რა არის კინემატიკა? ეს არის მექანიკის ქვედარგი, რომელიც სწავლობს იდეალიზებული ობიექტების მოძრაობის აღწერის მათემატიკურ და გეომეტრიულ მეთოდებს. ისინი იყოფა რამდენიმე კატეგორიად. დღევანდელი სტატიის თემა იქნება ასპექტები, რომლებიც გარკვეულწილად დაკავშირებულია „წერტილური კინემატიკა“კონცეფციასთან. ჩვენ განვიხილავთ ბევრ თემას, მაგრამ დავიწყებთ ამ სფეროში მათი გამოყენების ყველაზე ფუნდამენტური ცნებებითა და განმარტებებით.
რა ობიექტები განიხილება?
თუ კინემატიკა არის ფიზიკის ფილიალი, რომელიც სწავლობს როგორ აღწეროს სხეულების მოძრაობა სხვადასხვა ზომის სივრცეებში, მაშინ თქვენ უნდა იმუშაოთ თავად სხეულებთან, არა? იმისათვის, რომ სწრაფად გაიგოთ, რა არის საქმე, შეგიძლიათ იპოვოთ მულტიმედიური გაკვეთილი, რომელიც განკუთვნილია სტუდენტებისთვის. კინემატიკა ზოგადად მარტივი გასაგებია, თუ გესმით მისი საფუძვლები. როდესაც მათ გაეცნობით, შეამჩნევთ, რომ თეორიაში არის ინფორმაცია, რომ ფიზიკის ეს დარგი სწავლობს მატერიალური ობიექტების მოძრაობის კანონებს.ქულები. დააკვირდით, როგორ განზოგადებულია ობიექტების განმარტება. მეორეს მხრივ, მატერიალური წერტილები არ არის ერთადერთი ობიექტები, რომლებიც განიხილება კინემატიკაში. ფიზიკის ეს ფილიალი სწავლობს როგორც აბსოლუტურად ხისტი სხეულების, ასევე იდეალური სითხეების მოძრაობის პრინციპებს. ძალიან ხშირად ეს სამივე ცნება გაერთიანებულია ერთში, უბრალოდ ამბობენ "იდეალიზებულ ობიექტებს". იდეალიზაცია ამ შემთხვევაში საჭიროა გამოთვლების კონვენციებისთვის და შესაძლო სისტემური შეცდომებისგან თავის დაღწევისთვის. თუ დააკვირდებით მატერიალური წერტილის განმარტებას, შეამჩნევთ, რომ მასზე წერია შემდეგი: ეს არის სხეული, რომლის ზომები შეიძლება უგულებელვყოთ შესაბამის სიტუაციაში. ეს შეიძლება გავიგოთ შემდეგნაირად: განვლილ მანძილზე შედარებით, ობიექტის წრფივი ზომები უმნიშვნელოა.
რის აღსაწერად გამოიყენება?
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, კინემატიკა არის მექანიკის ქვეგანყოფილება, რომელიც სწავლობს როგორ აღწეროს წერტილის მოძრაობა. მაგრამ თუ ეს ასეა, ნიშნავს თუ არა, რომ ასეთი ოპერაციების შესასრულებლად საჭიროა ზოგიერთი ფუნდამენტური კონცეფცია და პრინციპი, როგორიცაა აქსიომური? დიახ. და ჩვენს შემთხვევაში, ისინი არიან. პირველ რიგში, კინემატიკაში პრობლემების გადაჭრა მატერიალურ წერტილზე მოქმედ ძალებზე უკანმოუხედავად არის წესი. ყველამ მშვენივრად ვიცით, რომ სხეული აჩქარდება ან შენელდება, თუ მასზე გარკვეული ძალა მოქმედებს. და კინემატიკა არის ქვეგანყოფილება, რომელიც საშუალებას გაძლევთ იმუშაოთ აჩქარებით. თუმცა, აქ წარმოქმნილი ძალების ბუნება არ არის გათვალისწინებული. მოძრაობის აღწერისთვის გამოიყენება მათემატიკური ანალიზის მეთოდები, წრფივი და სივრცითი გეომეტრია დაასევე ალგებრა. საკოორდინაციო ბადეები და თავად კოორდინატებიც გარკვეულ როლს თამაშობენ. მაგრამ ამაზე ცოტა მოგვიანებით ვისაუბრებთ.
შექმნის ისტორია
პირველი შრომები კინემატიკაზე შეადგინა დიდმა მეცნიერმა არისტოტელემ. სწორედ მან ჩამოაყალიბა ამ ინდუსტრიის ზოგიერთი ფუნდამენტური პრინციპი. და მიუხედავად იმისა, რომ მისი ნამუშევრები და დასკვნები შეიცავდა უამრავ მცდარ მოსაზრებას და მოსაზრებას, მისი ნამუშევრები მაინც დიდი მნიშვნელობა აქვს თანამედროვე ფიზიკისთვის. არისტოტელეს ნაშრომები შემდგომში შეისწავლა გალილეო გალილეიმ. მან ჩაატარა ცნობილი ექსპერიმენტები პიზის დახრილ კოშკთან, როდესაც გამოიკვლია სხეულის თავისუფალი ვარდნის პროცესის კანონები. ყველაფერი შიგნიდან და გარედან შეისწავლა, გალილეომ არისტოტელეს მოსაზრებები და დასკვნები მკაცრი კრიტიკის ქვეშ დააყენა. მაგალითად, თუ ეს უკანასკნელი წერდა, რომ ძალა არის მოძრაობის მიზეზი, გალილეომ დაამტკიცა, რომ ძალა არის აჩქარების მიზეზი, მაგრამ არა ის, რომ სხეული აიღებს და დაიწყებს მოძრაობას და მოძრაობას. არისტოტელეს აზრით, სხეულს შეუძლია სიჩქარის მოპოვება მხოლოდ გარკვეული ძალის დაქვემდებარების შემთხვევაში. მაგრამ ჩვენ ვიცით, რომ ეს მოსაზრება მცდარია, რადგან არსებობს ერთიანი მთარგმნელობითი მოძრაობა. ეს კიდევ ერთხელ დასტურდება კინემატიკის ფორმულებით. და ჩვენ გადავალთ შემდეგ კითხვაზე.
კინემატიკა. ფიზიკა. ძირითადი ცნებები
ამ განყოფილებაში არსებობს მთელი რიგი ფუნდამენტური პრინციპები და განმარტებები. დავიწყოთ მთავარით.
მექანიკური მოძრაობა
ალბათ, სკოლის სკამიდან ვცდილობთ ჩამოვაყალიბოთ იდეა, თუ რა შეიძლება ჩაითვალოს მექანიკურ მოძრაობად. ჩვენ მას ყოველდღიურად, საათობრივად, ყოველ წამში ვაკეთებთ. ჩვენ განვიხილავთ მექანიკურ მოძრაობას პროცესს, რომელიც ხდება სივრცეში დროთა განმავლობაში, კერძოდ, სხეულის პოზიციის ცვლილებას. ამავდროულად, ფარდობითობა ხშირად გამოიყენება პროცესზე, ანუ ამბობენ, რომ, ვთქვათ, პირველი სხეულის პოზიცია შეიცვალა მეორის პოზიციასთან შედარებით. წარმოვიდგინოთ, რომ სასტარტო ხაზზე ორი მანქანა გვყავს. ოპერატორის ღილაკი ან განათება აინთო - და მანქანები აფრინდებიან. თავიდანვე უკვე პოზიციის შეცვლაა. უფრო მეტიც, ამაზე დიდხანს და მოსაბეზრებლად შეგიძლიათ ისაუბროთ: კონკურენტზე, სასტარტო ხაზზე, ფიქსირებულ მაყურებელზე. მაგრამ ალბათ აზრი ნათელია. იგივე შეიძლება ითქვას ორ ადამიანზე, რომლებიც მიდიან ერთი მიმართულებით ან სხვადასხვა მიმართულებით. თითოეული მათგანის პოზიცია მეორის მიმართ იცვლება დროის ყოველ მომენტში.
საცნობარო სისტემა
კინემატიკა, ფიზიკა - ყველა ეს მეცნიერება იყენებს ისეთ ფუნდამენტურ კონცეფციას, როგორც მითითების ჩარჩოებს. ფაქტობრივად, ის ძალიან მნიშვნელოვან როლს ასრულებს და თითქმის ყველგან გამოიყენება პრაქტიკულ პრობლემებში. კიდევ ორი მნიშვნელოვანი კომპონენტი შეიძლება დაუკავშირდეს საცნობარო სისტემას.
კოორდინატთა ბადე და კოორდინატები
ეს უკანასკნელი სხვა არაფერია, თუ არა რიცხვებისა და ასოების კრებული. გარკვეული ლოგიკური პარამეტრების გამოყენებით, ჩვენ შეგვიძლია შევადგინოთ საკუთარიერთგანზომილებიანი ან ორგანზომილებიანი კოორდინატთა ბადე, რომელიც მოგვცემს საშუალებას გადავჭრათ დროის მოცემულ მონაკვეთში მატერიალური წერტილის პოზიციის შეცვლის უმარტივესი ამოცანები. ჩვეულებრივ, პრაქტიკაში, ორგანზომილებიანი კოორდინატთა ბადე გამოიყენება X ("x") და Y ("y") ღერძებით. სამგანზომილებიან სივრცეში ამატებს Z ღერძს (“z”), ხოლო ერთგანზომილებიან სივრცეში მხოლოდ X. არტილერისტები და მზვერავები ხშირად მუშაობენ კოორდინატებით. და პირველად მათ ვხვდებით დაწყებით სკოლაში, როდესაც ვიწყებთ გარკვეული სიგრძის სეგმენტების დახატვას. ბოლოს და ბოლოს, დამთავრება სხვა არაფერია, თუ არა კოორდინატების გამოყენება დასაწყისისა და დასასრულის აღსანიშნავად.
კინემატიკა მე-10 კლასი. რაოდენობა
მატერიალური წერტილის კინემატიკის ამოცანების ამოხსნისას გამოყენებული ძირითადი სიდიდეებია მანძილი, დრო, სიჩქარე და აჩქარება. ბოლო ორზე უფრო დეტალურად ვისაუბროთ. ორივე ეს სიდიდე ვექტორულია. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მათ აქვთ არა მხოლოდ რიცხვითი მაჩვენებელი, არამედ გარკვეული წინასწარ განსაზღვრული მიმართულება. სხეულის მოძრაობა მოხდება იმ მიმართულებით, სადაც მიმართულია სიჩქარის ვექტორი. ამასთან, არ უნდა დავივიწყოთ აჩქარების ვექტორი, თუ გვაქვს არათანაბარი მოძრაობის შემთხვევა. აჩქარება შეიძლება იყოს მიმართული იმავე მიმართულებით ან საპირისპირო მიმართულებით. თუ ისინი ერთობლივად არიან მიმართული, მაშინ სხეული უფრო და უფრო სწრაფად დაიწყებს მოძრაობას. თუ ისინი საპირისპიროა, მაშინ ობიექტი შეანელებს მანამ, სანამ არ გაჩერდება. ამის შემდეგ აჩქარების არსებობისას სხეული საპირისპირო სიჩქარეს შეიძენს, ანუ საპირისპირო მიმართულებით მოძრაობს. ეს ყველაფერი პრაქტიკაში ძალიან, ძალიან ნათლად ჩანს კინემატიკით. მე-10 კლასი სწორედ ეს არისპერიოდი, როდესაც ფიზიკის ეს ნაწილი საკმარისად არის გამჟღავნებული.
ფორმულები
კინემატიკის ფორმულები საკმაოდ მარტივია როგორც გამოსაყვანად, ასევე დასამახსოვრებლად. მაგალითად, ობიექტის მიერ მოცემულ დროში გავლილი მანძილის ფორმულა ასეთია: S=VoT + aT^2/2. როგორც ვხედავთ, მარცხენა მხარეს გვაქვს ზუსტად იგივე მანძილი. მარჯვენა მხარეს შეგიძლიათ იპოვოთ საწყისი სიჩქარე, დრო და აჩქარება. პლუს ნიშანი მხოლოდ პირობითია, ვინაიდან აჩქარებამ შეიძლება მიიღოს უარყოფითი სკალარული მნიშვნელობა ობიექტის შენელების პროცესში. ზოგადად, მოძრაობის კინემატიკა გულისხმობს ერთი ტიპის სიჩქარის არსებობას, ჩვენ მუდმივად ვამბობთ "საწყისს", "საბოლოო", "მყისიერს". მყისიერი სიჩქარე ჩნდება დროის გარკვეულ მომენტში. მაგრამ ბოლოს და ბოლოს, თუ ასე ფიქრობთ, მაშინ საბოლოო ან საწყისი კომპონენტები სხვა არაფერია, თუ არა მისი განსაკუთრებული გამოვლინებები, არა? თემა „კინემატიკა“ალბათ სკოლის მოსწავლეთა საყვარელია, რადგან მარტივი და საინტერესოა.
პრობლემების მაგალითები
უმარტივეს კინემატიკაში არის სრულიად განსხვავებული ამოცანების მთელი კატეგორიები. ყველა მათგანი ასე თუ ისე დაკავშირებულია მატერიალური წერტილის მოძრაობასთან. მაგალითად, ზოგიერთში საჭიროა სხეულის მიერ გავლილი მანძილის განსაზღვრა გარკვეულ დროში. ამ შემთხვევაში შეიძლება იყოს ისეთი პარამეტრები, როგორიცაა საწყისი სიჩქარე და აჩქარება. ან შესაძლოა მოსწავლეს მიეცეს დავალება, რომელიც მხოლოდ სხეულის აჩქარების გამოხატვისა და გამოთვლის აუცილებლობაში იქნება. ავიღოთ მაგალითი. მანქანა იწყება სტატიკური პოზიციიდან. რა მანძილის გავლა ექნება მას 5 წამში, თუ მისი აჩქარება სამი მეტრია,გაყოფილი მეორეზე კვადრატზე?
ამ პრობლემის გადასაჭრელად, ჩვენ გვჭირდება ფორმულა S=VoT + at^2/2. ჩვენ უბრალოდ ვანაცვლებთ მასში არსებულ მონაცემებს. ეს არის აჩქარება და დრო. გაითვალისწინეთ, რომ ტერმინი Vot გადავა ნულამდე, რადგან საწყისი სიჩქარე არის ნული. ამრიგად, ვიღებთ ციფრულ პასუხს 75 მეტრით. ესე იგი, პრობლემა მოგვარებულია.
შედეგები
ამგვარად, ჩვენ გავარკვიეთ ფუნდამენტური პრინციპები და განმარტებები, მოვიყვანეთ ფორმულის მაგალითი და ვისაუბრეთ ამ ქვეგანყოფილების შექმნის ისტორიაზე. კინემატიკა, რომლის ცნებაც მეშვიდე კლასშია დანერგილი ფიზიკის გაკვეთილებზე, მუდმივად იხვეწება რელატივისტური (არაკლასიკური) განყოფილების ფარგლებში.
