Що вивчає кінематика? Поняття, величини і завдання
Що вивчає кінематика? З цим питанням майже відразу ж стикаються учні сьомих класів, тільки починаючи вивчення фізики. Сьогодні ми поговоримо про те, що вивчає кінематика, які поняття в ній є найбільш важливими. Розглянемо випадки і основи цього розділу фізики,
Содержание
Що вивчає механіка, кінематика, динаміка?
Перш за все давайте проведемо, так би мовити, демаркаційні лінії між цими трьома поняттями. Механіка є одним з фізичних розділів. Про неї можна сказати, що сама механіка займається вивченням законів переміщення тел. Але подібні визначення читач може зустріти і тоді, коли мова йде про кінематиці з динамікою.
Так в чому ж різниця?
Давайте спробуємо для початку розібратися з тим, що вивчає кінематика і що ця наука собою являє. По суті справи, кінематика ніколи не була самостійною. Вона є не що інше, як розділ механіки. Всього їх три: кінематика, динаміка і статика. Всі ці три розділи однаково ставляться до механічної категорії, тобто вивчають взаємодії тіл і особливості їх переміщення. Однак кожна з них має характерні особливості.
Тонкощі цих розділів
Кінематика, напевно, є найбільш цікавим розділом з точки зору вирішення завдань. Величезна безліч комбінаторних рішень, дійсно величезний простір для їх планування - все це стає наріжними каменями, на яких базується популярність кінематики. До речі, відкривши навіть тести для підготовки до іспиту в 9-му класі, ми відразу ж можемо наштовхнутися на прості приклади. Говорячи про те, що вивчає кінематика, можемо згадати, що вона розглядає особливості руху тіл без урахування сил взаємодій.
Трохи складніша справа з таким розділом механіки, як динаміка. У ній також розглядається рух тіл і фігурують відповідні величини. Це, наприклад, швидкість руху, відстань, час. Але з`являється і ряд сторонніх термінів. Тут простими законами руху не відбудешся, доведеться розглядати механічну систему з урахуванням сил, що діють на ту чи іншу тіло. А ось статика вже вивчає правила рівноваги в механічних системах. Там з`являються не просто тіла, а важелі та інші елементи.
Що лежить в основі кінематики?
Отже, ми з`ясували, що кінематика вивчає рух тіл без оглядки на сили, які діють на матеріальні точки. Але що ж лягло в основу цього розділу механіки, крім основних законів? Поняття і визначення - це, звичайно, добре, але ж однією теорією при вирішенні завдань ми не зможемо користуватися. По крайней мере, щоб досягти позитивного або підсумкового результату, нам доведеться вдатися до формул. А щоб це зробити, спочатку розберемося з величинами, які в них будуть фігурувати.
Основні величини, що використовуються в задачах з кінематики
Для початку хочемо нагадати читачам, що вони можуть мати неординарний характер. Давайте почнемо з простої величини, яку ми називаємо відстанню. Це скалярна величина. Тобто має тільки певне значення. Три метри, на які відкотився м`ячик. 25 метрів, які проплив спортсмен. Десять кілометрів, пройдені людиною за цілий день. Все це - чисельні значення величини, яку ми називаємо відстанню.
Трохи по-іншому справа йде зі швидкістю і прискоренням, які в кінематиці (та й взагалі) мають двояку природу. З одного боку, ми можемо дати швидкості чисельне значення. Нехай це буде п`ять, десять, двадцять метрів в секунду. Але ж швидкість має і напрям. Воно збігається з напрямком руху тіла, це ж очевидно. Аналогічно справа йде і з прискоренням. Однак швидкість і прискорення можуть бути спрямовані в різні боки. При цьому тіло буде сповільнюватися. Уявіть собі, що автомобіль тільки починає їхати, з кожною секундою набираючи швидкість. При цьому швидкість і прискорення спрямовані в одну сторону, за рахунок чого швидкість тіла збільшується з кожною секундою. А ось коли відбувається гальмування, вектора стають спрямованими в різні боки.
Кінематика - розділ механіки, який вивчає рух тіл. Але яким може бути вивчення, якщо ми не будемо використовувати для цього тимчасові інтервали? Ось вона - ще одна величина, яка використовується для вирішення завдань і опису законів в цьому розділі фізики. Вона, поряд з відстанню, прискоренням і швидкістю, входить до деяких формули, найбільш часто використовувані для приведення рішень. Давайте розглянемо досить просту задачу на цю тему, щоб остаточно закріпити на практиці отриману раніше в ході статті теорію.
завдання
Для перевірки характеристик автомобіля виділяють стометровий відрізок ідеальної дороги. Відомо, що його прискорення дорівнює п`яти метрам на секунду в квадраті. Дізнайтеся, за який час автомобіль зможе пройти вказану відстань, взявши до уваги те, що рух починається зі стану спокою.
Отже, оскільки кінематика - це розділ механіки, який вивчає закони руху тіл, ми будемо користуватися відповідними формулами. У загальному випадку вона виглядає так: S = VoT + (-) (at ^ 2) / 2. Але ми для нашої задачі проведемо зміна виду. Сказано, що рух починається зі стану спокою. Значить, початкова швидкість дорівнює нулю. Отже, твір швидкості на час VoT дорівнюватиме нулю. Раз вже автомобіль розганяється, для формули властивий знак "+". У підсумку вона прийме такий вигляд: S = (at ^ 2) / 2.
Наступною справою висловимо квадрат часу. Для цього помножимо обидві частини отриманого рівняння на двійку, щоб переписати його в рядок. А тепер поділимо подвоєне відстань на прискорення. Останнім кроком для вираження стане витяг квадратного кореня з цього виразу. Ну ось, ми максимально спростили формулу. Тепер вона виглядає так: T = sqrt (2S / a). Залишається тільки підставити числа. В результаті отримаємо, що автомобіль пройшов дане відстань за час, що дорівнює приблизно 6,32 секунди.
