KINEMATYKA: HISTORIA, ZASADY, WZORY, ĆWICZENIA - FIZYCZNY - 2025

W kinematyka jest (a dokładniej z mechaniki klasycznej) obszar fizyki, który troszczy się badać ruch ciał bez uwzględnienia przyczyn niego. Koncentruje się na badaniu trajektorii ciał w czasie przy użyciu wielkości, takich jak przemieszczenie, prędkość i przyspieszenie.

Niektóre z zagadnień objętych kinematyką to prędkość, z jaką porusza się pociąg, czas potrzebny na dotarcie autobusu do celu, przyspieszenie wymagane przez samolot w momencie startu do osiągnięcia prędkości niezbędnej do startu, między innymi.

W tym celu kinematyka wykorzystuje układ współrzędnych, który umożliwia opis trajektorii. Ten przestrzenny układ współrzędnych nazywany jest układem odniesienia. Działem fizyki zajmującym się badaniem ruchów z uwzględnieniem ich przyczyn (sił) jest dynamika.

Historia

Etymologicznie, słowo kinematyka wywodzi się z greckiego terminu κινηματικος (kynēmatikos), co oznacza ruch lub przemieszczenie. Nic dziwnego, że pierwszy zapis badań nad ruchem pochodzi od greckich filozofów i astronomów.

Jednak dopiero w XIV wieku pojawiły się pierwsze koncepcje kinematyki, mieszczące się w doktrynie intensywności form lub teorii obliczeń (kalkulacji). Te odkrycia dokonali naukowcy William Heytesbury, Richard Swineshead i Nicolas Oresme.

Później, około roku 1604, Galileo Galilei przeprowadził swoje badania nad ruchem swobodnego spadania ciał i sfer na pochyłych płaszczyznach.

Galileo był między innymi zainteresowany zrozumieniem, w jaki sposób poruszają się planety i pociski armatnie.

Wkład Pierre'a Varignona

Uważa się, że początek współczesnej kinematyki miał miejsce wraz z prezentacją Pierre'a Varignona w styczniu 1700 roku w Królewskiej Akademii Nauk w Paryżu.

W tej prezentacji podał definicję pojęcia przyspieszenia i pokazał, jak można je wydedukować z prędkości chwilowej, używając tylko rachunku różniczkowego.

Konkretnie termin kinematyka został wymyślony przez André-Marie Ampère, który określił zawartość kinematyki i umieścił ją w dziedzinie mechaniki.

Wreszcie, wraz z opracowaniem przez Alberta Einsteina teorii szczególnej teorii względności, rozpoczął się nowy okres; Jest to tzw. Kinematyka relatywistyczna, w której przestrzeń i czas nie mają już charakteru absolutnego.

Co studiujesz?

Kinematyka skupia się na badaniu ruchu ciał bez analizowania jego przyczyn. W tym celu wykorzystuje ruch punktu materialnego, jako idealną reprezentację ciała w ruchu.

Początek

Ruch ciał badany jest z punktu widzenia obserwatora (wewnętrznego lub zewnętrznego) w ramach układu odniesienia. W ten sposób kinematyka w sposób matematyczny wyraża, w jaki sposób ciało przemieszcza się na podstawie zmian współrzędnych pozycji ciała w czasie.

W ten sposób funkcja, która pozwala wyrazić trajektorię ciała, zależy nie tylko od czasu, ale zależy również od prędkości i przyspieszenia.

W mechanice klasycznej przestrzeń jest traktowana jako przestrzeń absolutna. Dlatego jest to przestrzeń niezależna od ciał materialnych i ich przemieszczania się. Podobnie uważa, że ​​wszystkie prawa fizyczne są spełnione w dowolnym obszarze przestrzeni.

W ten sam sposób mechanika klasyczna uważa, że ​​czas jest absolutnym czasem, który płynie w ten sam sposób w dowolnym obszarze przestrzeni, niezależnie od ruchu ciał i wszelkich zjawisk fizycznych, które mogą wystąpić.

Wzory i równania

Prędkość

Prędkość to wielkość, która pozwala nam odnieść się do przebytej przestrzeni i czasu używanego do jej podróżowania. Prędkość można uzyskać, wyprowadzając położenie względem czasu.

v = ds / dt

W tym wzorze s reprezentuje pozycję ciała, v jest prędkością ciała, at to czas.

Przyśpieszenie

Przyspieszenie to wielkość, która umożliwia odniesienie zmiany prędkości w czasie. Przyspieszenie można uzyskać wyprowadzając prędkość względem czasu.

a = dv / dt

W tym równaniu a reprezentuje przyspieszenie poruszającego się ciała.

Jednolity ruch linii

Jak sama nazwa wskazuje, jest to ruch, w którym ruch odbywa się w linii prostej. Ponieważ jest jednostajny, jest to ruch, w którym prędkość jest stała, a zatem przyspieszenie wynosi zero. Równanie ruchu jednostajnego prostoliniowego jest następujące:

s = s ₀ + v / t

W tym wzorze s ₀ reprezentuje pozycję początkową.

Ruch prostoliniowy jednostajnie przyspieszony

Znowu jest to ruch, w którym ruch odbywa się w linii prostej. Ponieważ jest jednostajnie przyspieszany, jest to ruch, w którym prędkość nie jest stała, ponieważ zmienia się w wyniku przyspieszenia. Równania jednostajnie przyspieszonego ruchu prostoliniowego są następujące:

v = v ₀ + a ∙ t

s = s ₀ + v ₀ ∙ t + 0,5 ∙ w ²

W tych v ₀ jest prędkością początkową i jest przyspieszeniem.

Ćwiczenie rozwiązane

Równanie ruchu ciała wyraża się następującym wyrażeniem: s (t) = 10t + t ² . Określać:

a) Rodzaj ruchu.

Jest to ruch jednostajnie przyspieszony, ponieważ ma stałe przyspieszenie 2 m / s ² .

v = ds / dt = 2t

a = dv / dt = 2 m / s ²

b) Pozycja 5 sekund po rozpoczęciu ruchu.

s (5) = 10 ∙ 5 + 5 ² = 75 m

c) prędkość po upływie 10 sekund od rozpoczęcia ruchu.

v = ds / dt = 2t

v (10) = 20 m / s

d) Czas potrzebny do osiągnięcia prędkości 40 m / s.

v = 2t

40 = 2 t

t = 40/2 = 20 s

Bibliografia

1. Resnik, Halliday i Krane (2002). Fizyka Tom 1. Cecsa.
2. Thomas Wallace Wright (1896). Elementy mechaniki, w tym kinematyka, kinetyka i statyka. E i FN Spon.
3. PP Teodorescu (2007). Kinematyka. Systemy mechaniczne, modele klasyczne: mechanika cząstek. Skoczek.
4. Kinematyka. (nd). W Wikipedii. Pobrane 28 kwietnia 2018 r. Z es.wikipedia.org.
5. Kinematyka. (nd). W Wikipedii. Pobrane 28 kwietnia 2018 r. Z en.wikipedia.org.