Основные формулы и понятия кинематики: 1.1. Основные понятия кинематики

Основные понятия кинематики и уравнения

Что представляют собой основные понятия кинематики? Что это вообще за наука и изучением чего она занимается? Сегодня мы поговорим о том, что представляет собой кинематика, какие основные понятия кинематики имеют место в задачах и что они означают. Дополнительно поговорим о величинах, с которыми наиболее часто приходится иметь дело.

Кинематика. Основные понятия и определения

Для начала поговорим о том, что она собой представляет. Одним из наиболее изучаемых разделов физики в школьном курсе является механика. За ней в неопределенном порядке следует молекулярная физика, электричество, оптика и некоторые другие разделы, такие как, например, ядерная и атомная физика. Но давайте подробнее разберемся с механикой. Этот раздел физики занимается изучением механического движения тел. В нем устанавливаются некоторые закономерности и изучаются его способы.

Кинематика как часть механики

Последняя подразделяется на три части: кинематика, динамика и статика. Эти три поднауки, если их так можно назвать, имеют некоторые особенности. Например, статика изучает правила равновесия механических систем. Сразу же в голову приходит ассоциация с чашами весов. Динамика изучает закономерности движения тел, но при этом обращает внимание на силы, действующие на них. А вот кинематика занимается тем же самым, только в учет силы не принимаются. Следовательно, не учитывается в задачах и масса тех самых тел.

Основные понятия кинематики. Механическое движение

Субъектом в этой науке является материальная точка. Под ней понимается тело, размерами которого, по сравнению с определенной механической системой, можно пренебречь. Это так называемое идеализированное тело, сродни идеальному газу, который рассматривают в разделе молекулярной физики. Вообще, понятие материальной точки, как в механике в общем, так и в кинематике в частности, играет достаточно важную роль. Наиболее часто рассматривается так называемое поступательное движение.

Что это значит и каким оно может быть?

Обычно движения подразделяют на вращательное и поступательное. Основные понятия кинематики поступательного движения связаны в основном с применяемыми в формулах величинами. О них мы поговорим позднее, а пока что вернемся к типу движения. Понятно, что если речь идет о вращательном, то тело крутится. Соответственно, поступательным движением будет называться перемещение тела в плоскости или линейно.

Теоретическая база для решения задач

Кинематика, основные понятия и формулы которой рассматриваем сейчас, имеет огромное количество задач. Это достигается за счет обычной комбинаторики. Один из методов разнообразия здесь – изменение неизвестных условий. Одну и ту же задачу можно представить в разном свете, просто меняя цель ее решения. Требуется найти расстояние, скорость, время, ускорение. Как видите, вариантов целое море. Если же сюда подключить условия свободного падения, простор становится просто невообразимым.

Величины и формулы

Прежде всего сделаем одну оговорку. Как известно, величины могут иметь двоякую природу. С одной стороны, определенной величине может соответствовать то или иное численное значение. Но с другой, она может иметь и направление распространения. Например, волна. В оптике мы сталкиваемся с таким понятием, как длина волны. Но ведь если есть когерентный источник света (тот же самый лазер), то мы имеем дело в пучком плоскополяризованных волн. Таким образом, волне будет соответствовать не только численное значение, обозначающее ее длину, но и заданное направление распространения.

Классический пример

Подобные случаи являются аналогией в механике. Допустим, перед нами катится тележка. По характеру движения мы можем определить векторные характеристики ее скорости и ускорения. Сделать это при поступательном движении (например, по ровному полу) будет чуточку сложнее, поэтому мы рассмотрим два случая: когда тележка закатывается наверх и когда она скатывается вниз.

Итак, представим себе, что тележка едет вверх по небольшому уклону. В таком случае она будет замедляться, если на нее не действуют внешние силы. Но в обратной ситуации, а именно, когда тележка скатывается сверху вниз, она будет ускоряться. Скорость в двух случаях направлена туда, куда движется объект. Это нужно взять за правило. А вот ускорение может изменять вектор. При замедлении оно направлено в противоположную для вектора скорости сторону. Этим объясняется замедление. Аналогичную логическую цепочку можно применить и для второй ситуации.

Остальные величины

Только что мы поговорили о том, что в кинематике оперируют не только скалярными величинами, но и векторными. Теперь сделаем еще один шаг вперед. Кроме скорости и ускорения при решении задач применяются такие характеристики, как расстояние и время. Кстати, скорость подразделяется на начальную и мгновенную. Первая из них является частным случаем второй. Мгновенная скорость – эта та скорость, которую можно найти в любой момент времени. А с начальной, наверное, все и так понятно.

Задача

Немалая часть теории была изучена нами ранее в предыдущих пунктах. Теперь осталось только привести основные формулы. Но мы сделаем еще лучше: не просто рассмотрим формулы, но и применим их при решении задачи, чтобы окончательно закрепить полученные знания. 2/2)), то ничего у нас не выйдет, поскольку мы будем иметь уравнение с двумя переменными. Как же поступить в таком случае? Мы можем пойти двумя путями: сначала вычислить ускорение, подставив данные в формулу V = Vo – at или же выразить оттуда ускорение и подставить его в формулу расстояния. Давайте используем первый способ.

Итак, конечная скорость равна нулю. Начальная – 4 метра в секунду. Путем переноса соответствующих величин в левые и правые части уравнения добиваемся выражения ускорения. Вот оно: a = Vo/t. Таким образом, оно будет равно 0,8 метров на секунду в квадрате и будет нести тормозящий характер.

Переходим к формуле расстояния. В нее просто подставляем данные. Получим ответ: тормозной путь равен 10 метрам.

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

• 1 Учебники
• 2 Механика
  • 2. 1 Кинематика
  • 2.2 Динамика
  • 2.3 Законы сохранения
  • 2.4 Статика
  • 2.5 Механические колебания и волны
• 3 Термодинамика и МКТ
  • 3.1 МКТ
  • 3.2 Термодинамика
• 4 Электродинамика
  • 4. 1 Электростатика
  • 4.2 Электрический ток
  • 4.3 Магнетизм
  • 4.4 Электромагнитные колебания и волны
• 5 Оптика. СТО
  • 5.1 Геометрическая оптика
  • 5.2 Волновая оптика
  • 5.3 Фотометрия
  • 5.4 Квантовая оптика
  • 5. 5 Излучение и спектры
  • 5.6 СТО
• 6 Атомная и ядерная
  • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
  • 6.2 Ядерная физика
• 7 Общие темы
• 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
2. разработки уроков, тем;
3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

---

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

---

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

---

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

---

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

---

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ – Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Кинематика: объяснение, обзор и примеры

Этот пост представляет собой краткое введение в кинематику или изучение движения. Мы обсудим, что такое кинематика, и представим важные идеи, такие как векторы и скаляры, разницу между расстоянием и перемещением, разницу между скоростью и скоростью, а также краткое описание ускорения.

Что мы рассматриваем

Что такое кинематика?

Кинематика может показаться немного пугающей, но на самом деле это просто причудливый способ описать движение объектов. Таким образом, изучение кинематики есть изучение движения. Блоки кинематики обычно фокусируются на обычных объектах, таких как автомобили, книги и парашютисты — на вещах, с которыми можно взаимодействовать. Идеи можно перенести на очень маленькие и очень большие, но оба масштаба требуют небольшой настройки, поэтому пока мы будем придерживаться общих объектов.

Заинтересованы в лицензии школы Альберта?

Разница между скалярами и векторами

Скаляры и векторы — это два разных способа описания данного движения, но между ними есть ключевое различие. Скаляр дает только величину (число с некоторыми единицами), а вектор дает и величину, и направление. Хотя может показаться, что векторы являются лучшими дескрипторами, что делает скаляры бесполезными, они оба имеют свое место в том, как мы изучаем движение. Если вы с другом хотите пойти за пиццей, они могут спросить, сколько времени займет прогулка, и вам нужно будет сказать им только 5\text{миль} — направление не требуется. Если вас спросят, где находится пиццерия, вам нужно будет сказать что-то вроде 5\text{ миль} на север. В первом сценарии вы дали своему другу скаляр, а во втором — вектор. Разница между вектором и скаляром очень важна, и вы поймете, почему они оба используются в физике, когда начнете изучать движение.

Определение системы отсчета

Система отсчета — еще одно важное понятие, когда речь идет об изучении движения объектов. Когда мы говорим о системе отсчета, мы говорим о том, что наблюдатель увидит с данной позиции. Рассмотрим фургон, едущий по побережью на изображении. Наблюдатель, стоящий слева на фото у знака, увидит, как фургон удаляется. Тем временем наблюдатель, стоящий на противоположной стороне, увидит приближающийся фургон. Возможность использовать систему отсчета позволяет нам лучше собирать и обмениваться точными данными, особенно при работе с другими учеными.

Положение, расстояние и смещение в кинематике

Первое, что нам нужно уметь делать в кинематике, — это описывать, где что-то находится, где оно было и куда движется. Для выполнения этих задач у нас есть три термина — положение, расстояние и смещение. Позиция, вероятно, знакомое вам слово, хотя вы, возможно, и не используете его часто. Позиция относится к размещению объекта. Если мы вернемся к нашему разговору о скалярах и векторах, пиццерия находится в 5\text{ милях} к северу от вашего дома. Может показаться, что положение может быть задано как скаляр без направления, но в физике мы склонны быть слишком точными и рассматривать положение как вектор.

Расстояние — тоже знакомый термин, но в кинематике он имеет очень конкретное определение. Расстояние относится к длине пути, пройденного объектом. Это может показаться очевидным, но на самом деле это сложнее, чем вы можете ожидать на первый взгляд. Если мы рассмотрим гоночную трассу ниже, расстояние относится к длине трассы, умноженной на то, сколько раз гонщик объезжает трассу. Предположим, что длина трассы составляет 100\text{ метров}, а водитель делает 10 кругов по дорожке, их расстояние составляет 1{,}000\text{ метров}.

Смещение, с другой стороны, относится к расстоянию между начальной и конечной точками для данного движения. Возвращаясь к нашей трассе ниже, если гонщик объезжает трассу 10 раз, его смещение будет равно 0\text{метрам}, потому что линия финиша совпадает с линией старта. Между начальным и конечным положением водителя нет разницы.

Является ли перемещение вектором скалярной величины?

Существует еще одно ключевое различие между расстоянием и смещением: одно является вектором, а другое — скаляром. Поскольку расстояние составляет весь пройденный путь, выбор направления не совсем возможен. Если вы рассмотрите нашу гоночную трассу выше, вам придется включать разные направления для каждого поворота и сразу. Вместо этого мы учитываем только величину пройденного расстояния, делая его скалярной величиной.

И наоборот, при перемещении учитываются только начальная и конечная точки. Они будут иметь установленное расстояние между ними в одном направлении от данной системы отсчета. Поскольку важны и величина, и направление, смещение считается векторной величиной.

Кинематическая формула для расстояния

Чтобы найти расстояние и перемещение при различных движениях, мы используем два уравнения. Для расстояния мы складываем расстояния каждого сегмента движения. Расстояние обычно измеряется в метрах (обозначается \text{m}) и обозначается в уравнениях символом d.

Формула для расстояния d_{T}=d_{1}+d_{2}+…+d_{n}

Здесь d_{T} — общее пройденное расстояние , а d_{1} и d_{2} — первый и второй сегменты соответственно. В некоторых задачах у вас может быть только одно или два расстояния для сложения, в то время как в других у вас может быть больше. d_{n} представляет сегмент с наибольшим числом, который вы должны добавить. Если вернуться к нашей гоночной трассе, то там было 10 петель. Это означает, что у нас было 10 сегментов, поэтому d_{n} будет d_{10}.

Кинематическая формула для смещения

Смещение по-прежнему измеряется в метрах, но оно представлено \Delta x. Символ \Delta называется дельтой и может означать «изменение». В случае смещения \Delta x означает изменение положения.

Формула для водоизмещения \Delta x=x_{f}-x_{i}

позиция, а x_{i} — начальная позиция. Важно отметить, что если ваше начальное положение имеет более высокое значение, чем ваше конечное положение, ваше смещение может быть отрицательным.

В зависимости от уровня курса физики, который вы изучаете, и учебника, на который ссылается ваш курс, вы можете видеть только x или x_{T} для обозначения общего или полного смещения.

Пример 1: Расстояние и перемещение в школу

Предположим, что на изображении выше показано расположение вашего дома, школы и любимой пекарни. Если утренняя прогулка в школу предполагает остановку в пекарне, чтобы позавтракать выпечкой, определите расстояние и перемещение для поездки.

Как найти расстояние

Чтобы найти расстояние , вам нужно будет учесть длину всего пути – от дома, мимо школы, до пекарни и обратно в школу. В этом случае:

\text{расстояние}=60\text{м}+30\текст{м}+30\текст{м}

\text{расстояние}=120\text{м}

Как найти смещение

Чтобы найти смещение , вам нужно только посмотреть, как далеко друг от друга находятся начальная и конечная точки. В этом случае вы начали дома и закончили в школе. Эти два местоположения находятся на расстоянии 60\text{ м} друг от друга, поэтому:

\text{перемещение}=60\text{ м}

Пример 2. Расстояние и смещение мяча

Если мяч отброшен ногой в сторону стены на расстоянии 3\text{ м} от нее, а затем отскакивает от нее и катится в точку на 5\text{ м} позади места удара, что были расстояние и перемещение мяча? Предположим, что справа положительно.

Как найти расстояние

Чтобы найти расстояние, начните с выбора каждого сегмента пути мяча.

• d_{1}=\text{движение к стене}=3\text{м}
• d_{2}=\text{отскок назад к исходному месту}=3\text{m}
• d_{3}=\text{откат к исходному месту}=5\text{m}

Обратите внимание, что все эти значения положительны, хотя некоторые из них будут двигаться в направлении, которое мы определили как отрицательное. Ваше расстояние всегда должно быть положительным числом, и единственный способ гарантировать это — сложить все положительные числа вместе. Теперь, когда мы нашли наши числа, мы можем подставить их в наше уравнение для общего расстояния:

д_{Т}=д_{1}+д_{2}+д_{3}

d_{T}=3\текст{м}+3\текст{м}+5\текст{м}

d_{T}=11\текст{м}

Как найти перемещение

Чтобы найти перемещение, начните с выбора конечного и начального положения шара.

• x_{f}=\text{место, где мяч перестал катиться}=-5\text{ m}
• x_{i}=\text{место, где был нанесен удар по мячу}=0\text{ m}

Обратите внимание, что начальная позиция равна нулю. Как правило, это так, хотя у вас могут быть моменты, когда ваша система отсчета меняет это для некоторых проблем. Стоит также отметить, что в этой задаче мы помещаем систему отсчета в то место, где мяч был брошен ногой, так что он оказывается на 9.0089 позади

наблюдателя, что делает нашу конечную позицию отрицательной. Теперь, когда мы нашли все наши значения, пришло время подставить их, чтобы найти наше смещение:

\Delta x=x_{f}-x_{i}=-5\text{ m}-0\text{ м}

\Дельта х=-5\текст{ м}

Те из вас, кто внимательно смотрел, могли заметить, что это значение не имеет направления, хотя смещение является вектором. Хотя в этом значении не упоминается кардинальное направление, координатная плоскость или даже лево и право, оно имеет направление. Мы определили движение вправо как положительное. Отрицательный символ перед цифрой 5 говорит нам, что мяч должен двигаться влево.

Обратите внимание: вы могли заметить, что смещение в обеих этих задачах было меньше, чем расстояние в обеих этих задачах. Как правило, это верно, поскольку смещение не принимает во внимание какие-либо изгибы и повороты, которые делает расстояние.

Изучить расстояние и перемещение Практика на Альберте

Скорость и скорость в кинематике

При изучении движения объектов нам может понадобиться знать больше, чем просто то, куда они двигались — нам также может понадобиться знать, как быстро они получил там. Для этого мы можем обратиться к скорости и скорости. Оба эти термина могут быть довольно знакомыми, но (как и расстояние) они имеют очень специфическое применение в физике. Есть также некоторые ключевые различия между скоростью и скоростью, которые вы увидите ниже.

Кинематическая формула скорости

Скорость означает, как быстро преодолевается заданное расстояние. Говоря языком физики, мы бы сказали, что это скорость изменения расстояния. Поскольку скорость основана на расстоянии, скалярной величине, она также является скалярной величиной и имеет только величину, а не направление. Таким образом, это всегда будет положительное значение — подобно тому, как спидометры на автомобилях имеют только положительные значения. Скорость обозначается буквой s в уравнениях и равна пройденному расстоянию, деленному на изменение во времени.

Формула скорости с=d/\Delta t

Здесь \Delta t — изменение времени, измеряемое в секундах (обозначается буквой s). Единицы скорости следуют непосредственно из уравнения. Уравнение показывает метры, деленные на секунды, а единицами измерения скорости, вполне логично, являются метры в секунду (представленные \text{м/с}).

Кинематическая формула для скорости

Скорость имеет несколько похожее определение, но это не скорость изменения расстояния, а скорость изменения перемещения. Скорость измеряет, насколько быстро объект изменил свое положение, независимо от длины пути. Поскольку скорость основана на смещении, векторной величине, скорость также является векторной величиной, имеющей как величину, так и направление. Скорость представлена ​​v в уравнениях и равна смещению, деленному на изменение во времени.

Формула скорости v=\Delta x/\Delta t

Здесь снова \Delta t — изменение во времени. Подобно скорости, единицы скорости могут быть получены из уравнения. Перемещение измеряется в метрах, а время измеряется в секундах, поэтому метры, разделенные на секунды, дают нам метры в секунду (все еще представленные \text{м/с}).

Примечание. В зависимости от уровня курса физики, который вы изучаете, и учебника, на который ссылается ваш курс, вы можете увидеть только t для представления времени, а не \Delta t.

Пример 1. Скорость и скорость по дороге в школу

Вернемся к поездке в школу с остановкой в ​​пекарне. Мы уже знаем, что в этом путешествии было расстояние 120 \text{ м} и перемещение 60\text{ м}. Предположим также, что поездка заняла 600\text{ секунд} (10\text{ минут}). Найдите нашу скорость и скорость.

Как найти скорость

Для скорости мы начнем с получения необходимых нам значений – расстояния и времени:

• d=120\text{ m}
• \Delta t=600\text{ s}

Теперь мы можем подставить эти значения в наше уравнение скорости и решить.

с=d/\Дельта t

с=120\текст{м}/600\текст{с}

с=0,2\текст{ м/с}

Как найти скорость

Скорость начинается так же, но вместо расстояния и времени мы будем вытягивать перемещение и время.

• \Delta x=60\text{ m}
• \Delta t=600\text{ s}

Теперь мы можем подставить эти значения в наше уравнение скорости и решить, как мы это делали раньше.

v=\Дельта х/\Дельта t

v=60\текст{м}/600\текст{с}

v=0.1\text{ м/с}

Обратите внимание, скорость в этой задаче меньше скорости. Обычно это так, поскольку смещение обычно меньше расстояния.

Пример 2. Скорость и скорость мяча

Теперь давайте посмотрим на мяч, катящийся с холма.

Высота холма 50\text{ м}, и мячу требуется 25\text{ с}, чтобы скатиться с холма. Предположим, что положительное значение.

Как найти скорость

Для скорости мы начнем с того, что вытащим нужные нам значения — расстояние и время.

• d=50\text{ m}
• \Delta t=25\text{ s}

Теперь мы можем подставить эти значения в наше уравнение скорости и решить:

s=d/\Delta t

с=50\текст{м}/25\текст{с}

с=2\текст{ м/с}

Как найти скорость

Скорость начинается так же, но вместо расстояния и времени мы будем вытягивать перемещение и время.

• \Delta x=-50\text{ m}
• \Delta t=25\text{ s}

Теперь мы можем подставить эти значения в наше уравнение скорости и решить, как мы это делали раньше:

v= \Дельта х/\Дельта t

v=-50\текст{м}/25\текст{с}

v=-2\text{ м/с}

Обратите внимание, что скорость и скорость имеют одинаковую величину в этой задаче. Скорость отрицательна, чтобы показать направление движения вниз по склону, но значение 2\text{ м/с} применяется как к скорости, так и к скорости. Это будет верно всякий раз, когда ваше расстояние и смещение имеют одно и то же значение.

Изучить скорость и скорость Практика на Альберте

Ускорение в кинематике

Иногда нам нужно сделать еще один шаг, помимо определения того, как быстро что-то движется. Например, нам может понадобиться узнать, сколько времени требуется для достижения определенной скорости — ускорения или замедления. Скорость изменения как скорости, так и скорости называется ускорением. Ускорение может быть либо скалярным, либо векторным, в зависимости от того, используете ли вы его для скорости или скорости. Если вы используете ускорение как скорость изменения скорости, это будет скаляр, потому что скорость скалярна. Точно так же, если вы используете ускорение как скорость изменения скорости, это будет вектор, потому что скорость — это вектор. Ускорение важно для кинематики, а также для множества других тем физики.

Советы по решению задач кинематики

Хотя задача с визуальным представлением позволяет легко найти нужные значения, вам также потребуется уметь находить эти значения из задач по физике. При просмотре текстовой задачи по физике есть несколько шагов, которые вы должны выполнять каждый раз.

1. Определите, что задает вопрос (требуется ли расстояние? смещение? и то, и другое?).
2. Извлеките любую полезную информацию для решения проблемы (Где расположены предметы? Как далеко они друг от друга? В каком направлении они пошли?).
3. Найдите любые уравнения, которые можно использовать для решения задачи.
4. Подставьте свои значения и решите.

Понимание и практика кинематики

Кинематика знакомит со многими фундаментальными принципами физики. Продолжая изучать физику, вы, вероятно, обнаружите, что вам будет трудно избавиться от идей перемещения, скорости и даже единиц измерения. Если вы освоитесь с расстоянием, смещением, скоростью, скоростью и работой с этими уравнениями, у вас будет прочная основа для продвижения вперед с остальной частью вашего блока кинематики.

Кинематика :: Основные понятия для описания движения

Описание движения и изучение движения родились в результате изучения того, как движутся объекты (также называемые телами ). По сути, это концептуальный способ смотреть на объекты Вселенной, от звезд до песчинок, от планет до самолетов, поездов, людей, парящих птиц и дугообразных баскетбольных мячей. Законы, управляющие движением тел, по существу одинаковы во всех масштабах Вселенной. Таким образом, поняв движение баскетбольного мяча, мы также можем понять движение планеты по орбите или притяжение звезды к одной из ее планет.

Механика, также называемая классической механикой или ньютоновской механикой, изучает отношения между движением, силами и энергией . Механику также можно разделить на три основные дисциплины: кинематику, динамику и статику. Однако сегодня, поскольку мы имеем дело только с фундаментальными понятиями описания движения, мы коснемся только одной из этих дисциплин — кинематики.

Кинематика занимается исследованием и описанием того, что можно назвать чистое движение , в том смысле, что кинематика не рассматривает силы, массу, энергию системы или объекта или его импульс. Кинематика связана только с описанием движения, поэтому в конечном итоге она рассматривает только то, в каком направлении движется тело относительно некоторой системы отсчета и в какой промежуток времени оно это делает. Из этих простых соображений выводятся все основные понятия, используемые для описания движения.

Интересно, что мы фактически разработали терминологию, которая позволила нам точно описать движение объектов в языке. Затем это позволяет нам сопоставлять числовые величины этим понятиям, что позволяет нам измерять их, а затем описывать отношения между этими величинами в форме математических уравнений.

Основными понятиями для описания движения являются: положение, перемещение и расстояние, время, скорость и скорость и ускорение. Ниже мы просто дадим обзор каждой из этих концепций движения, так что не беспокойтесь, если получится путаница. Более полные примеры будут даны, а проблемы, связанные с тщательным изучением этих величин, будут даны в следующих статьях. Без дальнейших церемоний, основные понятия, которые можно использовать для описания движения, любого движения, следующие:

Положение

Первое понятие, фундаментальное для описания движения, — это положение. Чтобы описать, как далеко переместился объект, или в каком направлении он переместился, или скорость объекта, мы должны сначала определить положение объекта.

Это всегда делается относительно чего-то другого, потому что во Вселенной нет системы отсчета для абсолютного положения. Например, если вы разговариваете по телефону с другом, и он спрашивает вас, где вы оставили свой пульт в последний раз, когда вы были в гостях, вы не можете просто ответить: «Он там» или «Это рядом». Особенно если вы говорите по телефону, эти слова могут означать что угодно. Вы можете сказать: «О, должно быть, упало за диваном» или «Проверьте под собачьей кроватью».

Если мы находимся в поле и пытаемся описать положение человека, мы можем сказать, что человек стоит, например, к югу от скамейки, или, возможно, он движется на запад от определенного дерева. В этом случае мы используем дерево, чтобы определить положение человека, потому что он может быть в 100 ярдах от указанного дерева. Мы также используем Землю в качестве точки отсчета для определения положения, потому что «запад» — это индикатор направления и положения, полученный нами из магнитного поля Земли.

Мы можем определить положение объектов из любой выбранной исходной точки, что делается для того, чтобы движение объектов имело направление, а также могло иметь математическое значение. Когда есть движение относительно точки, мы можем назвать эту точку исходной точкой или начальной точкой . Обычно это обозначается как ${x}_{0}$ или ${x}_{i}$ соответственно.

Расстояние против смещения

Следующие две концепции: расстояние и перемещение , которые являются уникальными количествами. Расстояние, или расстояние, пройденное объектом, которое измеряется в какой-либо единице расстояния, такой как метр (м), километр (км), сантиметр (см) или миля (миля), является величиной, относящейся к общее расстояние, пройденное объектом. Расстояние является скалярной величиной, что означает, что оно имеет только величину, а направление не имеет значения. Смещение, с другой стороны, равно тому, как далеко объект переместился относительно определенной позиции , возможно, его исходной точки. Смещение является векторной величиной, потому что оно имеет как величину (размер), так и направление.

Итак, рассмотрим сценарий, когда вы вышли из дома на пробежку. У вас есть 10-километровый маршрут, по которому вы обычно бегаете, который представляет собой прямой тротуар, идущий с востока на запад за вашим домом. Когда вы бежите, вы обычно бежите 5 км на запад, затем разворачиваетесь и бежите 5 км назад на восток к своему дому, пробежав в общей сложности 10 км.

В этом примере расстояние , которое вы преодолели, составляет 10 км. Расстояние является скалярной величиной, а это значит, что направление вашего движения не имеет значения, имеет значение только величина (размер) пройденного вами расстояния: 10 км. Однако ваше перемещение в этом случае не равно 10 км. Displacement считает ваши позиция   относительно относительно вашей исходной точки .

Итак, в этом случае вы вышли из дома и вернулись к нему в конце пробежки, сделав ваше общее перемещение равным 0 метров. Если бы вы измерили свое смещение в какой-то другой момент пробежки, а не когда вы вернулись домой, то у вас будет смещение. Итак, если предположить, что вы все время бежали с постоянной скоростью (что невероятно маловероятно, но ради аргументов…), то каким будет ваше смещение на полпути вашего бега, где вы обычно разворачиваетесь?

Это должно быть в 5 км к западу от вашего дома (ваша позиция ${x}_{i}$). А если бы вы измерили свое перемещение на 3/4 пути через свой пробег, то оно составило бы примерно 2,5 км на запад. Для смещения мы должны задать направление, потому что без него мы бы не говорили о смещении, а только о расстоянии.

Время

Время сложно описать, потому что мы на самом деле не имеем ни малейшего представления, что это такое и является ли оно вообще реальной величиной.  Ибо, когда мы подходим к физике микроскопического мира (квантовой физике), кажется, что время вообще не имеет значения, по крайней мере, согласно определенной интерпретации, где эти субатомные события явно перемещаются вперед или назад во времени.

Даже наш вывод секунды — этой, казалось бы, всемогущей, неизменной и фундаментальной единицы измерения, с помощью которой большинство людей жестко структурируют свою жизнь, — на самом деле просто произвольное деление дня на 24 периода, называемых часами, каждый из которых содержит 60 делений, называемых часами. минуты, и еще 60 делений минуты называются секундами.

Это деление было впервые произведено шумерами около 4500 лет назад (ок. 2500 г. до н. э.). Это условность, которая каким-то образом сохранилась до наших дней и даже является элементарной не только в нашем описании времени, но и в математике, которую мы используем для описания окружностей и углов. Это свидетельствует не только о шумерском влиянии на современные и более поздние культуры, но и об их развитии.

Однако это деление, по-видимому, совершенно условно. В каком-то смысле это так же произвольно, как и мое утверждение, что я ростом с 3 змеи, потому что однажды я нашел змею и измерил, сколько из этих змей я был ростом. Это совершенно произвольная и бессмысленная единица, как и наше деление суток на минуты и секунды. С таким же успехом мы могли бы сделать так, чтобы каждый день состоял из 48 «часов» по ​​30 «минут» с тем же числом и продолжительностью «секунд» в минуту, и ничего бы не изменилось.0090 . Даже продолжительность дня на самом деле не составляет точно 24 часа каждый день, она меняется с небольшим отрывом в любом направлении каждый день . Просто стало принято говорить, что в сутках 24 часа, и поскольку все используют эту систему, каждый из нас понимает, о чем идет речь.

Так что на самом деле мы не знаем, что такое время. Мы просто придумываем эти величины для времени на основе циклов, которые нам дали планеты и звезды, которые сделали нас . Таким образом, они являются относительно произвольными единицами. Тем не менее, для организационных целей и для описания движения они важны в своих полезность и может дать нам скорость, с которой мы можем определить изменение. Однако на самом деле не следует придавать этим вещам столь большое значение.

Скорость против скорости

При описании движения с помощью концепций скорости и скорости наши единицы времени становятся важными. Более того, именно здесь наши единицы времени и расстояния объединяются вместе .

Скорость — это понятие количества пройденных дистанций и объектов за некоторый промежуток времени . Таким образом, мы можем использовать такие единицы, как километры в час, которые относятся к тому, сколько километров что-то проходит за час, или метры в секунду, то есть сколько метров что-то проходит за секунду.

Единицы, которые мы используем, на самом деле не имеют значения, потому что мы можем описать скорость автомобиля в сантиметрах в секунду, или метрах в секунду, или световых годах в секунду, если нам так хочется, так же легко, как мы можем описать его скорость в километрах в час, более или менее. Просто в этом случае км/ч (сокращение для километров за часов) является условным, так как это то, с чем многие люди знакомы при описании движения транспортных средств. Более того, это гораздо более практично, чем что-то столь возмутительное (и крошечное), как измерение скорости автомобиля в световых годах в час.

[Для интереса: световой год равен ~9,461e12 километров, поэтому, если автомобиль проедет 100 км за час, он будет двигаться со скоростью 1,057e-11 световых лет в час, или 0,0000000000105 световых лет. -лет в час, или 10,5 миллионных миллионных светового года в час. Другими словами, эта единица измерения обычной автомобильной скорости непрактична, не говоря уже о том, что она сбивает с толку.]

Скорость, с другой стороны, является векторной величиной, что означает, что она имеет как величину, так и направление. Таким образом, это не мера расстояния во времени, а мера смещения во времени. Если бы вы двигались с постоянной скоростью от дома в постоянном направлении, то ваша средняя скорость и скорость были бы одинаковыми, потому что пройденное расстояние было бы равно вашему перемещению. Однако, если вы едете по петле к дому и обратно, даже если вы все время едете со скоростью 100 км/ч, после того, как вы вернетесь в исходное положение, ваша общая скорость за всю поездку будет равна нулю, потому что это усредняется.

Ускорение

Ускорение можно описать как скорость изменения скорости объекта. То есть, насколько быстро он увеличивает или уменьшает свою скорость в течение интервала времени. И увеличение скорости, и уменьшение скорости являются примерами ускорения. Однако также принято называть уменьшение скорости замедлением . Тем не менее, по кинематике это одно и то же, только в разных направлениях.

Является ли ускорение положительное или отрицательное является произвольным и относится только к системе отсчета, которую вы используете. Условность в этом случае приравнивает уменьшение скорости к отрицательному ускорению, а увеличение скорости к положительному ускорению. Но на самом деле не имеет значения, какой из них вы выберете, потому что любой из них может быть помечен как положительный или отрицательный, если вы последовательны в эксперименте или случае движения, которое пытаетесь описать.