Động học là gì? Phần cơ học, nghiên cứu các mô tả toán học của chuyển động của các cơ quan lý tưởng hóa

Động học là gì? Với định nghĩa của nó cho lần đầu tiên học sinh của các trường trung học ở các bài học thể chất bắt đầu làm quen. Cơ học (động học là một trong các phần của nó) tự nó cấu thành phần lớn hơn của khoa học này. Thông thường nó được trình bày cho học sinh đầu tiên trong sách giáo khoa. Như chúng ta đã nói, động học là một phần của cơ học. Nhưng kể về nó, chúng ta sẽ nói về điều này một cách chi tiết hơn.

Cơ học như một phần của vật lý

Chính từ "cơ học" có nguồn gốc Hy Lạp và được dịch theo nghĩa đen là nghệ thuật chế tạo máy móc. Trong vật lý, nó được coi là một phần nghiên cứu sự chuyển động của vật chất được gọi là các không gian khác nhau (tức là chuyển động có thể xảy ra trong một mặt phẳng, trên một lưới phối hợp thông thường hoặc trong không gian ba chiều). Nghiên cứu sự tương tác giữa các điểm vật chất là một trong những nhiệm vụ được thực hiện bởi cơ học (động học là ngoại lệ đối với quy tắc của chúng, vì nó liên quan đến mô hình và phân tích các tình huống thay thế mà không tính đến ảnh hưởng của các tham số lực). Với tất cả điều này, cần lưu ý rằng các phần liên quan của vật lý hàm ý dưới sự chuyển động sự thay đổi vị trí của cơ thể trong không gian theo thời gian. Định nghĩa này không chỉ áp dụng cho các điểm vật chất hay các cơ thể như một tổng thể mà còn cho các phần của chúng.

Khái niệm về động học

Tiêu đề của phần vật lý này cũng có nguồn gốc Hy Lạp và được dịch theo nghĩa đen là "di chuyển." Do đó, chúng ta có được sự khởi đầu, chưa được hình thành, thực sự trả lời cho câu hỏi của động học là gì. Trong trường hợp này, chúng ta có thể nói rằng phần nghiên cứu các phương pháp toán học mô tả các loại chuyển động của các thân thể lý tưởng trực tiếp. Chúng ta đang nói đến cái gọi là các cơ thể hoàn toàn chắc chắn, về các chất lỏng lý tưởng, và, tất nhiên, về những điểm vật chất. Điều rất quan trọng cần nhớ là khi áp dụng mô tả, lý do của chuyển động không được tính đến. Tức là, các thông số như khối lượng cơ thể hoặc lực có ảnh hưởng đến đặc tính của chuyển động của nó không phải là đối tượng.

Nguyên lý cơ bản của động học

Chúng bao gồm một điều như thời gian và không gian. Một trong những ví dụ đơn giản nhất là tình huống nơi mà, nói, một điểm vật chất di chuyển dọc theo một vòng tròn có bán kính nhất định. Trong trường hợp này, động học sẽ mô tả sự tồn tại bắt buộc của một số lượng như gia tốc tâm, dọc theo vectơ được hướng từ chính cơ thể đến trung tâm của vòng tròn. Tức là, vector tăng tốc tại bất kỳ thời điểm nào sẽ trùng với bán kính của vòng tròn. Nhưng ngay cả trong trường hợp này (với sự có mặt của gia tốc trung tâm), sự chuyển động sẽ không chỉ ra bản chất có lực gây ra sự xuất hiện của nó như thế nào. Đây đã là hành động hủy bỏ sự năng động.

Loại động học?

Vì vậy, trên thực tế, chúng tôi đã đưa ra câu trả lời cho động học. Đây là một phần của cơ học nghiên cứu các cách mô tả chuyển động của các đối tượng lý tưởng hóa mà không cần nghiên cứu các tham số lực. Bây giờ chúng ta hãy nói về loại động học có thể được. Loại đầu tiên của nó là cổ điển. Thường thì phải xem xét các đặc tính không gian và thời gian tuyệt đối của một kiểu chuyển động nhất định. Trong vai trò của đầu tiên, chiều dài của các phân đoạn xuất hiện, trong vai trò của thứ hai, các khoảng thời gian. Nói cách khác, chúng ta có thể nói rằng các tham số này vẫn độc lập với sự lựa chọn của khung tham khảo.

Tính tương đối

Kiểu thứ hai của động học là tương đối tương đối. Trong đó, giữa hai sự kiện tương ứng, các đặc tính thời gian và không gian có thể thay đổi nếu quá trình chuyển đổi được thực hiện từ một khung tham chiếu sang một khung tham chiếu khác. Tính đồng thời của nguồn gốc của hai sự kiện trong trường hợp này cũng giả định một bản chất tương đối độc nhất. Trong dạng động học này, hai khái niệm riêng biệt (và chúng ta đang nói về không gian và thời gian) hợp nhất thành một. Trong đó, một lượng, thường được gọi là một khoảng, trở nên bất biến theo các phép biến đổi Lorentz.

Lịch sử của việc tạo ra bộ động học

Chúng tôi quản lý để hiểu được khái niệm và đưa ra một câu trả lời cho câu hỏi của động học là gì. Nhưng lịch sử nổi lên của nó như là một phần của cơ học? Đó là những gì chúng ta nên nói về ngay bây giờ. Trong một thời gian dài, tất cả các khái niệm của tiểu mục này dựa trên các tác phẩm do Aristotle viết. Trong đó, có những tuyên bố tương ứng rằng tốc độ của cơ thể vào mùa thu là tỷ lệ thuận với giá trị số của trọng lượng của một cơ thể cụ thể. Người ta cũng đề cập rằng nguyên nhân của phong trào là trực tiếp ép buộc, và khi sự vắng mặt của nó, không thể có chuyển động và lời nói.

Kinh nghiệm của Galileo

Công trình của Aristotle vào cuối thế kỷ 16 đã được quan tâm đến nhà khoa học nổi tiếng Galileo Galilei. Ông bắt đầu nghiên cứu quá trình tự do rơi của cơ thể. Có thể đề cập đến các thí nghiệm của ông, ông đã tiến hành tại Tháp nghiêng Pisa. Ngoài ra, các nhà khoa học đã nghiên cứu quá trình quán tính của các cơ quan. Cuối cùng Galileo đã chứng minh được rằng trong các tác phẩm của ông Aristotle đã sai, và ông đã đưa ra một số kết luận sai lầm. Trong cuốn sách tương ứng, Galileo trình bày các kết quả của công trình được thực hiện với bằng chứng về sự sai lầm của kết luận của Aristotle.

Kinematics hiện đại, như nó được coi là ngày hôm nay, được sinh ra vào tháng Giêng năm 1700. Sau đó Pierre Varignon phát biểu trước Viện Hàn lâm Khoa học Pháp. Ông cũng đưa ra các khái niệm đầu tiên về tăng tốc và tốc độ, viết và giải thích chúng dưới dạng khác. Một chút sau đó, Ampere đã lưu ý một số các đại diện động học. Trong thế kỷ thứ mười tám, ông đã sử dụng cái gọi là tính toán của các biến thể trong động lực học. Lý thuyết tương đối đặc biệt, tạo ra thậm chí sau đó, cho thấy không gian, như thời gian, không phải là tuyệt đối. Đồng thời, nó đã được chỉ ra rằng tốc độ có thể được về cơ bản hạn chế. Đó là những cơ sở đã đẩy quá trình chuyển động đến sự phát triển trong khuôn khổ và các khái niệm của cái gọi là cơ học tương đối.

Các khái niệm và số lượng được sử dụng trong phần

Các nguyên tắc cơ bản của phép chuyển động bao gồm một số lượng được áp dụng không chỉ theo lý thuyết, mà còn diễn ra trong các công thức thực tế được sử dụng trong mô hình hóa và giải quyết một số vấn đề nhất định. Hãy làm quen với những số lượng và khái niệm này một cách chi tiết hơn. Hãy bắt đầu, có lẽ, với thứ hai.

1) Chuyển động cơ học. Nó được định nghĩa là sự thay đổi vị trí không gian của một thân lý tưởng tượng tương đối so với các điểm vật chất khác trong thời gian thay đổi khoảng thời gian. Trong trường hợp này, các cơ thể được đề cập có lực tương tác tương tác.

2) Các khung tham khảo. Kinematics, định nghĩa của chúng ta đã đưa ra trước đó, được dựa trên việc sử dụng một hệ tọa độ. Sự có mặt của các biến thể của nó là một trong những điều kiện cần thiết (điều kiện thứ hai là sử dụng dụng cụ hoặc phương tiện để đo thời gian). Nói chung, khung tham khảo là cần thiết để mô tả thành công một loại chuyển động cụ thể.

3) Tọa độ. Là một chỉ số tưởng tượng thông thường, liên kết không thể tách rời với khái niệm trước đó (khung tham khảo), tọa độ không gì khác hơn là cách thức xác định vị trí của thân lý tưởng tượng trong không gian. Trong trường hợp này, các chữ số và ký hiệu đặc biệt có thể được sử dụng để mô tả. Các tọa độ thường được sử dụng bởi các trinh sát và artillerymen.

4) Vectơ bán kính. Đây là một số lượng vật lý, trong thực tế được sử dụng để đặt vị trí của một cơ thể lý tưởng với một mắt đến vị trí ban đầu (và không chỉ). Đơn giản chỉ cần đặt, một điểm nhất định được lấy và cố định cho quy ước. Thông thường đây là nguồn gốc của tọa độ. Vì vậy, sau này, nói, một cơ thể lý tưởng từ thời điểm này bắt đầu di chuyển dọc theo quỹ đạo tùy ý miễn phí. Bất cứ lúc nào, chúng ta có thể kết nối vị trí của cơ thể với nguồn gốc, và đường thẳng kết quả sẽ không gì khác hơn là một vector bán kính.

5) Phần động học sử dụng khái niệm quỹ đạo. Đây là một đường liên tục thường được tạo ra trong quá trình chuyển động của một cơ thể được lý tưởng hóa với vận động tự do tùy tiện trong không gian có kích thước khác nhau. Do đó, quỹ đạo có thể là đường thẳng, đường tròn và gãy.

6) Động học của cơ thể liên kết không thể tách rời với một khối lượng vật lý như tốc độ. Trên thực tế, đây là số lượng vector (điều quan trọng là bạn phải nhớ rằng khái niệm số lượng vô hướng chỉ áp dụng cho nó trong những tình huống đặc biệt), điều này sẽ mô tả tính nhanh chóng của sự thay đổi vị trí của lý tưởng hoá. Vector của nó thường được coi là do thực tế là tốc độ xác định hướng của chuyển động hiện tại. Để sử dụng khái niệm này, cần phải áp dụng một khung quy chiếu, như đã đề cập ở trên.

7) Kinematics, định nghĩa trong đó nói rằng nó không xem xét các nguyên nhân dẫn đến chuyển động, trong những tình huống nhất định, xem xét và tăng tốc. Nó cũng là một số lượng vectơ cho thấy cường độ vận tốc của một cơ thể lý tưởng sẽ thay đổi theo một thay đổi thay thế (song song) trong đơn vị thời gian. Biết cùng một lúc, trong đó hướng cả hai vectơ được định hướng - tốc độ và gia tốc - người ta có thể nói về bản chất của sự chuyển động của cơ thể. Nó có thể được tăng tốc đồng đều (vectơ trùng khớp), hoặc tương đương chậm (các vectơ được hướng khác nhau).

8) Vận tốc góc. Một số lượng vector. Về nguyên tắc, định nghĩa của nó trùng với với cái mà chúng tôi đã đưa ra trước đó. Trên thực tế, sự khác biệt chỉ nằm ở thực tế là trường hợp đã được xem xét trước đây xảy ra khi di chuyển theo quỹ đạo tuyến tính. Sau đó, chúng ta có một chuyển động tròn. Nó có thể là một vòng tròn gọn gàng, cũng như một hình elip. Một khái niệm tương tự được sử dụng để tăng tốc góc cạnh.

Vật lý. Kinematics. Công thức

Để giải quyết các vấn đề thực tế liên quan đến sự chuyển động của các cơ thể lý tưởng, có một danh sách toàn bộ các công thức rất khác nhau. Chúng cho phép bạn xác định khoảng cách di chuyển, tức thời, tốc độ ban đầu ban đầu, thời gian mà cơ thể đã vượt qua khoảng cách này hoặc xa đó và nhiều hơn nữa. Một trường hợp cụ thể của ứng dụng (tư nhân) là tình huống với sự rơi tự do theo mô hình của cơ thể. Trong đó, tăng tốc (ký hiệu bằng chữ a) được thay thế bởi sự gia tốc trọng lực (chữ g, số bằng 9,8 m / s ^ 2).

Vì vậy, chúng tôi đã tìm ra điều gì? Vật lý - kinematics (có công thức được lấy từ nhau) - phần này được sử dụng để mô tả chuyển động của các cơ thể lý tưởng hoá mà không tính đến các tham số lực trở thành nguyên nhân của sự xuất hiện của chuyển động tương ứng. Người đọc có thể luôn luôn tìm hiểu thêm về chủ đề này. Vật lý (chủ đề "động học") là rất quan trọng vì nó đưa ra các khái niệm cơ bản về cơ học như một phần toàn cầu của khoa học liên quan.