung. Lassen Sie uns ausführlicher über die letzten beiden sprechen. Beide Größen sind Vektoren. Mit anderen Worten, sie haben nicht nur einen numerischen Indikator, sondern auch eine bestimmte vorgegebene Richtung. Die Bewegung des Körpers erfolgt in die Richtung, in die der Geschwindigkeitsvektor gerichtet ist. Gleichzeitig sollte man den Beschleunigungsvektor nicht vergessen, wenn wir einen Fall von ungleichmäßiger Bewegung haben. Die Beschleunigung kann in die gleiche Richtung oder in die entgegengesetzte Richtung gerichtet sein. Wenn sie gemeinsam geleitet werden, beginnt sich der Körper immer schneller zu bewegen. Wenn sie entgegengesetzt sind, wird das Objekt langsamer, bis es stoppt. Danach erhält der Körper bei Beschleunigung die entgegengesetzte Geschwindigkeit, dh er bewegt sich in die entgegengesetzte Richtung. All dies wird in der Praxis sehr, sehr anschaulich durch die Kinematik gezeigt. Die 10. Klasse ist genau dasder Zeitraum, in dem dieser Abschnitt der Physik ausreichend offengelegt ist.
Formeln
Kinematikformeln sind sowohl für die Ausgabe als auch für das Auswendiglernen recht einfach. Die Formel für die von einem Objekt in einer bestimmten Zeit zurückgelegte Strecke lautet beispielsweise wie folgt: S=VoT + aT^2/2. Wie wir sehen können, haben wir auf der linken Seite genau den gleichen Abstand. Auf der rechten Seite finden Sie die Anfangsgeschwindigkeit, Zeit und Beschleunigung. Das Pluszeichen ist nur bedingt, da die Beschleunigung während des Vorgangs der Objektverzögerung einen negativen Skalarwert annehmen kann. Im Allgemeinen impliziert die Kinematik der Bewegung die Existenz einer Art von Geschwindigkeit, wir sagen ständig „anfänglich“, „endgültig“, „augenblicklich“. Die momentane Geschwindigkeit erscheint zu einem bestimmten Zeitpunkt. Aber wenn Sie so denken, dann sind die endgültigen oder anfänglichen Komponenten nichts anderes als ihre besonderen Manifestationen, richtig? Das Thema "Kinematik" ist wahrscheinlich bei Schülern sehr beliebt, weil es einfach und interessant ist.
Beispiele für Probleme
In der einfachsten Kinematik gibt es ganze Kategorien ganz unterschiedlicher Aufgaben. Alle sind auf die eine oder andere Weise mit der Bewegung eines materiellen Punktes verbunden. Beispielsweise ist es bei einigen erforderlich, die vom Körper in einer bestimmten Zeit zurückgelegte Strecke zu bestimmen. Dabei können Parameter wie Anfangsgeschwindigkeit und Beschleunigung bekannt sein. Oder vielleicht wird dem Schüler eine Aufgabe gestellt, die nur darin besteht, die Beschleunigung des Körpers auszudrücken und zu berechnen. Nehmen wir ein Beispiel. Das Auto startet aus einer statischen Position. Welche Strecke hat er in 5 Sekunden zurückzulegen, wenn seine Beschleunigung drei Meter beträgt,dividiert durch eine Sekunde zum Quadrat?
Um dieses Problem zu lösen, brauchen wir die Formel S=VoT + at^2/2. Wir ersetzen einfach die verfügbaren Daten darin. Es ist Beschleunigung und Zeit. Beachten Sie, dass der Term Vot auf Null geht, da die Anfangsgeschwindigkeit Null ist. Somit erh alten wir eine numerische Antwort von 75 Metern. Das war's, Problem gelöst.
Ergebnisse
So haben wir die grundlegenden Prinzipien und Definitionen herausgefunden, ein Beispiel für eine Formel gegeben und über die Entstehungsgeschichte dieses Unterabschnitts gesprochen. Die Kinematik, deren Konzept in der siebten Klasse in den Physikunterricht eingeführt wird, wird im Rahmen des relativistischen (nicht-klassischen) Teils ständig weiterentwickelt.
