Što je kinematika? Po prvi put se srednjoškolci počinju upoznavati s njegovom definicijom na nastavi fizike. Mehanika (kinematika je jedna od njezinih grana) sama po sebi čini veliki dio ove znanosti. Obično se učenicima prvo predstavlja u udžbenicima. Kao što smo rekli, kinematika je pododjeljak mehanike. Ali budući da govorimo o njoj, hajde da o tome malo detaljnije.
Mehanika kao dio fizike
Sama riječ "mehanika" grčkog je porijekla i doslovno se prevodi kao umjetnost građenja strojeva. U fizici se smatra dijelom koji proučava naše kretanje takozvanih materijalnih tijela u prostorima različitih veličina (odnosno, kretanje se može dogoditi u jednoj ravnini, na uvjetnoj koordinatnoj mreži ili u trodimenzionalnom prostoru). Proučavanje interakcije između materijalnih točaka jedan je od zadataka koje obavlja mehanika (kinematika je iznimka od ovog pravila, budući da se bavi modeliranjem i analizom alternativnih situacija bez uzimanja u obzir utjecaja parametara sile). Uz sve to, valja napomenuti da odgovarajuća grana fizikeoznačava kretanjem promjenu položaja tijela u prostoru tijekom vremena. Ova je definicija primjenjiva ne samo na materijalne točke ili tijela u cjelini, već i na njihove dijelove.
Koncept kinematike
Ime ovog odjeljka fizike također je grčkog podrijetla i doslovno se prevodi kao "pokret". Tako dobivamo početni, još nestvarno oblikovan odgovor na pitanje što je kinematika. U ovom slučaju možemo reći da se u sekciji proučavaju matematičke metode za opisivanje određenih vrsta gibanja izravno idealiziranih tijela. Riječ je o takozvanim apsolutno čvrstim tijelima, o idealnim tekućinama i, naravno, o materijalnim točkama. Vrlo je važno zapamtiti da se pri primjeni opisa ne uzimaju u obzir uzroci kretanja. Odnosno, parametri poput tjelesne mase ili sile koji utječu na prirodu njegovog kretanja nisu predmet razmatranja.
Osnove kinematike
Uključuju koncepte kao što su vrijeme i prostor. Kao jedan od najjednostavnijih primjera možemo navesti situaciju u kojoj se, recimo, materijalna točka kreće po kružnici određenog polumjera. U ovom slučaju kinematika će pripisati obvezno postojanje takve veličine kao što je centripetalno ubrzanje, koje je usmjereno duž vektora od samog tijela do središta kruga. To jest, vektor ubrzanja u bilo kojem trenutku će se podudarati s polumjerom kružnice. Ali čak i u ovom slučaju (scentripetalno ubrzanje) kinematika neće ukazati na prirodu sile koja je uzrokovala njezino pojavljivanje. To su već radnje koje dinamika analizira.
Kakva je kinematika?
Dakle, mi smo, zapravo, dali odgovor na to što je kinematika. To je grana mehanike koja proučava kako opisati gibanje idealiziranih objekata bez proučavanja parametara sile. Sada razgovarajmo o tome što može biti kinematika. Njegova prva vrsta je klasična. Uobičajeno je uzeti u obzir apsolutne prostorne i vremenske karakteristike određene vrste kretanja. U ulozi prvih pojavljuju se duljine odsječaka, u ulozi potonjih vremenski intervali. Drugim riječima, možemo reći da ovi parametri ostaju neovisni o izboru referentnog sustava.
Relativistički
Drugi tip kinematike je relativistički. U njemu se između dva odgovarajuća događaja mogu promijeniti vremenske i prostorne karakteristike ako se napravi prijelaz iz jednog referentnog okvira u drugi. Istodobnost nastanka dvaju događaja u ovom slučaju također poprima isključivo relativan karakter. U ovakvoj kinematici dva odvojena pojma (a govorimo o prostoru i vremenu) spajaju se u jedan. U njemu količina, koja se obično naziva intervalom, postaje nepromjenjiva prema Lorentziovim transformacijama.
Povijest stvaranja kinematike
Nasuspio razumjeti pojam i dati odgovor na pitanje što je kinematika. Ali kakva je bila povijest njezina nastanka kao pododjeljka mehanike? To je ono o čemu sada trebamo razgovarati. Dosta dugo vremena svi koncepti ovog pododjeljka temeljili su se na djelima koja je napisao sam Aristotel. Sadržavale su relevantne tvrdnje da je brzina tijela tijekom pada izravno proporcionalna brojčanom pokazatelju težine određenog tijela. Također je spomenuto da je uzrok pokreta izravno sila, a u njenom nedostatku ne može biti govora ni o kakvom pokretu.
Galilejevi eksperimenti
Čuveni znanstvenik Galileo Galilei zainteresirao se za Aristotelova djela krajem šesnaestog stoljeća. Počeo je proučavati proces slobodnog pada tijela. Mogu se spomenuti njegovi eksperimenti na kosom tornju u Pisi. Znanstvenik je također proučavao proces tromosti tijela. Na kraju je Galileo uspio dokazati da je Aristotel pogriješio u svojim djelima, te je donio niz pogrešnih zaključaka. U odgovarajućoj knjizi Galileo je iznio rezultate provedenog rada uz dokaze pogrešnosti Aristotelovih zaključaka.
Savremeno se smatra da je moderna kinematika nastala u siječnju 1700. Tada je Pierre Varignon govorio pred Francuskom akademijom znanosti. Donio je i prve pojmove ubrzanja i brzine, ispisavši ih i objasnivši ih u diferencijalnom obliku. Nešto kasnije, Ampere je također zabilježio neke kinematičke ideje. U osamnaestom stoljeću koristio je u kinematici tzvvarijacijski račun. Posebna teorija relativnosti, nastala još kasnije, pokazala je da prostor, kao i vrijeme, nije apsolutan. Istodobno je istaknuto da se brzina može bitno ograničiti. Upravo su ti temelji potaknuli razvoj kinematike unutar okvira i koncepata takozvane relativističke mehanike.
Koncepti i količine korištene u odjeljku
Osnove kinematike uključuju nekoliko veličina koje se koriste ne samo u teoretskom smislu, već se također odvijaju u praktičnim formulama koje se koriste u modeliranju i rješavanju određenog raspona problema. Upoznajmo se s tim količinama i pojmovima detaljnije. Počnimo s posljednjima.
1) Mehaničko kretanje. Definira se kao promjene prostornog položaja određenog idealiziranog tijela u odnosu na druge (materijalne točke) tijekom promjene vremenskog intervala. Istovremeno, spomenuta tijela imaju odgovarajuće sile međusobnog djelovanja.
2) Referentni sustav. Kinematika, koju smo ranije definirali, temelji se na korištenju koordinatnog sustava. Prisutnost njegovih varijacija jedan je od nužnih uvjeta (drugi uvjet je korištenje instrumenata ili sredstava za mjerenje vremena). Općenito, referentni okvir je neophodan za uspješan opis jedne ili druge vrste kretanja.
3) Koordinate. Kao uvjetni imaginarni pokazatelj, neraskidivo povezan s prethodnim konceptom (referentnim okvirom), koordinate nisu ništa drugo nego metoda kojom se položaj idealiziranog tijela uprostor. U tom slučaju za opis se mogu koristiti brojevi i posebni znakovi. Koordinate često koriste izviđači i topnici.
4) Radijus vektor. To je fizikalna veličina koja se u praksi koristi za postavljanje položaja idealiziranog tijela s okom na izvorni položaj (i ne samo). Jednostavno rečeno, uzima se određena točka i ona je fiksirana za konvenciju. Najčešće je to ishodište koordinata. Dakle, nakon toga, recimo, idealizirano tijelo iz ove točke počinje se kretati po slobodnoj proizvoljnoj putanji. U bilo kojem trenutku možemo povezati položaj tijela s ishodištem, a rezultirajuća ravna linija neće biti ništa više od radijus vektora.
5) Kinematički dio koristi koncept putanje. Riječ je o običnoj kontinuiranoj liniji, koja nastaje tijekom kretanja idealiziranog tijela tijekom proizvoljnog slobodnog kretanja u prostoru različitih veličina. Putanja, odnosno, može biti pravocrtna, kružna i izlomljena.
6) Kinematika tijela neraskidivo je povezana s takvom fizičkom veličinom kao što je brzina. Zapravo, ovo je vektorska veličina (vrlo je važno zapamtiti da je koncept skalarne veličine na nju primjenjiv samo u iznimnim situacijama), koja će karakterizirati brzinu promjene položaja idealiziranog tijela. Smatra se da je vektor zbog činjenice da brzina određuje smjer kretanja u tijeku. Da biste koristili koncept, morate primijeniti referentni okvir, kao što je ranije spomenuto.
7) Kinematika, čija definicija govori oda ne razmatra uzroke koji uzrokuju kretanje, u određenim situacijama razmatra i ubrzanje. To je također vektorska veličina, koja pokazuje koliko će se intenzivno mijenjati vektor brzine idealiziranog tijela s alternativnom (paralelnom) promjenom u jedinici vremena. Znajući istovremeno u kojem su smjeru oba vektora - brzina i ubrzanje - usmjerena, možemo reći o prirodi kretanja tijela. Može biti jednoliko ubrzan (vektori su isti) ili jednoliko spor (vektori su u suprotnim smjerovima).
8) Kutna brzina. Još jedna vektorska veličina. U principu, njegova se definicija podudara s onom analognom koju smo dali ranije. Zapravo, jedina razlika je u tome što se prethodno razmatrani slučaj dogodio pri kretanju duž pravocrtne putanje. Ovdje imamo kružno kretanje. Može biti uredan krug, kao i elipsa. Sličan koncept je dat za kutno ubrzanje.
Fizika. Kinematika. Formule
Za rješavanje praktičnih problema vezanih uz kinematiku idealiziranih tijela, postoji cijeli popis raznih formula. Omogućuju vam da odredite prijeđenu udaljenost, trenutnu, početnu konačnu brzinu, vrijeme tijekom kojeg je tijelo prešlo ovu ili onu udaljenost i još mnogo toga. Zaseban slučaj primjene (privatni) su situacije sa simuliranim slobodnim padom tijela. U njima je ubrzanje (označeno slovom a) zamijenjeno ubrzanjem gravitacije (slovo g, brojčano iznosi 9,8 m/s^2).
Pa što smo saznali? Fizika - kinematika (čije formuleizvedeni jedno iz drugog) - ovaj dio se koristi za opisivanje gibanja idealiziranih tijela bez uzimanja u obzir parametara sile koji postaju uzroci odgovarajućeg kretanja. Čitatelj se uvijek može detaljnije upoznati s ovom temom. Fizika (tema "kinematika") je vrlo važna, jer ona daje osnovne pojmove mehanike kao globalnog dijela odgovarajuće znanosti.
