რა არის კინემატიკის ძირითადი ცნებები? რა არის ეს მეცნიერება და რას სწავლობს იგი? დღეს ჩვენ ვისაუბრებთ იმაზე, თუ რა არის კინემატიკა, კინემატიკის რა ძირითადი ცნებებია ადგილი ამოცანებში და რას ნიშნავს ისინი. გარდა ამისა, მოდით ვისაუბროთ რაოდენობებთან, რომლებთანაც ყველაზე ხშირად საქმე გვაქვს.
კინემატიკა. ძირითადი ცნებები და განმარტებები
პირველ რიგში, მოდით ვისაუბროთ იმაზე, თუ რა არის ეს. სასკოლო კურსში ფიზიკის ერთ-ერთი ყველაზე შესწავლილი განყოფილებაა მექანიკა. მას განუსაზღვრელი თანმიმდევრობით მოსდევს მოლეკულური ფიზიკა, ელექტროენერგია, ოპტიკა და ზოგიერთი სხვა დარგები, როგორიცაა, მაგალითად, ბირთვული და ატომური ფიზიკა. მაგრამ მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ მექანიკას. ფიზიკის ეს დარგი ეხება სხეულების მექანიკური მოძრაობის შესწავლას. ის ადგენს ზოგიერთ შაბლონს და სწავლობს მის მეთოდებს.
კინემატიკა, როგორც მექანიკის ნაწილი
ეს უკანასკნელი იყოფა სამ ნაწილად: კინემატიკა, დინამიკა და სტატიკა. ამ სამ მეცნიერებას, თუ შეიძლება ასე ვუწოდოთ, აქვს გარკვეული თავისებურებები. მაგალითად, სტატიკა სწავლობს მექანიკური სისტემების წონასწორობის წესებს. სასწორთან ასოციაცია მაშინვე მახსენდება. დინამიკა სწავლობს სხეულების მოძრაობის კანონებს, მაგრამ ამავე დროს ყურადღებას აქცევს მათზე მოქმედ ძალებს. მაგრამ კინემატიკა იგივეს აკეთებს, მხოლოდ ძალები არ არის გათვალისწინებული. შესაბამისად, იმავე სხეულების მასა არ არის გათვალისწინებული ამოცანებში.
კინემატიკის ძირითადი ცნებები. მექანიკური მოძრაობა
ამ მეცნიერებაში საგანი არის მატერიალური წერტილი. ეს გაგებულია, როგორც სხეული, რომლის ზომები, გარკვეულ მექანიკურ სისტემასთან შედარებით, შეიძლება იყოს უგულებელყოფილი. ეს ეგრეთ წოდებული იდეალიზებული სხეული ჰგავს იდეალურ გაზს, რომელიც განიხილება მოლეკულური ფიზიკის განყოფილებაში. ზოგადად, მატერიალური წერტილის ცნება, როგორც ზოგადად მექანიკაში, ისე კონკრეტულად კინემატიკაში, საკმაოდ მნიშვნელოვან როლს ასრულებს. ყველაზე ხშირად განიხილება ეგრეთ წოდებული მთარგმნელობითი მოძრაობა.
რას ნიშნავს და რა შეიძლება იყოს?
ჩვეულებრივ მოძრაობები იყოფა ბრუნვით და მთარგმნელობით. მთარგმნელობითი მოძრაობის კინემატიკის ძირითადი ცნებები ძირითადად დაკავშირებულია ფორმულებში გამოყენებულ სიდიდეებთან. მათზე მოგვიანებით ვისაუბრებთ, მაგრამ ახლა მოძრაობის ტიპს დავუბრუნდეთ. გასაგებია, რომ თუ ვსაუბრობთ ბრუნვაზე, მაშინ სხეული ტრიალებს.შესაბამისად, მთარგმნელობით მოძრაობას დაერქმევა სხეულის მოძრაობა სიბრტყეში ან წრფივად.
პრობლემების გადაჭრის თეორიული საფუძველი
კინემატიკა, რომლის ძირითად ცნებებსა და ფორმულებს ახლა განვიხილავთ, აქვს უამრავი დავალება. ეს მიიღწევა ჩვეულებრივი კომბინატორიკის საშუალებით. აქ მრავალფეროვნების ერთ-ერთი მეთოდი უცნობი პირობების შეცვლაა. ერთი და იგივე პრობლემა შეიძლება სხვაგვარად იყოს წარმოდგენილი მისი გადაწყვეტის მიზნის უბრალოდ შეცვლით. საჭიროა მანძილის, სიჩქარის, დროის, აჩქარების პოვნა. როგორც ხედავთ, უამრავი ვარიანტია. თუ აქ ჩავთვლით თავისუფალი ვარდნის პირობებს, სივრცე უბრალოდ წარმოუდგენელი ხდება.
მნიშვნელობები და ფორმულები
პირველ რიგში, მოდით გავაკეთოთ ერთი დაჯავშნა. როგორც ცნობილია, რაოდენობებს შეიძლება ჰქონდეს ორმაგი ბუნება. ერთის მხრივ, გარკვეული რიცხვითი მნიშვნელობა შეიძლება შეესაბამებოდეს გარკვეულ მნიშვნელობას. მაგრამ მეორეს მხრივ, მას ასევე შეიძლება ჰქონდეს განაწილების მიმართულება. მაგალითად, ტალღა. ოპტიკაში ჩვენ ისეთი კონცეფციის წინაშე ვდგავართ, როგორიცაა ტალღის სიგრძე. მაგრამ თუ არსებობს თანმიმდევრული სინათლის წყარო (იგივე ლაზერი), მაშინ საქმე გვაქვს თვითმფრინავის პოლარიზებული ტალღების სხივთან. ამრიგად, ტალღა შეესაბამება არა მხოლოდ რიცხვით მნიშვნელობას, რომელიც მიუთითებს მის სიგრძეზე, არამედ გავრცელების მოცემულ მიმართულებაზეც.
კლასიკური მაგალითი
ასეთი შემთხვევები ანალოგია მექანიკაში. ვთქვათ, ჩვენს წინ ეტლი ტრიალებს. ავტორიმოძრაობის ბუნება, ჩვენ შეგვიძლია განვსაზღვროთ მისი სიჩქარისა და აჩქარების ვექტორული მახასიათებლები. ამის გაკეთება ცოტა უფრო რთული იქნება, როდესაც წინ მიიწევთ (მაგალითად, ბრტყელ იატაკზე), ამიტომ განვიხილავთ ორ შემთხვევას: როდესაც ეტლი ახვევს და როდესაც ის ჩამოგორდება.
ასე რომ წარმოვიდგინოთ, რომ ურიკა ოდნავ დახრილად ადის. ამ შემთხვევაში ის შენელდება, თუ მასზე არ იმოქმედებს გარე ძალები. მაგრამ საპირისპირო ვითარებაში, კერძოდ, როდესაც ურიკა ჩამოვარდება, ის აჩქარდება. სიჩქარე ორ შემთხვევაში მიმართულია იმ ადგილისკენ, სადაც ობიექტი მოძრაობს. ეს უნდა იქნას მიღებული როგორც წესი. მაგრამ აჩქარებამ შეიძლება შეცვალოს ვექტორი. შენელებისას ის მიმართულია სიჩქარის ვექტორის საპირისპირო მიმართულებით. ეს ხსნის შენელებას. მსგავსი ლოგიკური ჯაჭვი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მეორე სიტუაციაზე.
სხვა მნიშვნელობები
ჩვენ უბრალოდ ვისაუბრეთ იმაზე, რომ კინემატიკაში ისინი მოქმედებენ არა მხოლოდ სკალარული სიდიდეებით, არამედ ვექტორებითაც. ახლა ერთი ნაბიჯით წინ გადავდგათ. სიჩქარისა და აჩქარების გარდა, პრობლემების გადაჭრისას გამოიყენება ისეთი მახასიათებლები, როგორიცაა მანძილი და დრო. სხვათა შორის, სიჩქარე იყოფა საწყისად და მყისიერად. პირველი მათგანი მეორის განსაკუთრებული შემთხვევაა. მყისიერი სიჩქარე არის სიჩქარე, რომელიც შეიძლება მოიძებნოს ნებისმიერ დროს. და საწყისთან ერთად, ალბათ, ყველაფერი ნათელია.
ამოცანა
თეორიის დიდი ნაწილი ჩვენ მიერ შესწავლილი იყო ადრე წინა აბზაცებში. ახლა რჩება მხოლოდ ძირითადი ფორმულების მიცემა. მაგრამ ჩვენ კიდევ უკეთესს გავაკეთებთ: ჩვენ არ განვიხილავთ მხოლოდ ფორმულებს, არამედ გამოვიყენებთ მათ პრობლემის გადაჭრისას, რათაშეძენილი ცოდნის დასრულება. კინემატიკა იყენებს ფორმულების მთელ კომპლექტს, რომელთა გაერთიანებით შეგიძლიათ მიაღწიოთ ყველაფერს, რისი გადაჭრა გჭირდებათ. აქ არის პრობლემა ორი პირობით ამის სრულად გასაგებად.
ველოსიპედისტი ფინიშის ხაზის გადაკვეთის შემდეგ ანელებს სიჩქარეს. სრულ გაჩერებამდე მას ხუთი წამი დასჭირდა. გაარკვიეთ, რა აჩქარებით შეანელა მან, ასევე, რამდენი სამუხრუჭე მანძილის დაფარვა მოახერხა. დამუხრუჭების მანძილი ითვლება წრფივად, საბოლოო სიჩქარე აღებულია ნულის ტოლი. ფინიშის ხაზის გადაკვეთის მომენტში სიჩქარე წამში 4 მეტრი იყო.
სინამდვილეში, ამოცანა საკმაოდ საინტერესოა და არც ისე მარტივი, როგორც ერთი შეხედვით შეიძლება ჩანდეს. თუ ჩვენ ვცდილობთ ავიღოთ მანძილის ფორმულა კინემატიკაში (S=Vot + (-) (^ 2/2)), მაშინ არაფერი გამოვა, რადგან გვექნება განტოლება ორი ცვლადით. როგორ მოვიქცეთ ასეთ შემთხვევაში? ჩვენ შეგვიძლია ვიაროთ ორი გზით: ჯერ გამოვთვალოთ აჩქარება მონაცემების ჩანაცვლებით ფორმულით V=Vo - at, ან გამოვხატოთ აჩქარება იქიდან და ჩავანაცვლოთ მანძილის ფორმულაში. გამოვიყენოთ პირველი მეთოდი.
ასე რომ, საბოლოო სიჩქარე არის ნული. საწყისი - 4 მეტრი წამში. შესაბამისი სიდიდეების განტოლების მარცხენა და მარჯვენა მხარეს გადატანით, მივაღწევთ აჩქარების გამოხატულებას. აქ არის: a=Vo/t. ამრიგად, ის უდრის 0,8 მეტრს წამში კვადრატში და ექნება დამუხრუჭების ხასიათი.
გადადით მანძილის ფორმულაზე. ჩვენ უბრალოდ ჩავანაცვლებთ მასში მონაცემებს. ვიღებთ პასუხს: გაჩერების მანძილი 10 მეტრია.
