Кинематик гэж юу вэ? Ерөнхий боловсролын сургуулийн сурагчид анх удаа физикийн хичээлээр түүний тодорхойлолттой танилцаж эхэлдэг. Механик (кинематик нь түүний нэг салбар) өөрөө энэ шинжлэх ухааны томоохон хэсгийг бүрдүүлдэг. Ихэвчлэн сурах бичигт оюутнуудад хамгийн түрүүнд танилцуулагддаг. Бидний хэлсэнчлэн кинематик бол механикийн дэд хэсэг юм. Гэхдээ бид түүний тухай ярьж байгаа тул энэ талаар бага зэрэг дэлгэрэнгүй яръя.
Физикийн нэг хэсэг болох механик
“Механик” гэдэг үг нь өөрөө грек гаралтай бөгөөд шууд утгаараа машин бүтээх урлаг гэж орчуулагддаг. Физикийн хувьд энэ нь янз бүрийн хэмжээтэй орон зайд (өөрөөр хэлбэл хөдөлгөөн нь нэг хавтгайд, нөхцөлт координатын тор эсвэл гурван хэмжээст орон зайд тохиолдож болно) материаллаг биетүүдийн хөдөлгөөнийг судалдаг хэсэг гэж үздэг.). Материаллаг цэгүүдийн харилцан үйлчлэлийн судалгаа нь механикийн гүйцэтгэдэг ажлуудын нэг юм (кинематик нь хүчний параметрийн нөлөөллийг харгалзахгүйгээр өөр нөхцөл байдлыг загварчлах, шинжлэхэд оролцдог тул энэ дүрмийн үл хамаарах зүйл юм). Энэ бүхний хамт физикийн холбогдох салбар гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэйхөдөлгөөн гэдэг нь цаг хугацааны явцад орон зай дахь биеийн байрлал өөрчлөгдөхийг хэлнэ. Энэ тодорхойлолт нь зөвхөн материаллаг цэгүүд эсвэл бүхэлдээ биед төдийгүй тэдгээрийн хэсгүүдэд ч хамаатай.
Кинематикийн тухай ойлголт
Физикийн энэ хэсгийн нэр нь мөн грек гаралтай бөгөөд шууд утгаараа "хөдөлгөөн" гэж орчуулагддаг. Тиймээс бид кинематик гэж юу вэ гэсэн асуултын анхны, хараахан бүрдээгүй хариултыг авдаг. Энэ тохиолдолд энэ хэсэгт шууд идеалжуулсан биетүүдийн хөдөлгөөний тодорхой төрлийг дүрслэх математик аргуудыг судалдаг гэж хэлж болно. Бид туйлын хатуу биетүүдийн тухай, хамгийн тохиромжтой шингэний тухай, мөн мэдээжийн хэрэг материаллаг цэгүүдийн тухай ярьж байна. Тайлбарыг хэрэглэхдээ хөдөлгөөний шалтгааныг харгалзан үзэхгүй гэдгийг санах нь маш чухал юм. Өөрөөр хэлбэл, биеийн жин эсвэл хөдөлгөөний шинж чанарт нөлөөлөх хүч зэрэг үзүүлэлтүүдийг тооцохгүй.
Кинематикийн үндэс
Тэдэнд цаг хугацаа, орон зай гэх мэт ойлголтууд багтдаг. Хамгийн энгийн жишээнүүдийн нэг бол материаллаг цэг тодорхой радиустай тойргийн дагуу хөдөлдөг нөхцөл байдлыг дурдаж болно. Энэ тохиолдолд кинематик нь векторын дагуу биеэс тойргийн төв рүү чиглэсэн төв рүү чиглэсэн хурдатгал гэх мэт хэмжигдэхүүнийг заавал байх ёстой гэж үздэг. Өөрөөр хэлбэл, ямар ч үед хурдатгалын вектор нь тойргийн радиустай давхцах болно. Гэхдээ энэ тохиолдолд ч гэсэн (хамттөв рүү чиглэсэн хурдатгал) кинематик нь түүнийг үүсгэхэд хүргэсэн хүчний шинж чанарыг харуулахгүй. Эдгээр нь динамикийн задлан шинжилдэг үйлдлүүд юм.
Кинематик гэж юу вэ?
Тиймээс бид үнэндээ кинематик гэж юу вэ гэсэн хариултыг өгсөн. Хүчний параметрүүдийг судлахгүйгээр идеалжуулсан биетийн хөдөлгөөнийг хэрхэн дүрслэхийг судалдаг механикийн салбар юм. Одоо кинематик гэж юу байж болох талаар ярилцъя. Түүний анхны төрөл нь сонгодог. Тодорхой төрлийн хөдөлгөөний үнэмлэхүй орон зайн болон цаг хугацааны шинж чанарыг харгалзан үзэх нь заншилтай байдаг. Эхнийх нь дүрд сегментүүдийн уртууд, сүүлчийнх нь дүрд цаг хугацааны интервалууд гарч ирдэг. Өөрөөр хэлбэл, эдгээр параметрүүд нь лавлагааны системийн сонголтоос хамааралгүй хэвээр байна гэж бид хэлж чадна.
Харьцангуй
Хоёр дахь төрлийн кинематик нь харьцангуй юм. Үүнд, харгалзах хоёр үйл явдлын хооронд нэг лавлагааны хүрээнээс нөгөө рүү шилжих тохиолдолд цаг хугацааны болон орон зайн шинж чанарууд өөрчлөгдөж болно. Энэ тохиолдолд хоёр үйл явдлын гарал үүслийн нэгэн зэрэг нь зөвхөн харьцангуй шинж чанартай байдаг. Энэ төрлийн кинематикийн хувьд хоёр тусдаа ойлголт (мөн бид орон зай, цаг хугацааны тухай ярьж байна) нэг болж нийлдэг. Үүнд ихэвчлэн интервал гэж нэрлэгддэг хэмжигдэхүүн нь Лоренцын хувиргалтаар өөрчлөгддөггүй.
Кинематик үүссэн түүх
Бидүзэл баримтлалыг ойлгож, кинематик гэж юу вэ гэсэн асуултад хариулт өгч чадсан. Гэхдээ энэ нь механикийн дэд хэсэг болж үүссэн түүх юу байсан бэ? Энэ бол одоо ярих ёстой зүйл юм. Удаан хугацааны туршид энэ дэд хэсгийн бүх үзэл баримтлал нь Аристотелийн өөрөө бичсэн бүтээлүүд дээр үндэслэсэн байв. Тэд уналтын үед биеийн хурд нь тухайн биеийн жингийн тоон үзүүлэлттэй шууд пропорциональ байна гэсэн холбогдох мэдэгдлийг агуулсан байв. Хөдөлгөөний шалтгаан нь шууд хүч, байхгүй тохиолдолд ямар нэгэн хөдөлгөөн ярих боломжгүй гэдгийг мөн дурдлаа.
Галилейгийн туршилт
Нэрт эрдэмтэн Галилео Галилей XVI зууны сүүлчээр Аристотелийн бүтээлүүдийг сонирхож эхэлсэн. Тэрээр биеийн чөлөөт уналтын үйл явцыг судалж эхлэв. Түүний Пизагийн цамхаг дээр хийсэн туршилтуудыг дурьдаж болно. Эрдэмтэн биетүүдийн инерцийн үйл явцыг мөн судалжээ. Эцэст нь Галилео Аристотель өөрийн бүтээлүүддээ алдаатай байсныг нотолж чадсан бөгөөд тэрээр хэд хэдэн алдаатай дүгнэлт хийжээ. Галилео холбогдох номондоо Аристотелийн дүгнэлтийн алдааг нотлох баримтаар гүйцэтгэсэн ажлынхаа үр дүнг тодорхойлсон.
Орчин үеийн кинематик нь 1700 оны 1-р сард үүссэн гэж үздэг. Дараа нь Пьер Вариньон Францын Шинжлэх Ухааны Академийн өмнө үг хэлэв. Мөн тэрээр хурдатгал, хурдны тухай анхны ойлголтуудыг авчирч, тэдгээрийг дифференциал хэлбэрээр бичиж, тайлбарлав. Хэсэг хугацааны дараа Ампер бас зарим кинематик санааг анхаарч үзсэн. 18-р зуунд тэрээр кинематик гэж нэрлэгддэг зүйлийг ашигласанвариацын тооцоо. Хожим бий болсон харьцангуйн тусгай онол нь орон зай нь цаг хугацаа шиг үнэмлэхүй биш гэдгийг харуулсан. Үүний зэрэгцээ хурдыг үндсээр нь хязгаарлаж болно гэдгийг онцолсон. Чухамхүү эдгээр үндэс нь кинематикийг харьцангуй механик гэгдэх үзэл баримтлалын хүрээнд хөгжүүлэхэд түлхэц өгсөн юм.
Хэсэгт ашигласан ойлголт ба хэмжигдэхүүн
Кинематикийн үндэс нь зөвхөн онолын нэр томъёонд хэрэглэгддэг төдийгүй тодорхой хүрээний асуудлыг загварчлах, шийдвэрлэхэд ашигладаг практик томьёонд оршдог хэд хэдэн хэмжигдэхүүнүүдийг агуулдаг. Эдгээр хэмжигдэхүүн, ойлголттой илүү дэлгэрэнгүй танилцацгаая. Сүүлийнхүүдээс эхэлцгээе.
1) Механик хөдөлгөөн. Энэ нь цаг хугацааны интервалыг өөрчлөх явцад бусад (материалын цэгүүд) -тэй харьцуулахад тодорхой биетийн орон зайн байрлал дахь өөрчлөлт гэж тодорхойлогддог. Үүний зэрэгцээ дурдсан биетүүд бие биетэйгээ харгалзах харилцан үйлчлэлийн хүчийг агуулдаг.
2) Лавлах систем. Бидний өмнө нь тодорхойлсон кинематик нь координатын системийг ашиглахад суурилдаг. Түүний өөрчлөлтүүд байгаа эсэх нь зайлшгүй шаардлагатай нөхцлүүдийн нэг юм (хоёрдахь нөхцөл нь цаг хэмжих хэрэгсэл эсвэл хэрэгслийг ашиглах явдал юм). Ерөнхийдөө нэг буюу өөр төрлийн хөдөлгөөнийг амжилттай тайлбарлахад лавлагааны хүрээ шаардлагатай.
3) Координатууд. Өмнөх үзэл баримтлалтай салшгүй холбоотой төсөөллийн нөхцөлт үзүүлэлт болох координатууд нь биетийн байрлалыг тодорхойлох аргаас өөр зүйл биш юм.орон зай. Энэ тохиолдолд тоо, тусгай тэмдэгтийг тайлбарт ашиглаж болно. Координатыг скаут болон буучид ихэвчлэн ашигладаг.
4) Радиус вектор. Энэ бол практикт идеалжуулсан биеийн байрлалыг анхны байрлал руу (зөвхөн биш) тохируулахад ашигладаг физик хэмжигдэхүүн юм. Энгийнээр хэлбэл, тодорхой цэгийг авч, конвенцид зориулж тогтоодог. Ихэнхдээ энэ нь координатын гарал үүсэл юм. Үүний дараа, энэ цэгээс идеалжуулсан бие нь дур зоргоороо чөлөөтэй хөдөлж эхэлдэг гэж бодъё. Цаг хугацааны аль ч үед бид биеийн байрлалыг эх цэгтэй холбож болох ба үүссэн шулуун шугам нь радиус вектороос өөр зүйл болохгүй.
5) Кинематик хэсэгт траекторийн тухай ойлголтыг ашигладаг. Энэ нь янз бүрийн хэмжээтэй орон зайд дур зоргоороо чөлөөтэй хөдөлгөөн хийх үед идеалжуулсан биеийн хөдөлгөөний явцад үүсдэг ердийн тасралтгүй шугам юм. Замын чиглэл нь шулуун, дугуй, тасархай байж болно.
6) Биеийн кинематик нь хурд гэх мэт физик хэмжигдэхүүнтэй салшгүй холбоотой. Үнэн хэрэгтээ энэ бол вектор хэмжигдэхүүн юм (скаляр хэмжигдэхүүн нь зөвхөн онцгой тохиолдолд л хамаарна гэдгийг санах нь маш чухал), энэ нь идеалжуулсан биеийн байрлал дахь өөрчлөлтийн хурдыг тодорхойлох болно. Хурд нь үргэлжилж буй хөдөлгөөний чиглэлийг тогтоодог учир вектор гэж үздэг. Үзэл баримтлалыг ашиглахын тулд та өмнө дурдсанчлан лавлагааны хүрээг ашиглах ёстой.
7) Кинематик, тодорхойлолт нь тухай өгүүлдэгЭнэ нь хөдөлгөөнийг үүсгэдэг шалтгааныг авч үздэггүй, зарим тохиолдолд хурдатгалыг бас авч үздэг. Энэ нь мөн вектор хэмжигдэхүүн бөгөөд цаг хугацааны нэгжийн альтернатив (зэрэгцээ) өөрчлөлтөөр идеалжуулсан биеийн хурдны вектор хэр эрчимтэй өөрчлөгдөхийг харуулдаг. Хурд ба хурдатгал хоёр вектор аль чиглэлд чиглэгдэж байгааг мэдэхийн тулд бид биеийн хөдөлгөөний мөн чанарыг хэлж чадна. Энэ нь жигд хурдасгасан (векторууд ижил) эсвэл жигд удаан (векторууд эсрэг чиглэлд) байж болно.
8) Өнцгийн хурд. Өөр вектор хэмжигдэхүүн. Зарчмын хувьд түүний тодорхойлолт нь бидний өмнө өгсөн ижил төстэй тодорхойлолттой давхцаж байна. Үнэн хэрэгтээ цорын ганц ялгаа нь өмнө нь авч үзсэн тохиолдол нь шулуун шугамын дагуу хөдөлж байх үед гарсан явдал юм. Энд бид дугуй хөдөлгөөнтэй байна. Энэ нь цэвэрхэн тойрог, түүнчлэн эллипс байж болно. Үүнтэй төстэй ойлголтыг өнцгийн хурдатгалд өгсөн.
Физик. Кинематик. Томъёо
Идеалжуулсан биеийн кинематиктай холбоотой практик асуудлыг шийдэхийн тулд янз бүрийн томъёоны бүхэл бүтэн жагсаалт байдаг. Эдгээр нь туулсан зай, агшин зуур, анхны эцсийн хурд, бие нь энэ эсвэл өөр зайг туулсан хугацаа болон бусад олон зүйлийг тодорхойлох боломжийг танд олгоно. Өргөдөл гаргах тусдаа тохиолдол (хувийн) нь биеийн чөлөөт уналтыг дуурайлган хийдэг нөхцөл байдал юм. Тэдгээрийн хувьд хурдатгал (а үсгээр тэмдэглэгдсэн) нь таталцлын хурдатгалаар солигддог (g үсэг, тоон хувьд 9.8 м/с^2).
Тэгвэл бид юу олж мэдсэн бэ? Физик - кинематик (томьёо ньбие биенээсээ гаралтай) - энэ хэсгийг тохирох хөдөлгөөний шалтгаан болох хүчний параметрүүдийг харгалзахгүйгээр идеалжуулсан биетүүдийн хөдөлгөөнийг тодорхойлоход ашигладаг. Уншигч та энэ сэдэвтэй үргэлж илүү дэлгэрэнгүй танилцах боломжтой. Физик ("кинематик" сэдэв) нь маш чухал, учир нь энэ нь механикийн үндсэн ойлголтуудыг харгалзах шинжлэх ухааны дэлхийн хэсэг болгон өгдөг.
