O que é cinemática? Seção de mecânica, estudando a descrição matemática do movimento dos corpos idealizados

O que é cinemática? Com a sua definição para a primeira vez que os alunos das escolas secundárias em lições físicas começam a se familiarizar. A mecânica (a cinemática é uma das suas seções) constitui a maior parte dessa ciência. Normalmente, é apresentado aos alunos primeiro nos livros didáticos. Como dissemos, a cinemática é uma subseção de mecânica. Mas, como é sobre ela, vamos falar sobre isso com mais detalhes.

Mecânica como parte da física

A própria palavra "mecânica" é o gregoorigem e literalmente traduzida como arte de construção de máquinas. Na física, é considerada uma seção que estuda o movimento dos chamados corpos materiais em espaços de diferentes dimensões (ou seja, o movimento pode ocorrer em um plano, em uma grade de coordenadas convencional ou em espaço tridimensional). O estudo da interação entre pontos materiais é uma das tarefas realizadas pela mecânica (a cinemática é a exceção de sua regra, pois trata da modelagem e análise de situações alternativas sem levar em consideração o efeito dos parâmetros da força). Com tudo isso, deve-se notar que a seção correspondente de física implica sob o movimento a mudança na posição do corpo no espaço ao longo do tempo. Esta definição aplica-se não apenas aos pontos ou corpos materiais em geral, mas também às suas partes.

O conceito de cinemática

O título desta seção de física também temOrigem grega e é traduzido literalmente como "mover". Assim, obtemos a resposta inicial, ainda não formada, verdadeiramente à questão do que é cinemática. Neste caso, podemos dizer que a seção estuda métodos matemáticos para descrever vários tipos de movimento de corpos diretamente idealizados. Estamos falando sobre os chamados corpos absolutamente sólidos, sobre líquidos ideais e, claro, sobre pontos materiais. É muito importante lembrar que ao aplicar a descrição, os motivos do movimento não são levados em consideração. Ou seja, parâmetros como o peso de um corpo ou força que influenciam o caráter de seu movimento não estão sujeitos a consideração.

Fundamentos de cinemática

Eles incluem conceitos como tempo eespaço. Um dos exemplos mais simples é a situação em que, digamos, um ponto material se move ao longo de um círculo de um certo raio. Neste caso, a cinemática atribuirá a existência obrigatória de uma quantidade tal como a aceleração centrípeta, que ao longo do vetor é direcionada do próprio corpo para o centro do círculo. Ou seja, o vetor de aceleração em qualquer instante coincide com o raio do círculo. Mas mesmo neste caso (na presença de aceleração centrípeta), a cinemática não indicará a natureza da força que o fez aparecer. Esta é a ação, que desmantela a dinâmica.

Que tipo de cinemática?

Então, a resposta para o que é cinemática, nós, porfato, eles deram. É uma seção de mecânica que estuda maneiras de descrever o movimento de objetos idealizados sem estudar os parâmetros da força. Agora vamos falar sobre o tipo de cinemática que pode ser. Seu primeiro tipo é clássico. É costume considerar as características espaciais e temporais absolutas de um certo tipo de movimento. No papel do primeiro, os comprimentos dos segmentos aparecem, no papel do último, os intervalos de tempo. Em outras palavras, podemos dizer que esses parâmetros permanecem independentes da escolha do quadro de referência.

Relativista

O segundo tipo de cinemática é relativista. Nela, entre os dois eventos correspondentes, as características temporais e espaciais podem mudar se uma transição for feita de um quadro de referência para outro. A simultaneidade da origem dos dois eventos neste caso também assume uma natureza exclusivamente relativa. Nesta forma de cinemática, dois conceitos distintos (e estamos falando de espaço e tempo) se fundem em um. Nela, uma quantidade, geralmente chamada de intervalo, torna-se invariante sob as transformações de Lorentz.

História da criação da cinemática

Conseguimos entender o conceito e dar uma respostaa questão do que é cinemática. Mas qual foi a história de seu surgimento como uma subseção da mecânica? É sobre isso que devemos falar agora. Por muito tempo, todos os conceitos desta subseção foram baseados em obras que foram escritas pelo próprio Aristóteles. Neles, havia declarações correspondentes de que a velocidade do corpo na queda é diretamente proporcional ao índice numérico do peso de um corpo particular. Também foi mencionado que a causa do movimento é diretamente a força e, na sua ausência, não pode haver movimento e fala.

Experiências do Galileo

O trabalho de Aristóteles no final do século XVIinteressado no famoso cientista Galileo Galilei. Ele começou a estudar o processo de queda livre do corpo. Pode-se mencionar seus experimentos, que ele conduziu na Torre de Pisa. Além disso, o cientista estudou o processo de inércia dos corpos. Eventualmente, Galileu conseguiu provar que Aristóteles estava errado em suas obras, e ele fez uma série de conclusões errôneas. No livro correspondente, Galileu delineou os resultados do trabalho realizado com evidência da falácia das conclusões de Aristóteles.

Cinemática moderna, como é considerada hoje,nasceu em janeiro de 1700 ano. Em seguida, Pierre Varignon fez um discurso perante a Academia Francesa de Ciências. Ele também deu os primeiros conceitos de aceleração e velocidade, escrevendo e explicando-os de forma diferencial. Um pouco mais tarde, Ampere tomou conhecimento de algumas representações cinemáticas. No século XVIII, ele usou o chamado cálculo das variações na cinemática. A teoria especial da relatividade, criada mais tarde, mostrou que o espaço, como o tempo, não é absoluto. Ao mesmo tempo, foi apontado que a velocidade pode ser fundamentalmente limitada. São precisamente esses fundamentos que forçaram a cinemática a se desenvolver dentro da estrutura e dos conceitos da chamada mecânica relativista.

Os conceitos e quantidades usados ​​na seção

Os fundamentos da cinemática incluem váriosvalores que são usados ​​não apenas no plano teórico, mas também em fórmulas práticas usadas na modelagem e na solução de uma certa gama de problemas. Vamos nos familiarizar com essas quantidades e conceitos em mais detalhes. Vamos começar, talvez, com o último.

1) movimento mecânico. É definido como a mudança na posição espacial de um certo corpo idealizado em relação ao outro (pontos materiais) durante uma mudança no intervalo de tempo. Nesse caso, os corpos mencionados têm forças de interação correspondentes.

2) O sistema de referência. A cinemática, cuja definição fornecemos anteriormente, baseia-se no uso de um sistema de coordenadas. A presença de suas variações é uma das condições necessárias (a segunda condição é o uso de instrumentos ou meios para medir o tempo). Em geral, o sistema de referência é necessário para a descrição bem sucedida de um tipo particular de movimento.

3) coordenadas. Sendo um indicador imaginário convencional, inextricavelmente ligado ao conceito anterior (quadro de referência), as coordenadas nada mais são do que o modo pelo qual a posição do corpo idealizado no espaço é determinada. Nesse caso, dígitos e símbolos especiais podem ser usados ​​para a descrição. As coordenadas são frequentemente usadas por olheiros e artilheiros.

4) vetor do raio. Esta é uma quantidade física, que na prática é usada para definir a posição de um corpo idealizado com um olho para a posição original (e não apenas). Simplificando, um certo ponto é tomado e fixado para a convenção. Na maioria das vezes esta é a origem das coordenadas. Então, depois disso, digamos, um corpo idealizado a partir desse ponto começa a se mover ao longo de uma trajetória arbitrária livre. A qualquer momento, podemos conectar a posição do corpo à origem, e a linha reta resultante não passará de um vetor de raio.

5) A seção cinemática utiliza o conceito detrajetória. É uma linha contínua ordinária que é criada durante o movimento de um corpo idealizado com movimento livre arbitrário em um espaço de tamanho diferente. A trajetória, portanto, pode ser retilínea, circular e quebrada.

6) A cinemática do corpo está indissociavelmente ligada a estequantidade física como velocidade. De fato, trata-se de uma grandeza vetorial (é muito importante lembrar que o conceito de grandeza escalar só é aplicável a ela em situações excepcionais), o que caracterizará a rapidez da mudança na posição do corpo idealizado. Seu vetor é geralmente considerado devido ao fato de que a velocidade define a direção do movimento atual. Para usar o conceito, é necessário aplicar um quadro de referência, como mencionado anteriormente.

7) Cinemática, cuja definição fala sobreO fato de não considerar as causas que causam o movimento, em certas situações, considera e acelera. É também uma grandeza vetorial que mostra quão intensamente o vetor de velocidade de um corpo idealizado mudará sob uma mudança alternativa (paralela) na unidade de tempo. Sabendo ao mesmo tempo, em que direção ambos os vetores são direcionados - velocidades e acelerações - pode-se dizer sobre a natureza do movimento do corpo. Ele pode ser uniformemente acelerado (vetores coincidem) ou igualmente lento (vetores são direcionados diferentemente).

8) velocidade angular. Outra quantidade de vetores. Em princípio, sua definição coincide com a que demos anteriormente. De fato, a diferença reside apenas no fato de que o caso anteriormente considerado ocorreu ao se mover ao longo de uma trajetória retilínea. Então nós temos um movimento circular. Pode ser um círculo limpo, bem como uma elipse. Um conceito similar é dado para aceleração angular.

Física Cinemática. Fórmulas

Para resolver problemas práticos associados comCinemática dos corpos idealizados, há toda uma lista de fórmulas muito diferentes. Eles permitem determinar a distância percorrida, instantânea, velocidade final inicial, tempo pelo qual o corpo passou por essa ou aquela distância e muito mais. Um caso particular de aplicação (privado) é a situação com uma queda livre modelada do corpo. Neles, a aceleração (denotada pela letra a) é substituída pela aceleração da gravidade (letra g, numericamente igual a 9,8 m / s ^ 2).

Então, o que descobrimos? Física - cinemática (fórmulas que são derivadas de um outro) - esta seção é usada para descrever o movimento de corpos idealizados excluindo parâmetros de força que se tornam causas de um movimento correspondente. O leitor pode sempre se familiarizar com este tópico em mais detalhes. Física (tema "cinemática") é muito importante, porque dá-lhe uma compreensão básica da mecânica de como a seção global da ciência relevante.