Kinematics гэж юу вэ? Механизмын хэсэг, ид шидийн бие махбодийн хөдөлгөөний математикийн тодорхойлолтыг судлах

Kinematics гэж юу вэ? Ахлах сургуулийн эхний сурагчдын физик суралцагсад анх танилцахдаа үүнийг танилцуулж эхэлнэ. Механик (kinematics нь түүний хэсгүүдийн нэг хэсэг) нь энэ шинжлэх ухааны хамгийн чухал хэсгийг бүрдүүлдэг. Ихэвчлэн сурах бичгүүдэд анх суралцагчид танилцуулдаг. Кадиматик гэдэг нь механикийн нэг хэсэг юм. Гэхдээ энэ тухай түүний тухай бид илүү дэлгэрэнгүй ярих болно.

Физикийн нэг хэсэг болох механикууд

"Механик" гэдэг үг нь грек гарал үүсэлтэй бөгөөд машин механизмын урлаг гэж орчуулагддаг. Физикт энэ нь янз бүрийн хэмжээтэй орон зайд (материаллаг координатын сүлжээнд эсвэл гурван хэмжээст орон зайд хөдөлгөөн хийх тохиолдол байдаг) материалын хөдөлгөөнийг судалж буй хэсэг гэж үздэг . Материаллаг цэгүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн судалгаа нь механикаар хийгдсэн үйл ажиллагааны нэг юм. (Kinematics нь тэдгээрийн дүрмийг үл харгалзан, загварчлал хийх, хүч хувиргах параметрийн нөлөөг харгалзахгүйгээр өөр хувилбаруудын шинжилгээ хийхтэй холбоотой). Энэ бүхэнтэйгээр физикийн холбогдох хэсэг нь цаг хугацааны явцад бие махбодийн байрлал дахь өөрчлөлтийн хөдөлгөөний дор оршдог гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Энэ тодорхойлолт нь зөвхөн материаллаг цэгүүд эсвэл бие махбодид бүхэлд нь, мөн тэдгээрийн хэсгүүдэд ч хамаатай.

Kinematics-ийн үзэл баримтлал

Физикийн энэ бүлгийн нэр нь Грекийн гарал үүсэлтэй бөгөөд "шуудан" гэж орчуулагддаг. Тиймээс бид эхлээд хараахан байгуулагдаагүй, kinematics гэж юу вэ гэдэгт үнэхээр хариулах болно. Энэ тохиолдолд, энэ хэсэгт шууд идэвхитэй биетүүдийн төрөл бүрийн хөдөлгөөнийг тодорхойлох математик аргыг судалж чадна гэж бид хэлж болно. Бид үнэхээр хатуу биетэй, хамгийн тохиромжтой шингэний талаар, мөн мэдээжийн материалын талаар ярьж байна. Тодорхойлолтыг хэрэглэхдээ хөдөлгөөний шалтгааныг анхааралдаа авахгүй байх нь чухал юм. Өөрөөр хэлбэл хөдөлгөөний хөдөлгөөний шинж чанарт нөлөөлдөг биеийн масс буюу хүч нь анхаарал хандуулахгүй.

Kinematics-ийн үндсүүд

Тэдгээр нь цаг хугацаа, орон зай гэх мэт зүйлс орно. Хамгийн энгийн жишээний нэг бол материалын цэг тодорхой радиусын тойрог замаар хөдөлдөг. Энэ тохиолдолд кинетикууд нь вектор дагууд төвөөсөө төвд рүү чиглэсэн төвтөйт хурдатгалаар ийм тоо хэмжээг заавал байлгахыг шаардах болно. Өөрөөр хэлбэл хурдасгагч вектор аль ч тойргийн радиустай давхцах болно. Гэхдээ энэ тохиолдолд (төвийн хурдатгалын хурдатгалын үед) kinematics нь ямар шинж чанар нь гадаад төрх байдалд нөлөөлдөг гэдгийг зааж өгөхгүй. Энэ нь динамикийг задалдаг үйлдэл юм.

Kinematics гэж юу вэ?

Үнэндээ бид kinematics гэж юу болох талаар хариулт өгсөн. Энэ бол хүчний параметрүүдийг судлахгүйгээр идэвхитэй обьектуудын хөдөлгөөнийг тайлбарлах механизмын хэсэг юм. Одоо ямар кинетик байж болох талаар ярилцъя. Түүний анхны хэлбэр нь сонгодог. Тодорхой төрлийн хөдөлгөөнд орон зайн болон цаг хугацааны шинж чанарыг үнэлэх нь заншилтай байдаг. Эхний үүргийн хувьд сегментийн уртыг сүүлчийн үүргийн хувьд цаг хугацааны интервалаар харуулдаг. Өөрөөр хэлбэл эдгээр параметрүүд нь лавлагааны хүрээний сонголтоос хамааралгүй гэж хэлж болно.

Relativistic

Кадматик хоёр дахь төрөл нь харьцангуйн шинжтэй. Орон зайн болон орон зайн шинж чанарууд нь нэг л лавлагаа хүрээнээс нөгөөд шилжих тохиолдолд өөрчлөгдөж болно. Энэ тохиолдолд хоёр үйл явдлын нэгэн зэрэг нь зөвхөн харьцангуй мөн чанарыг авч үздэг. Kinematics энэ хэлбэрийн хувьд хоёр тусдаа ойлголт (бид орон зай, цаг хугацааны талаар ярьж байна) нэгтгэх. Энэ нь ихэвчлэн интервал гэж нэрлэгддэг тоо хэмжээ нь Л Lorentz-ийн өөрчлөлтөнд нөлөөлдөг.

Kinematics бий болгох түүх

Бид энэ ойлголтыг ойлгож, kinematics гэж юу болох талаар хариулт өгч чадсан. Гэвч түүний үүссэн түүх механик дэд хэсэг гэж юу вэ? Энэ бол яг одоо ярих ёстой зүйл. Энэ дэд хэсгийн бүх үзэл баримтлал нь удаан хугацааны туршид Аристотель өөрөө бичсэн бүтээлүүд дээр тулгуурлав. Тэдний дотор намрын биеийн хурд нь тодорхой биеийн жингийн тоон утгын шууд пропорцтой шууд хамааралтай байна. Хөдөлгөөний шалтгаан нь шууд хүчээр байдаг гэж үздэг бөгөөд хэрэв байхгүй бол хөдөлгөөн, үг хэлэх боломжгүй болно.

Галилейн туршлага

Аризонагийн 16-р зууны эцэс гэхэд Аристотелийн бүтээлийг алдартай эрдэмтэн Галило Галилей сонирхож байв. Тэр бие сул унах үйл явцыг судалж эхлэв. Түүний туршилтыг Пизагийн Леон цамхаг дээр явуулсан. Мөн эрдэмтэд бие махбодын инерцийн үйл явцыг судлав. Эцэст нь Галилей нь түүний бүтээлүүд нь буруу байсан гэдгийг баталж чадсан бөгөөд тэрээр олон тооны буруу дүгнэлт хийжээ. Тухайн номонд Галилейн Аристотелийн дүгнэлтийг үл тоомсорлож буй явдлын үр дүнг танилцуулав.

Орчин үеийн кинетикууд өнөөдөр тооцогддог бөгөөд 1700 оны 1-р сард төрсөн. Дараа нь Францын Шинжлэх Ухааны Академийн өмнө Пьер Варигнон хэлэв. Тэрээр хурдатгал, хурдны анхны ойлголтуудыг өгч, тэдгээрийг ялгах хэлбэрээр бичиж, тайлбарлаж өгсөн. Хожим нь Амперер кинематик дүрүүдийн заримыг тэмдэглэж авав. XVIII зууны үед тэрээр kinematics-ийн хэлбэлзлийн тооцооллыг ашигласан. Харьцангуйн онолын онцгой онол хожим нь бий болсон нь цаг хугацаа шиг сансрын орон зай биш гэдгийг харуулсан. Үүний зэрэгцээ хурд нь үндсэндээ хязгаарлагдмал байж болох юм. Энэ нь кратиметрийг хамрах хүрээ, харьцангуй механик гэж нэрлэгддэг концепцийг хөгжүүлэхэд хүргэсэн үндэслэл юм.

Энэ хэсэгт ашигласан үзэл баримтлал, тоо хэмжээ

Kinematics нь үндсэндээ хэд хэдэн хэмжигдэхүүнийг онолын хувьд хэрэглэдэггүй боловч зарим асуудлыг шийдвэрлэх, загварчлахад ашигладаг практик томьёог хэрэглэдэг. Эдгээр тоо, үзэл баримтлалыг нарийвчлан авч үзье. Магадгүй, сүүлд нь эхлээрэй.

1) Механик хөдөлгөөн. Энэ нь цаг хугацааны өөрчлөлтийн үед бусад (материалын цэгүүд )тэй харьцуулахад тодорхой биетийн орон зайн байрлал дахь өөрчлөлт. Энэ тохиолдолд дурдсан байгууллагууд нь харилцан хамааралтай харилцааг агуулдаг.

2) Лавлах хүрээ. Кадематик нь бидний өмнө нь өгсөн тодорхойлолт нь координатын системийг ашиглахад тулгуурладаг. Өөрчлөлтийн байдал нь шаардлагатай нөхцлүүдийн нэг юм (хоёрдахь нөхцөл нь хэмжих хэрэгсэл, цаг хугацаа хэмжих хэрэгслийг ашиглах явдал юм). Ерєнхийдєє тодорхой тєрлийн хєдєлгєєний амжилттай тодорхойлолтод зориулсан лавлах хїрээ шаардлагатай байдаг.

3) Координатууд. Урьдчилсан үзэл баримтлал (жишиг хүрээнээс) хоорондоо салшгүй холбоотой төсөөлөл бүхий уламжлалт төсөөлөл байх тул координатууд нь сансар огторгуйд бие махбодийн төгс төгөлдөр байрлалыг тодорхойлох аргаас өөр юу ч биш юм. Энэ тохиолдолд тодорхойлолтод зориулж цифр болон тусгай тэмдэгтийг ашиглаж болно. Координатуудыг ихэвчлэн скаут, армиерууд ашигладаг.

4) радиус вектор. Энэ бол бодит бие махбодийн хэмжигдэхүүн бөгөөд практикт төгс бие махбодийн байр суурийг анхны байрлалд (зөвхөн биш) байршуулахад ашигладаг. Энгийнээр хэлэхэд, тодорхой цэгийг авч, конвенцид зориулж тогтооно. Ихэнхдээ энэ нь координатын гарал үүсэл юм. Тэгэхлээр, энэ мөчөөс эхлэн бие махбодын бие махбодио чөлөөтэй дурын замналаар явж эхэлдэг. Ямар ч үед бид биеийн байрлалыг гарал үүсэлтэй холбож чаддаг бөгөөд шулуун шугам нь радиус вектороос илүүгүй юм.

5) Kinematics хэсэг нь замналын ойлголтыг ашигладаг. Энэ нь ид шидийн биеийн хөдөлгөөний явцад өөр өөр хэмжээтэй зайд дурын чөлөөт хөдөлгөөнөөр бий болдог энгийн тасралтгүй шугам юм. Туршилт нь шулуун, тэгш, тасархай байж болно.

6) Биеийн кинетикикууд нь ийм биет хэмжээ нь хурдтай салшгүй холбоотой юм. Үнэндээ энэ бол вектор хэмжигдэхүүн юм (скаларын тоо хэмжээний тухай ойлголт нь зөвхөн онцгой нөхцөл байдалд хамаарна гэдгийг санах нь чухал юм), энэ нь биеийн хүчний байрлал дахь өөрчлөлтийн хурдыг тодорхойлдог. Түүний вектор нь ихэвчлэн гүйдлийн хөдөлгөөний чиглэлийг тодорхойлж байгаатай холбоотой байдаг. Уг концепцийг ашиглахын тулд өмнө дурдсанчлан лавлагааны хүрээг хэрэглэх шаардлагатай байна.

7) Kinematics, тодорхойлолт нь хөдөлгөөнийг үүсгэж буй шалтгааныг авч үздэггүй, зарим тохиолдолд тооцоолж, хурдасгахыг хэлдэггүй. Энэ нь цаг хугацааны нэгжийн өөр хувилбар (зэрэгцээ) өөрчлөлтийн дор идэвхитэй биеийн хурдны вектор хэрхэн өөрчлөгдөхийг харуулж байгаа векторын тоо юм. Үүний зэрэгцээ, векторууд аль чиглэлд чиглэсэн чиглэлүүд - хурд ба хурдатгалууд - биений хөдөлгөөний мөн чанарыг хэлж чадна. Энэ нь нэгэн зэрэг хурдасгагдсан (векторууд давхцах), эсвэл адилхан удаан (векторууд өөр өөр чиглэлтэй) байж болно.

8) өнцгийн хурд. Өөр векторын тоо. Зарчмын хувьд, түүний тодорхойлолт бидний өмнө өгсөн нэгэнтэй давхцаж байна. Үнэн хэрэгтээ энэ ялгаа нь шулуун шугамын дагуу явж байх үед өмнө нь авч үзсэн тохиолдол байсан юм. Дараа нь бид дугуй хөдөлгөөнтэй байдаг. Энэ нь цэвэр тойрог, эллипс байж болно. Үүнтэй төсөөтэй ойлголт нь өнцгийн хурдатгалын хувьд өгөгдсөн.

Физик. Kinematics. Томъёо

Idealized bodies-ийн kinematics-тай холбоотой практик асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд маш өөр өөр томьёоны жагсаалт байдаг. Энэ нь танд аялж буй зай, түргэн, эхний эцсийн хурдыг тодорхойлох, энэ биеийг энэ замыг эсвэл энэ зайг өнгөрөөсөн цаг хугацааг тодорхойлох боломжийг олгоно. Хэрэглээний тусгай тохиолдол (хувийн) нь бие махбодын загварчлалгүй уналтаас үүссэн нөхцөл байдал юм. Тэдгээрт хурдатгал (а нь тэмдэглэсэн) нь таталцлын хурдасгуураар (үсэг г, 9.8 м / с ^ 2) тоогоор солино.

Тэгэхээр бид юу олж мэдсэн бэ? Физик - kinematics (томъёо нь өөр хоорондоо ялгаатай) - энэ хэсэг нь харгалзах хөдөлгөөн үүсч буй шалтгаан болох хүчний параметрийг харгалзан үзээгүйгээр бие махбодийн хөдөлгөөнийг тодорхойлно. Уншигч энэ сэдвийн тухай илүү ихийг мэдэх боломжтой. Физик ("kinematics" сэдэв) нь маш чухал ач холбогдолтой бөгөөд учир нь энэ нь механикийн үндсэн үзэл баримтлалыг холбогдох шинжлэх ухааны дэлхийн хэсэг болгон өгдөг.