KINEMATIKA: ZGODOVINA, NAČELA, FORMULE, VAJE - FIZIČNO - 2025

V kinematika je (natančneje od klasične mehanike) področje fizike, ki skrbi za študij gibanje teles brez upoštevanja vzrokov za to. Osredotoča se na preučevanje usmeritev teles skozi čas z uporabo velikosti, kot so premik, hitrost in pospešek.

Nekatera vprašanja, ki jih zajema kinematika, so hitrost, s katero vlak potuje, čas, ki ga avtobus potrebuje, da doseže cilj, pospešek, ki ga letalo potrebuje pri vzletu, da doseže potrebno hitrost za vzlet, med drugim.

V ta namen kinematika uporablja koordinatni sistem, ki omogoča opisovanje usmeritev. Ta prostorski koordinatni sistem se imenuje referenčni sistem. Veja fizike, ki se ukvarja s preučevanjem gibanj ob upoštevanju njihovih vzrokov (sil), je dinamika.

Zgodovina

Etimološko beseda kinematika izvira iz grškega izraza κινηματικος (kynēmatikos), kar pomeni gibanje ali premik. Ni presenetljivo, da prvi zapis študij o gibanju ustreza grškim filozofom in astronomom.

Vendar pa so se šele v štirinajstem stoletju pojavili prvi koncepti o kinematiki, ki spadajo v nauk o intenzivnosti oblik ali teoriji izračunov (izračunav). Ta razvoj so naredili znanstveniki William Heytesbury, Richard Swineshead in Nicolas Oresme.

Pozneje, okrog leta 1604, je Galileo Galilei izvedel študije o gibanju prostega padca teles in kroglah na nagnjenih ravninah.

Med drugim ga je Galileo zanimalo, kako razumeti, kako se premikajo planeti in topovski projektili.

Prispevek Pierra Varignona

Šteje se, da se je začetek moderne kinematike zgodil s predstavitvijo Pierra Varignona januarja 1700 na kraljevi akademiji znanosti v Parizu.

V tej predstavitvi je dal definicijo pojma pospeška in pokazal, kako je mogoče sklepati iz trenutne hitrosti, pri čemer uporablja samo diferencialno računanje.

Izraz kinematika je natančneje skoval André-Marie Ampère, ki je natančno določil vsebino kinematike in jo umestil v področje mehanike.

Končno se je z razvojem Alberta Einsteina iz Teorije posebne relativnosti začelo novo obdobje; To je tisto, kar je znano kot relativistična kinematika, v katerem prostor in čas nimata absolutnega značaja.

Kaj študiraš?

Kinematika se osredotoča na preučevanje gibanja teles, ne da bi se lotili analize njegovih vzrokov. Za to uporablja gibanje materialne točke, kot idealen prikaz telesa v gibanju.

Začetek

Gibanje teles se preučuje z vidika opazovalca (notranjega ali zunanjega) v okviru referenčnega sistema. Tako kinematika matematično izraža, kako se telo premika od spreminjanja koordinat telesa s časom.

Na ta način funkcija, ki omogoča izražanje poti telesa, ni odvisna samo od vremena, ampak je odvisna tudi od hitrosti in pospeška.

V klasični mehaniki je prostor obravnavan kot absolutni prostor. Gre torej za prostor, neodvisen od materialnih teles in njihovega premika. Prav tako meni, da so vsi fizični zakoni izpolnjeni v katerem koli območju prostora.

Na enak način klasična mehanika meni, da je čas absolutni čas, ki mineva enako na katerem koli območju prostora, ne glede na gibanje teles in kakršen koli fizični pojav, ki se lahko pojavi.

Formule in enačbe

Hitrost

Hitrost je velikost, ki nam omogoča, da povežemo prevoženi prostor in čas, ki smo ga porabili. Hitrost lahko dobimo tako, da določimo položaj glede na čas.

v = ds / dt

V tej formuli s predstavlja položaj telesa, v je hitrost telesa in t je čas.

Pospešek

Pospešek je tista razsežnost, ki omogoča spreminjanje hitrosti s časom. Pospešek lahko dosežemo z določanjem hitrosti glede na čas.

a = dv / dt

V tej enačbi a predstavlja pospešek gibljivega telesa.

Enotno gibanje črte

Kot že ime pove, gre za gibanje, v katerem se gibanje dogaja v ravni črti. Ker je enakomeren, gre za gibanje, pri katerem je hitrost konstantna in v katerem je torej pospešek nič. Enačba enakomernega pravokotnega gibanja je:

s = s ₀ + v / t

V tej formuli s ₀ predstavlja začetni položaj.

Enakomerno pospešeno pravokotno gibanje

Spet gre za gibanje, pri katerem se gibanje dogaja v ravni črti. Ker je enakomerno pospešen, gre za gibanje, pri katerem hitrost ni konstantna, saj se spreminja kot posledica pospeška. Enačbe enakomerno pospešenega pravokotnega gibanja so naslednje:

v = v ₀ + a ∙ t

s = s ₀ + v ₀ ∙ t + 0,5 ∙ pri ²

V teh v ₀ je začetna hitrost in je pospešek.

Vaja rešena

Enačba gibanja telesa se izrazi z naslednjim izrazom: s (t) = 10t + t ² . Določi:

a) Vrsta gibanja.

Gre za enakomerno pospešeno gibanje, saj ima stalni pospešek 2 m / s ² .

v = ds / dt = 2t

a = dv / dt = 2 m / s ²

b) Položaj 5 sekund po zagonu gibanja.

s (5) = 10 ∙ 5 + 5 ² = 75 m

c) hitrost, ko preteče 10 sekund od začetka gibanja.

v = ds / dt = 2t

v (10) = 20 m / s

d) Čas, potreben za dosego hitrosti 40 m / s.

v = 2t

40 = 2 t

t = 40/2 = 20 s

Reference

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fizika letnik 1. Cecsa.
2. Thomas Wallace Wright (1896). Elementi mehanike, vključno s kinematiko, kinetiko in statiko. E in FN Spon.
3. PP Teodorescu (2007). Kinematika. Mehanski sistemi, klasični modeli: Mehanika delcev. Springer.
4. Kinematika. (drugo). V Wikipediji. Pridobljeno 28. aprila 2018 z es.wikipedia.org.
5. Kinematika. (drugo). V Wikipediji. Pridobljeno 28. aprila 2018 z en.wikipedia.org.