Што вывучае кінематыка? Паняцці, велічыні і задача

Што вывучае кінематыка? З гэтым пытаннем амаль адразу ж сутыкаюцца вучні сёмых класаў, толькі пачынаючы вывучэнне фізікі. Сёння мы пагаворым аб тым, што вывучае кінематыка, якія паняцці ў ёй з'яўляюцца найбольш важнымі. Разгледзім выпадкі і асновы гэтага раздзела фізікі, разбярэмся з тым, якія формулы ў ёй можна ўжываць і ў якіх выпадках гэта варта рабіць.

Што вывучае механіка, кінематыка, дынаміка?

Перш за ўсё давайце правядзем, так бы мовіць, дэмаркацыйныя лініі паміж гэтымі трыма паняццямі. Механіка з'яўляецца адным з фізічных частак. Пра яе можна сказаць, што сама механіка займаецца вывучэннем законаў перамяшчэння тэл. Але падобныя вызначэння чытач можа сустрэць і тады, калі гаворка ідзе пра кінематыцы з дынамікай.

Так у чым жа розніца?

Давайце паспрабуем для пачатку разабрацца з тым, што вывучае кінематыка і што гэтая навука сабой уяўляе. Па сутнасці справы, кінематыка ніколі не была самастойнай. Яна ёсць не што іншае, як раздзел механікі. Усяго іх тры: кінематыка, дынаміка і статыка. Усе гэтыя тры раздзелы аднолькава ставяцца да механічнай катэгорыі, гэта значыць вывучаюць ўзаемадзеяння тэл і асаблівасці іх перамяшчэння. Аднак кожная з іх мае характэрныя асаблівасці.

Тонкасці гэтых раздзелаў

Кінематыка, напэўна, з'яўляецца найбольш цікавым падзелам з пункту гледжання вырашэння задач. Велізарнае мноства камбінаторныя рашэнняў, сапраўды велізарны абшар для іх планавання - усё гэта становіцца краевугольныя камяні, на якіх грунтуецца папулярнасць кінематыкі. Дарэчы, адкрыўшы нават тэсты для падрыхтоўкі да іспыту ў 9-ым класе, мы адразу ж можам натрапіць на простыя прыклады. Кажучы пра тое, што вывучае кінематыка, можам згадаць, што яна разглядае асаблівасці руху тэл без уліку сіл узаемадзеянняў.

Крыху больш складана справа ідзе з такім падзелам механікі, як дынаміка. У ёй таксама разглядаецца рух целаў і фігуруюць адпаведныя велічыні. Гэта, напрыклад, хуткасць руху, адлегласць, час. Але з'яўляецца і шэраг іншых тэрмінаў. Тут простымі законамі руху не адкараскаешся, прыйдзецца разглядаць механічную сістэму з улікам сіл, дзейсных на тое ці іншае цела. А вось статыка ўжо вывучае правілы раўнавагі ў механічных сістэмах. Там з'яўляюцца не проста цела, а рычагі і іншыя элементы.

Што складае аснову кінематыкі?

Такім чынам, мы высветлілі, што кінематыка вывучае рух тэл без аглядкі на сілы, якія дзейнічаюць на матэрыяльныя кропкі. Але што ж легла ў аснову гэтага падзелу механікі, акрамя асноўных законаў? Паняцці і азначэнні - гэта, вядома, добра, але ж адной тэорыяй пры вырашэнні задач мы не зможам карыстацца. Прынамсі, каб дасягнуць станоўчага або выніковага выніку, нам прыйдзецца звярнуцца да формулах. А каб гэта зрабіць, спачатку разбярэмся з велічынямі, якія ў іх будуць фігураваць.

Асноўныя велічыні, якія выкарыстоўваюцца ў задачах па кінематыцы

Для пачатку хочам нагадаць чытачам, што яны могуць мець неардынарны характар. Давайце пачнем з простай велічыні, якую мы называем адлегласцю. Гэта скалярная велічыня. Гэта значыць такою толькі пэўнае значэнне. Тры метры, на якія адкаціўся мячык. 25 метраў, якія праплыў спартсмен. Дзесяць кіламетраў, пройдзеныя чалавекам за цэлы дзень. Усё гэта - лікавыя значэння велічыні, якую мы называем адлегласцю.

Ледзь па-іншаму справа ідзе з хуткасцю і паскарэннем, якія ў кінематыцы (ды і наогул) маюць дваякую прыроду. З аднаго боку, мы можам даць хуткасці колькасную значэнне. Хай гэта будзе пяць, дзесяць, дваццаць метраў у секунду. Але ж хуткасць мае і кірунак. Яно супадае з кірункам руху цела, гэта ж відавочна. Аналагічна справа ідзе і з паскарэннем. Аднак хуткасць і паскарэнне могуць быць накіраваныя ў розныя бакі. Пры гэтым цела будзе запавольвацца. Уявіце сабе, што аўтамабіль толькі пачынае ехаць, з кожнай секундай набіраючы хуткасць. Пры гэтым хуткасць і паскарэнне накіраваныя ў адзін бок, за кошт чаго хуткасць цела павялічваецца з кожнай секундай. А вось калі адбываецца тармажэнне, вэктару становяцца накіраванымі ў розныя бакі.

Кінематыка - раздзел механікі, які вывучае рух тэл. Але якім можа быць вывучэнне, калі мы не будзем выкарыстоўваць для гэтага часовыя інтэрвалы? Вось яна - яшчэ адна велічыня, выкарыстоўваная для вырашэння задач і апісання законаў у гэтым раздзеле фізікі. Яна, разам з адлегласцю, паскарэннем і хуткасцю, уваходзіць у некаторыя формулы, найбольш часта выкарыстоўваюцца для прывядзення рашэнняў. Давайце разгледзім досыць простую задачу на гэтую тэму, каб канчаткова замацаваць на практыцы атрыманую раней у ходзе артыкула тэорыю.

задача

Для праверкі характарыстык аўтамабіля вылучаюць стомятровы адрэзак ідэальнай дарогі. Вядома, што яго паскарэнне роўна пяці метрам на секунду ў квадраце. Даведайцеся, за які час аўтамабіль зможа прайсці азначанае адлегласць, прыняўшы да ўвагі тое, што рух пачынаецца з стану спакою.

Такім чынам, паколькі кінематыка - гэта раздзел механікі, які вывучае законы руху целаў, мы будзем карыстацца адпаведнымі формуламі. У агульным выпадку яна выглядае так: S = _V o T + (-) (at ^ 2) / 2. Але мы для нашай задачы правядзем змена выгляду. Сказана, што рух пачынаецца з стану спакою. Значыць, пачатковая хуткасць роўная нулю. Такім чынам, твор хуткасці на час _V o T будзе роўна нулю. Раз ужо аўтамабіль разганяецца, для формулы уласцівы знак "+". У выніку яна прыме наступны выгляд: S = (at ^ 2) / 2.

Наступным справай выкажам квадрат часу. Для гэтага памножым абедзве часткі атрыманага ўраўненні на двойку, каб перапісаць яго ў радок. А цяпер падзелім падвоенае адлегласць на паскарэнне. Апошнім крокам для выражэння стане выманне квадратнага кораня з гэтага выказвання. Ну вось, мы максімальна спрасцілі формулу. Цяпер яна выглядае так: T = sqrt (2S / a). Застаецца толькі падставіць колькасці. У выніку атрымаем, што аўтамабіль прайшоў дадзенае адлегласць за час, роўнае прыкладна 6,32 секунды.