Was ist Kinematik? Im Physikunterricht machen sich erstmals Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe mit ihrer Definition vertraut. Die Mechanik (die Kinematik ist einer ihrer Zweige) selbst macht einen großen Teil dieser Wissenschaft aus. Normalerweise wird es den Schülern zuerst in Lehrbüchern präsentiert. Wie gesagt, Kinematik ist ein Teilgebiet der Mechanik. Aber da wir über sie sprechen, lassen Sie uns etwas ausführlicher darüber sprechen.
Mechanik als Teil der Physik
Das Wort „Mechanik“selbst ist griechischen Ursprungs und bedeutet wörtlich die Kunst des Maschinenbaus. In der Physik gilt es als eine Abteilung, die die Bewegung der sogenannten materiellen Körper durch uns in unterschiedlich großen Räumen untersucht (d.h. die Bewegung kann in einer Ebene, auf einem bedingten Koordinatengitter oder im dreidimensionalen Raum erfolgen). Die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen materiellen Punkten ist eine der Aufgaben, die die Mechanik ausführt (die Kinematik bildet eine Ausnahme von dieser Regel, da sie sich mit der Modellierung und Analyse alternativer Situationen befasst, ohne den Einfluss von Kraftparametern zu berücksichtigen). Bei all dem ist zu beachten, dass der entsprechende Zweig der PhysikUnter Bewegung versteht man die zeitliche Veränderung der Position des Körpers im Raum. Diese Definition gilt nicht nur für materielle Punkte oder Körper als Ganzes, sondern auch für ihre Teile.
Das Konzept der Kinematik
Der Name dieses Teils der Physik ist ebenfalls griechischen Ursprungs und bedeutet wörtlich übersetzt „bewegen“. Damit erh alten wir die erste, noch nicht wirklich ausgeformte Antwort auf die Frage, was Kinematik ist. In diesem Fall können wir sagen, dass die Sektion mathematische Methoden zur Beschreibung bestimmter Bewegungsarten direkt idealisierter Körper untersucht. Wir sprechen von den sogenannten absolut festen Körpern, von idealen Flüssigkeiten und natürlich von materiellen Punkten. Es ist sehr wichtig, sich daran zu erinnern, dass bei der Anwendung der Beschreibung die Ursachen der Bewegung nicht berücksichtigt werden. Das heißt, Parameter wie Körpermasse oder Kraft, die die Art seiner Bewegung beeinflussen, werden nicht berücksichtigt.
Grundlagen der Kinematik
Sie beinh alten Konzepte wie Zeit und Raum. Als eines der einfachsten Beispiele können wir eine Situation anführen, in der sich beispielsweise ein materieller Punkt entlang eines Kreises mit einem bestimmten Radius bewegt. In diesem Fall wird die Kinematik die obligatorische Existenz einer solchen Größe als Zentripetalbeschleunigung zuschreiben, die entlang des Vektors vom Körper selbst zum Mittelpunkt des Kreises gerichtet ist. Das heißt, der Beschleunigungsvektor fällt zu jedem Zeitpunkt mit dem Radius des Kreises zusammen. Aber auch in diesem Fall (mitZentripetalbeschleunigung) Kinematik wird nicht die Art der Kraft angeben, die sie verursacht hat. Dies sind bereits Aktionen, die die Dynamik analysiert.
Wie ist Kinematik?
Also haben wir tatsächlich die Antwort darauf gegeben, was Kinematik ist. Es ist ein Zweig der Mechanik, der untersucht, wie man die Bewegung idealisierter Objekte beschreibt, ohne Kraftparameter zu untersuchen. Lassen Sie uns nun darüber sprechen, was Kinematik sein kann. Sein erster Typ ist klassisch. Es ist üblich, die absoluten räumlichen und zeitlichen Eigenschaften einer bestimmten Bewegungsart zu betrachten. In der Rolle des ersteren erscheinen die Längen der Segmente, in der Rolle des letzteren die Zeitintervalle. Mit anderen Worten können wir sagen, dass diese Parameter unabhängig von der Wahl des Bezugssystems bleiben.
Relativistisch
Die zweite Art der Kinematik ist relativistisch. Darin können sich zwischen zwei korrespondierenden Ereignissen zeitliche und räumliche Eigenschaften ändern, wenn von einem Bezugsrahmen in einen anderen übergegangen wird. Auch die Gleichzeitigkeit des Entstehens zweier Ereignisse nimmt in diesem Fall einen ausschließlich relativen Charakter an. Bei dieser Art von Kinematik verschmelzen zwei getrennte Konzepte (und wir sprechen von Raum und Zeit) zu einem. Darin wird die Größe, die üblicherweise als Intervall bezeichnet wird, unter Lorentz-Transformationen invariant.
Die Entstehungsgeschichte der Kinematik
unsgelang es, das Konzept zu verstehen und eine Antwort auf die Frage zu geben, was Kinematik ist. Aber was war die Entstehungsgeschichte als Teilgebiet der Mechanik? Darüber müssen wir jetzt sprechen. Alle Konzepte dieses Unterabschnitts basierten lange Zeit auf Werken, die von Aristoteles selbst verfasst wurden. Sie enthielten relevante Aussagen, dass die Geschwindigkeit eines Körpers während eines Sturzes direkt proportional zum numerischen Indikator des Gewichts eines bestimmten Körpers ist. Es wurde auch erwähnt, dass die Ursache der Bewegung direkt die Kraft ist und ohne deren Abwesenheit von keiner Bewegung gesprochen werden kann.
Experimente von Galileo
Der berühmte Wissenschaftler Galileo Galilei interessierte sich Ende des 16. Jahrhunderts für die Werke des Aristoteles. Er begann, den Prozess des freien Falls des Körpers zu studieren. Erwähnt seien seine Experimente am Schiefen Turm von Pisa. Der Wissenschaftler untersuchte auch den Trägheitsprozess von Körpern. Am Ende gelang es Galileo zu beweisen, dass Aristoteles in seinen Werken falsch lag, und er zog eine Reihe falscher Schlussfolgerungen. In dem entsprechenden Buch skizzierte Galileo die Ergebnisse der durchgeführten Arbeiten mit Beweisen für den Irrtum der Schlussfolgerungen des Aristoteles.
Die moderne Kinematik gilt heute als im Januar 1700 entstanden. Dann sprach Pierre Varignon vor der französischen Akademie der Wissenschaften. Er brachte auch die ersten Konzepte von Beschleunigung und Geschwindigkeit mit, schrieb und erklärte sie in einer differentiellen Form. Wenig später nahm Ampere auch einige kinematische Ideen zur Kenntnis. Im achtzehnten Jahrhundert verwendete er in der Kinematik die sogVariationsrechnung. Die noch später entstandene spezielle Relativitätstheorie zeigte, dass der Raum ebenso wie die Zeit nicht absolut ist. Gleichzeitig wurde darauf hingewiesen, dass die Geschwindigkeit grundsätzlich begrenzt werden könnte. Diese Grundlagen veranlassten die Kinematik, sich im Rahmen und in den Konzepten der sogenannten relativistischen Mechanik zu entwickeln.
Im Abschnitt verwendete Konzepte und Mengen
Die Grundlagen der Kinematik umfassen mehrere Größen, die nicht nur in theoretischer Hinsicht verwendet werden, sondern auch in praktischen Formeln zur Modellierung und Lösung einer bestimmten Reihe von Problemen verwendet werden. Machen wir uns mit diesen Größen und Konzepten genauer vertraut. Beginnen wir mit den letzten.
1) Mechanische Bewegung. Es ist definiert als Änderungen der räumlichen Position eines bestimmten idealisierten Körpers relativ zu anderen (materiellen Punkten) im Laufe der Änderung des Zeitintervalls. Gleichzeitig haben die genannten Körper die entsprechenden Wechselwirkungskräfte untereinander.
2) Bezugssystem. Kinematik, die wir zuvor definiert haben, basiert auf der Verwendung eines Koordinatensystems. Das Vorhandensein seiner Variationen ist eine der notwendigen Bedingungen (die zweite Bedingung ist die Verwendung von Instrumenten oder Mitteln zur Zeitmessung). Generell ist für die erfolgreiche Beschreibung der einen oder anderen Bewegungsart ein Bezugsrahmen notwendig.
3) Koordinaten. Als bedingter imaginärer Indikator, der untrennbar mit dem vorherigen Konzept (Bezugsrahmen) verbunden ist, sind die Koordinaten nichts anderes als eine Methode, mit der die Position eines idealisierten Körpers bestimmt wirdPlatz. In diesem Fall können Zahlen und Sonderzeichen für die Beschreibung verwendet werden. Koordinaten werden oft von Kundschaftern und Kanonieren verwendet.
4) Radiusvektor. Dies ist eine physikalische Größe, die in der Praxis verwendet wird, um die Position eines idealisierten Körpers mit Blick auf die ursprüngliche Position (und nicht nur) festzulegen. Einfach ausgedrückt, ein bestimmter Punkt wird genommen und für die Konvention festgelegt. Meistens ist dies der Koordinatenursprung. Also, sagen wir, danach beginnt sich ein idealisierter Körper von diesem Punkt aus auf einer freien, willkürlichen Bahn zu bewegen. Wir können die Position des Körpers zu jedem Zeitpunkt mit dem Ursprung verbinden, und die resultierende gerade Linie ist nichts anderes als ein Radiusvektor.
5) Der Kinematikabschnitt verwendet das Konzept einer Trajektorie. Es ist eine gewöhnliche kontinuierliche Linie, die während der Bewegung eines idealisierten Körpers bei beliebiger freier Bewegung in einem Raum unterschiedlicher Größe entsteht. Die Flugbahn kann jeweils geradlinig, kreisförmig und gebrochen sein.
6) Die Kinematik des Körpers ist untrennbar mit einer physikalischen Größe wie Geschwindigkeit verbunden. Tatsächlich ist dies eine Vektorgröße (es ist sehr wichtig, sich daran zu erinnern, dass das Konzept einer skalaren Größe nur in Ausnahmesituationen darauf anwendbar ist), die die Geschwindigkeit der Änderung der Position eines idealisierten Körpers charakterisiert. Es wird als Vektor betrachtet, da die Geschwindigkeit die Richtung der laufenden Bewegung festlegt. Um das Konzept zu verwenden, müssen Sie, wie bereits erwähnt, den Bezugsrahmen anwenden.
7) Kinematik, deren Definition etwas aussagtdass es nicht die Ursachen berücksichtigt, die eine Bewegung verursachen, sondern in bestimmten Situationen auch die Beschleunigung berücksichtigt. Sie ist auch eine Vektorgröße, die angibt, wie stark sich der Geschwindigkeitsvektor eines idealisierten Körpers bei einer alternativen (parallelen) Änderung in der Zeiteinheit ändert. Wenn wir gleichzeitig wissen, in welche Richtung beide Vektoren - Geschwindigkeit und Beschleunigung - gerichtet sind, können wir etwas über die Art der Bewegung des Körpers sagen. Es kann entweder gleichmäßig beschleunigt (die Vektoren sind gleich) oder gleichmäßig langsam (die Vektoren sind in entgegengesetzte Richtungen) sein.
8) Winkelgeschwindigkeit. Eine weitere Vektorgröße. Im Prinzip stimmt seine Definition mit der analogen überein, die wir früher gegeben haben. Tatsächlich besteht der einzige Unterschied darin, dass der zuvor betrachtete Fall bei der Bewegung entlang einer geradlinigen Bahn auftrat. Hier haben wir eine Kreisbewegung. Es kann sowohl ein ordentlicher Kreis als auch eine Ellipse sein. Ein ähnliches Konzept gilt für die Winkelbeschleunigung.
Physik. Kinematik. Formeln
Um praktische Probleme im Zusammenhang mit der Kinematik idealisierter Körper zu lösen, gibt es eine ganze Liste verschiedener Formeln. Sie ermöglichen es Ihnen, die zurückgelegte Strecke, die momentane, die anfängliche Endgeschwindigkeit, die Zeit, in der der Körper diese oder jene Strecke zurückgelegt hat, und vieles mehr zu bestimmen. Ein separater Anwendungsfall (privat) sind Situationen mit simuliertem freien Fall eines Körpers. In ihnen wird die Beschleunigung (gekennzeichnet durch den Buchstaben a) durch die Erdbeschleunigung (Buchstabe g, numerisch gleich 9,8 m/s^2) ersetzt.
Also, was haben wir herausgefunden? Physik - Kinematik (deren Formelnvoneinander abgeleitet) - dieser Abschnitt dient der Beschreibung der Bewegung idealisierter Körper ohne Berücksichtigung der Kraftparameter, die zur Ursache der entsprechenden Bewegung werden. Der Leser kann sich jederzeit ausführlicher mit diesem Thema vertraut machen. Die Physik (das Thema „Kinematik“) ist sehr wichtig, da sie die Grundbegriffe der Mechanik als globalen Teilbereich der entsprechenden Wissenschaft vermittelt.
