Кинематика: история, принципи, формули, упражнения

Кинематиката е областта на физиката (по-конкретно на класическата механика), която се занимава с изучаване на движението на тела, без да се вземат предвид причините за него. Тя се фокусира върху изучаването на траекториите на телата с течение на времето чрез използването на величини като изместване, скорост и ускорение.

Някои от проблемите, обхванати от кинематиката, са скоростта, с която се движи влакът, времето, през което автобусът трябва да достигне своята цел, ускорението, изисквано от самолета в момента на излитането, за да се достигне скоростта, необходима за излитане, между другото.

За тази цел кинематиката прибягва до система от координати, които позволяват да се опишат траекториите. Тази система от пространствени координати се нарича референтна система. Клонът на физиката, който се занимава с изучаването на движенията, вземайки предвид техните причини (сили), е динамиката.

история

Етимологично, думата кинематика произхожда от гръцкия термин κινηματικος ( kynēmatikos ), което означава движение или изместване. Не напразно, първите сведения за движението съответстват на гръцките философи и астрономи.

Но едва през четиринадесети век се появяват първите понятия за кинематиката, които са в рамките на доктрината за интензивността на формите или теорията на изчисленията. Тези разработки са направени от учени Уилям Хейтсбъри, Ричард Свийнсхед и Николас Ореме.

По-късно, около 1604 г., Галилео Галилей извършва проучвания за движението при свободно падане на телата и на сферите на наклонени равнини.

Наред с други неща, „Галилео“ се интересуваше от начина, по който се движеха планетите и оръдията.

Принос на Пиер Вариньон

Смята се, че началото на съвременната кинематика се е случило с представянето на Пиер Варнион през януари 1700 г. в Кралската академия на науките в Париж.

В тази презентация той даде определение на понятието ускорение и показа как може да се изведе от моментната скорост, използвайки само диференциалното изчисление.

По-специално, терминът кино е измислен от Андре-Мари Ампер, който уточнява съдържанието на кинематиката и го поставя в областта на механиката.

Накрая, с развитието на Алберт Айнщайн от теорията на специалната относителност, започва нов период; това е така наречената релативистична кинематика, в която пространството и времето вече нямат абсолютен характер.

Какво учиш?

Кинематиката се фокусира върху изучаването на движението на тела, без да анализира причините за тях. За това той използва движението на материална точка, като идеално представяне на тялото в движение.

начало

Движението на тела се изследва от гледна точка на наблюдател (вътрешен или външен) в рамките на референтна система. По този начин, кинематиката изразява математически как тялото се движи от изменението на координатите на позицията на тялото с времето.

По този начин функцията, която позволява да се изрази траекторията на тялото, зависи не само от времето, но и от скоростта и ускорението.

В класическата механика пространството се разглежда като абсолютно пространство. Следователно това е пространство, независимо от материалните тела и тяхното изместване. Също така помислете, че всички физични закони са изпълнени във всеки регион на пространството.

По същия начин класическата механика смята, че времето е абсолютно време, което се осъществява по същия начин във всеки регион на пространството, независимо от движението на тела и от всяко физическо явление, което може да се случи.

Формули и уравнения

скорост

Скоростта е величината, която позволява да се свърже изминатото пространство и времето, прекарано в него. Скоростта може да бъде получена чрез извеждане на позицията по отношение на времето.

v = ds / dt

В тази формула s представлява позицията на тялото, v е скоростта на тялото и t е времето.

ускорение

Ускорението е величината, която позволява да се свърже изменението на скоростта с времето. Ускорението може да се постигне чрез извеждане на скоростта по отношение на времето.

a = dv / dt

В това уравнение a представлява ускорението на тялото в движение.

Равномерно праволинейно движение

Както подсказва името му, това е движение, при което изместването става по права линия. Тъй като е еднакво, то е движение, при което скоростта е постоянна и в която, следователно, ускорението е нула. Уравнението на равномерното праволинейно движение е:

s = s ₀ + v / t

В тази формула s ₀ представлява началната позиция.

Равномерно ускорено праволинейно движение

Отново, това е движение, при което изместването се извършва по права линия. Тъй като е равномерно ускорено, то е движение, при което скоростта не е постоянна, тъй като тя се променя като следствие от ускорението. Уравненията на равномерно ускореното праволинейно движение са следните:

v = v ₀ + a. t

s = s ₀ + v ₀ + t + 0, 5 t2 a t2

В тези v ₀ началната скорост е вече ускорението.