Кинематиканың негізгі ұғымдары қандай? Бұл ғылым дегеніміз не және ол нені зерттейді? Бүгін біз кинематика деген не, кинематиканың қандай негізгі ұғымдары тапсырмаларда орын алатыны және олардың нені білдіретіні туралы айтатын боламыз. Сонымен қатар, біз жиі кездесетін мөлшерлер туралы айтайық.
Кинематика. Негізгі ұғымдар мен анықтамалар
Алдымен оның не екенін айтайық. Мектеп курсында физиканың ең көп оқылатын тарауларының бірі механика болып табылады. Оның соңынан белгісіз тәртіпте молекулалық физика, электр энергиясы, оптика және кейбір басқа салалар, мысалы, ядролық және атомдық физика жатады. Бірақ механиканы толығырақ қарастырайық. Физиканың бұл бөлімі денелердің механикалық қозғалысын зерттейді. Ол кейбір үлгілерді белгілейді және оның әдістерін зерттейді.
Кинематика механиканың бөлігі ретінде
Соңғы үш бөлікке бөлінеді: кинематика, динамика және статика. Бұл үш ғылымның, егер сіз оларды осылай атасаңыз, кейбір ерекшеліктері бар. Мысалы, статика механикалық жүйелердің тепе-теңдік ережелерін зерттейді. Таразымен ассоциация бірден ойға оралады. Динамика денелердің қозғалыс заңдылықтарын зерттейді, бірақ сонымен бірге оларға әсер ететін күштерге назар аударады. Бірақ кинематика да солай етеді, тек күштер есепке алынбайды. Демек, тапсырмаларда сол денелердің массасы есепке алынбайды.
Кинематиканың негізгі түсініктері. Механикалық қозғалыс
Бұл ғылымдағы пән – материалдық нүкте. Ол белгілі бір механикалық жүйемен салыстырғанда өлшемдерін елемеуге болатын дене деп түсініледі. Бұл идеализацияланған дене молекулалық физика бөлімінде қарастырылатын идеал газға ұқсас. Жалпы алғанда, жалпы механикада да, әсіресе кинематикада да материалдық нүкте ұғымы айтарлықтай маңызды рөл атқарады. Көбінесе аударылатын қозғалыс деп аталады.
Бұл нені білдіреді және ол не болуы мүмкін?
Әдетте қозғалыстар айналмалы және трансляциялық болып бөлінеді. Трансляциялық қозғалыс кинематикасының негізгі ұғымдары негізінен формулаларда қолданылатын шамалармен байланысты. Олар туралы кейінірек айтатын боламыз, бірақ әзірше қозғалыс түріне қайта оралайық. Айналу туралы айтатын болсақ, дененің айналуы анық. Тиісінше, трансляциялық қозғалыс дененің жазықтықтағы немесе сызықтық қозғалысы деп аталады.
Есептерді шешудің теориялық негізі
Кинематика, біз қазір қарастыратын негізгі ұғымдары мен формулалары өте көп міндеттерге ие. Бұған әдеттегі комбинаторика арқылы қол жеткізіледі. Мұндағы әртүрліліктің бір әдісі белгісіз шарттарды өзгерту болып табылады. Бір ғана мәселені шешудің мақсатын өзгерту арқылы басқа қырынан көрсетуге болады. Қашықтықты, жылдамдықты, уақытты, үдеуді табу талап етіледі. Көріп отырғаныңыздай, көптеген нұсқалар бар. Бұл жерге еркін құлау шарттарын қосатын болсақ, кеңістікті елестету мүмкін емес болады.
Мәндер мен формулалар
Біріншіден, бір тапсырыс жасайық. Белгілі болғандай, шамалар екі жақты сипатта болуы мүмкін. Бір жағынан, белгілі бір сандық мән белгілі бір мәнге сәйкес келуі мүмкін. Бірақ екінші жағынан оның таралу бағыты да болуы мүмкін. Мысалы, толқын. Оптикада біз толқын ұзындығы сияқты ұғымға тап боламыз. Бірақ егер когерентті жарық көзі болса (сол лазер), онда біз жазық поляризацияланған толқындар сәулесімен айналысамыз. Осылайша, толқын оның ұзындығын көрсететін сандық мәнге ғана емес, сонымен қатар таралудың берілген бағытына да сәйкес болады.
Классикалық мысал
Мұндай жағдайлар механикада аналогия болып табылады. Алдымызда арба домалап тұр делік. Авторықозғалыстың сипатын, оның жылдамдығы мен үдеуінің векторлық сипаттамаларын анықтауға болады. Алға жылжыған кезде (мысалы, тегіс еденде) мұны істеу сәл қиынырақ болады, сондықтан біз екі жағдайды қарастырамыз: арба көтерілгенде және ол төмендегенде.
Ендеше, арба сәл еңіспен көтеріліп бара жатыр деп елестетейік. Бұл жағдайда оған ешқандай сыртқы күш әсер етпесе, ол баяулайды. Бірақ кері жағдайда, атап айтқанда, арба төмен түскенде, ол жылдамдайды. Екі жағдайда жылдамдық объект қозғалатын жерге бағытталған. Бұл ереже ретінде қабылдануы керек. Бірақ үдеу векторды өзгерте алады. Тежелу кезінде ол жылдамдық векторына қарама-қарсы бағытта бағытталады. Бұл баяулауды түсіндіреді. Ұқсас логикалық тізбекті екінші жағдайға қолдануға болады.
Басқа мәндер
Біз жаңа ғана кинематикада олардың тек скалярлық шамалармен ғана емес, сонымен қатар векторлық шамалармен де жұмыс істейтіні туралы айттық. Енді оны бір қадам алға жылжытайық. Есептерді шешу кезінде жылдамдық пен үдеуден басқа қашықтық және уақыт сияқты сипаттамалар қолданылады. Айтпақшы, жылдамдық бастапқы және лездік болып бөлінеді. Олардың біріншісі екіншісінің ерекше жағдайы. Лездік жылдамдық - бұл кез келген уақытта табуға болатын жылдамдық. Бастапқыда бәрі түсінікті.
Тапсырма
Теорияның үлкен бөлігін біз алдыңғы параграфтарда бұрын зерттеген болатынбыз. Енді негізгі формулаларды беру ғана қалды. Бірақ біз одан да жақсырақ әрекет етеміз: біз формулаларды қарастырып қана қоймаймыз, сонымен қатар оларды мәселені шешу үшін қолданамыз.алған білімдерін пысықтау. Кинематика формулалардың тұтас жиынтығын пайдаланады, оларды біріктіре отырып, сіз шешуге қажеттінің бәріне қол жеткізе аласыз. Бұны толығымен түсіну үшін мына екі жағдайға байланысты мәселе бар.
Велосипедші мәре сызығын кесіп өткеннен кейін жылдамдығын төмендетеді. Оған толық тоқтау үшін бес секунд қажет болды. Оның қандай үдеумен бәсеңдегенін, сондай-ақ ол қанша тежеу қашықтығын еңсере алғанын біліңіз. Тежеу қашықтығы сызықтық болып саналады, соңғы жылдамдық нөлге тең қабылданады. Мәре сызығын кесіп өткен сәтте жылдамдық секундына 4 метр болды.
Шынында, тапсырма өте қызықты және бір қарағанда қарапайым болып көрінетіндей емес. Егер кинематикадағы қашықтық формуласын алуға тырыссақ (S=Vot + (-) (^ 2/2)), онда одан ештеңе шықпайды, өйткені бізде екі айнымалысы бар теңдеу болады. Мұндай жағдайда қалай әрекет ету керек? Біз екі жолмен жүре аламыз: алдымен V=Vo - at формуласына деректерді алмастыру арқылы үдеуді есептеңіз немесе сол жерден үдеуді өрнектеп, қашықтық формуласына ауыстырыңыз. Бірінші әдісті қолданайық.
Сонымен, соңғы жылдамдық нөлге тең. Бастапқыда – секундына 4 метр. Сәйкес шамаларды теңдеудің сол және оң жақтарына көшіру арқылы біз үдеу өрнекіне қол жеткіземіз. Мұнда ол: a=Vo/t. Осылайша, ол секундына 0,8 метр квадратқа тең болады және тежеу сипатына ие болады.
Қашықтық формуласына өтіңіз. Біз оған деректерді жай ғана ауыстырамыз. Жауап аламыз: тоқтау қашықтығы 10 метр.
