Кинематика деген эмне? Анын аныктамасы менен орто мектептин окуучулары биринчи жолу физика сабагынан тааныша башташат. Механика (кинематика анын тармактарынын бири) өзү бул илимдин чоң бөлүгүн түзөт. Көбүнчө ал окуучуларга окуу китептеринде биринчи иретте берилет. Жогоруда айтылгандай, кинематика механиканын бир бөлүмү болуп саналат. Бирок биз ал жөнүндө сөз болуп жаткандыктан, келгиле, бул тууралуу кененирээк сүйлөшөлү.
Механика физиканын бир бөлүгү катары
“Механика” деген сөздүн өзү грек тилинен алынган жана сөзмө-сөз которгондо машина куруу искусствосу. Физикада материалдык деп аталган нерселердин биз тарабынан ар кандай өлчөмдөгү мейкиндиктерде (б.а. кыймыл бир тегиздикте, шарттуу координаталык тордо же үч өлчөмдүү мейкиндикте болушу мүмкүн) кыймылын изилдеген бөлүм каралат.). Материалдык чекиттердин өз ара аракеттенүүсүн изилдөө механика аткара турган милдеттердин бири (кинематика бул эрежеден тышкаркы нерсе, анткени ал күчтүн параметрлеринин таасирин эсепке албастан альтернативдик кырдаалдарды моделдөө жана талдоо менен алектенет). Ушунун бардыгы менен физиканын тиешелүү тармагы экенин белгилей кетүү кереккыймыл аркылуу дененин мейкиндиктеги абалынын убакыттын өтүшү менен өзгөрүшүн билдирет. Бул аныктама материалдык чекиттерге же бүтүндөй денелерге гана эмес, алардын бөлүктөрүнө да тиешелүү.
Кинематика түшүнүгү
Физиканын бул бөлүмүнүн аталышы да грек тилинен алынган жана түзмө-түз "кыймыл" деп которулат. Ошентип, биз кинематика деген эмне деген суроого баштапкы, али чындап түзүлө элек жоопту алабыз. Бул учурда, бөлүм түз идеалдаштырылган денелердин кыймылынын айрым түрлөрүн сүрөттөөнүн математикалык ыкмаларын изилдейт деп айта алабыз. Сөз абсолюттук катуу денелер, идеалдуу суюктуктар жана, албетте, материалдык чекиттер жөнүндө болуп жатат. Сүрөттөмөлөрдү колдонууда кыймылдын себептери эске алынбай турганын эстен чыгарбоо абдан маанилүү. Башкача айтканда, дененин массасы же анын кыймылынын мүнөзүнө таасир этүүчү күч сыяктуу параметрлер каралбайт.
Кинематиканын негиздери
Алар убакыт жана мейкиндик сыяктуу түшүнүктөрдү камтыйт. Эң жөнөкөй мисалдардын бири катары, айталы, материалдык чекит белгилүү бир радиустагы тегерек боюнча кыймылдаган жагдайды келтирсек болот. Бул учурда кинематика дененин өзүнөн тегеректин борборуна чейин вектор боюнча багытталган центрге тебүүчү ылдамдануу сыяктуу чоңдуктун милдеттүү болушун түшүндүрөт. Башкача айтканда, ылдамдануу вектору каалаган убакта тегеректин радиусу менен дал келет. Бирок бул учурда да (мененборборго айлануучу ылдамдануу) кинематика анын пайда болушуна себеп болгон күчтүн мүнөзүн көрсөтпөйт. Булар динамика талдоочу аракеттер.
Кинематика кандай?
Ошентип, биз чындыгында кинематика деген эмне экенине жооп бердик. Күчтүн параметрлерин изилдебестен, идеалдаштырылган нерселердин кыймылын сүрөттөө ыкмасын изилдеген механиканын бир бөлүмү. Эми кинематика эмне болушу мүмкүн экендиги жөнүндө сүйлөшөлү. Анын биринчи түрү классикалык болуп саналат. Кыймылдын белгилүү бир түрүнүн абсолюттук мейкиндик жана убакыт мүнөздөмөлөрүн карап чыгуу адатка айланган. Биринчинин ролунда сегменттердин узундугу, экинчисинин ролунда убакыт аралыгы пайда болот. Башкача айтканда, бул параметрлер шилтеме тутумунун тандоосунан көз каранды эмес деп айта алабыз.
Релятивисттик
Кинематиканын экинчи тиби релятивисттик. Анда эки тиешелүү окуянын ортосунда, эгерде бир шилтеме алкагынан экинчисине өтүү жүргүзүлсө, убактылуу жана мейкиндик мүнөздөмөлөрү өзгөрүшү мүмкүн. Бул учурда эки окуянын келип чыгышынын бир убакта болушу да өзгөчө салыштырмалуу мүнөзгө ээ болот. Кинематиканын бул түрүндө эки өзүнчө түшүнүк (жана биз мейкиндик жана убакыт жөнүндө сөз болуп жатабыз) биригет. Анда адатта интервал деп аталган чоңдук Лоренц трансформациясында инвариант болуп калат.
Кинематиканын жаралуу тарыхы
Бизтүшүнүгүн түшүнүп, кинематика деген эмне деген суроого жооп берүүгө жетишкен. Бирок анын механиканын бир бөлүмү катары пайда болуу тарыхы кандай болгон? Бул тууралуу азыр сүйлөшүшүбүз керек. Узак убакыт бою бул бөлүмдүн бардык түшүнүктөрү Аристотель өзү жазган эмгектерге негизделген. Алар кулаганда дененин ылдамдыгы белгилүү бир дененин салмагынын сандык көрсөткүчүнө түз пропорционалдуу болгон тиешелүү билдирүүлөрдү камтыган. Ошондой эле кыймылдын себеби түздөн-түз күч экени, ал жокто эч кандай кыймыл тууралуу сөз болушу мүмкүн эместиги айтылды.
Галилейдин эксперименттери
Атактуу окумуштуу Галилео Галилей Аристотелдин эмгектерине XVI кылымдын аягында кызыгып баштаган. Ал дененин эркин түшүү процессин изилдей баштаган. Анын Пиза мунарасында жасаган эксперименттерин айтууга болот. Окумуштуу денелердин инерция процессин да изилдеген. Акырында Галилео Аристотелдин өз эмгектеринде жаңылыш экенин далилдеп, бир катар жаңылыш корутундуларды жасаган. Тиешелүү китепте Галилео Аристотелдин тыянактарынын жаңылыштыгынын далили менен аткарылган иштин жыйынтыктарын баяндаган.
Заманбап кинематика азыр 1700-жылдын январында пайда болгон деп эсептелет. Андан кийин Пьер Вариньон Франциянын илимдер академиясынын алдында сүйлөдү. Ал ылдамдык жана ылдамдык жөнүндөгү алгачкы түшүнүктөрдү да алып келип, дифференциалдык формада жазып, түшүндүргөн. Бир аз убакыт өткөндөн кийин, Ампер да кээ бир кинематикалык идеяларды эске алды. XVIII кылымда ал кинематикада деп аталган нерсени колдонгонвариациялык эсептөө. Кийинчерээк түзүлгөн атайын салыштырмалуулук теориясы убакыт сыяктуу мейкиндик да абсолюттук эмес экенин көрсөттү. Ошол эле учурда ылдамдыкты түп-тамырынан бери чектөөгө боло тургандыгы белгиленди. Дал ушул негиздер кинематиканы релятивисттик деп аталган механиканын алкагында жана концепцияларында өнүктүрүүгө түрткү берген.
Бөлүмдө колдонулган түшүнүктөр жана өлчөмдөр
Кинематиканын негиздери теориялык жактан гана эмес, моделдөөдө жана маселелердин белгилүү диапазонун чыгарууда колдонулган практикалык формулаларда орун алган бир нече чоңдуктарды камтыйт. Келгиле, бул чоңдуктар жана түшүнүктөр менен кененирээк таанышалы. Акыркыларынан баштайлы.
1) Механикалык кыймыл. Ал белгилүү бир идеалдаштырылган дененин башкаларына (материалдык чекиттерге) салыштырмалуу мейкиндик абалынын убакыт аралыгын өзгөртүү процессинде өзгөрүшү катары аныкталат. Ошол эле учурда аталган денелер бири-бири менен тиешелүү өз ара аракеттенүү күчтөрүнө ээ.
2) Маалымдама системасы. Биз мурда аныктаган кинематика координаттар системасын колдонууга негизделген. Анын вариацияларынын болушу зарыл шарттардын бири (экинчи шарт - убакытты өлчөө үчүн приборлорду же каражаттарды колдонуу). Жалпысынан алганда, кыймылдын тигил же бул түрүн ийгиликтүү сүрөттөп берүү үчүн маалымат алкагы керек.
3) Координаттар. Шарттуу элестүү көрсөткүч болуп, мурунку түшүнүк (эсептөө алкагы) менен ажырагыс байланышта болгон координаттар идеалдаштырылган дененин абалын аныктоочу ыкмадан башка нерсе эмес.космос. Бул учурда, сандарды жана атайын белгилерди сүрөттөө үчүн колдонсо болот. Координаттарды көбүнчө чалгынчылар жана аткычтар колдонушат.
4) Радиус вектору. Бул физикалык чоңдук, практикада идеалдаштырылган дененин абалын баштапкы абалга (жана гана эмес) карап коюу үчүн колдонулат. Жөнөкөй сөз менен айтканда, белгилүү бир пункт алынат жана ал конвенцияга бекитилет. Көбүнчө бул координаттардын келип чыгышы. Демек, ушундан кийин, айталы, идеалдаштырылган дене ушул жерден эркин ыктыярдуу траектория боюнча кыймылдай баштайт. Убакыттын каалаган жеринде биз дененин абалын баштапкы чекитке туташтыра алабыз, натыйжада түз сызык радиус векторунан башка эч нерсе болбойт.
5) Кинематика бөлүмү траектория түшүнүгүн колдонот. Бул кадимки үзгүлтүксүз сызык, ал идеалдаштырылган дененин кыймылы учурунда ар кандай өлчөмдөгү мейкиндикте эркин кыймыл учурунда түзүлөт. Траектория, тиешелүүлүгүнө жараша, түз сызыктуу, тегерек жана сынык болушу мүмкүн.
6) Дененин кинематикасы ылдамдык сыяктуу физикалык чоңдук менен ажырагыс байланышта. Чынында, бул идеализацияланган дененин абалынын өзгөрүү ылдамдыгын мүнөздөй турган вектордук чоңдук (скалярдык чоңдук түшүнүгү ага өзгөчө кырдаалдарда гана колдонулаарын эстен чыгарбоо абдан маанилүү). Ылдамдык жүрүп жаткан кыймылдын багытын белгилегендигине байланыштуу вектор болуп эсептелет. Концепцияны колдонуу үчүн, мурун айтылгандай, шилтеме алкагын колдонушуңуз керек.
7) Кинематика, анын аныктамасы жөнүндө айтылаткыймылга себеп болгон себептерди эске албагандыктан, кээ бир кырдаалдарда ылдамданууну да карайт. Бул ошондой эле идеалдуу дененин ылдамдык вектору убакыт бирдигинин альтернативалуу (параллель) өзгөрүшү менен канчалык интенсивдүү өзгөрөөрүн көрсөткөн вектордук чоңдук. Ошол эле учурда эки вектордун тең - ылдамдык жана ылдамдануу - кайсы багытта багытталганын билип, биз дененин кыймылынын мүнөзү жөнүндө айта алабыз. Ал бир калыпта тездетилген (векторлор бирдей) же бир калыпта жай (векторлор карама-каршы багытта) болушу мүмкүн.
8) Бурчтук ылдамдык. Башка вектордук чоңдук. Негизи, анын аныктамасы биз мурда берген окшоштук менен дал келет. Чынында, бир гана айырма, мурда каралып жаткан жагдай түз сызыктуу траектория боюнча жылып жатканда болгон. Бул жерде биз тегерек кыймыл бар. Бул тыкан тегерек, ошондой эле эллипс болушу мүмкүн. Окшош түшүнүк бурчтук ылдамдануу үчүн берилген.
Физика. Кинематика. Формула
Идеализацияланган денелердин кинематикасына байланышкан практикалык маселелерди чечүү үчүн ар кандай формулалардын толук тизмеси бар. Алар басып өткөн жолду, көз ирмемдикти, алгачкы акыркы ылдамдыкты, дененин тигил же бул аралыкты басып өткөн убактысын жана башка көптөгөн нерселерди аныктоого мүмкүндүк берет. Өтүнмөнүн өзүнчө учуру (жеке) дененин имитацияланган эркин кулашы болгон кырдаалдар. Аларда ылдамдануу (а тамгасы менен белгиленет) тартылуу күчүнүн тездеши менен алмаштырылат (g тамгасы, сан жагынан 9,8 м/с^2ге барабар).
Анда эмнени таптык? Физика - кинематика (анын формулаларыбири-биринен алынган) - бул бөлүм ылайыктуу кыймылдын себептери болуп саналган күч параметрлерин эсепке албастан идеалдаштырылган денелердин кыймылын сүрөттөө үчүн колдонулат. Окурман бул тема менен ар дайым кененирээк тааныша алат. Физика («кинематика» темасы) абдан маанилүү, анткени ал тиешелүү илимдин глобалдык бөлүмү катары механиканын негизги түшүнүктөрүн берет.
