Все о кинематике физика: Формулы, свойства, методы и другая справочная информация

Основные понятия кинематики

Кинематикой называют раздел механики, в котором движение тел рассматривается без выяснения причин, его вызывающих.

Механическим движением тела называют изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени.

Механическое движение относительно (см 1.2) Движение одного и того же тела относительно разных тел оказывается различным. Для описания движения тела нужно указать, по отношению к какому телу рассматривается движение. Это тело называют телом отсчета.

Система координат, связанная с телом отсчета, и часы для отсчета времени образуют систему отсчета, позволяющую определять положение движущегося тела в любой момент времени.

В Международной системе единиц (СИ) за единицу длины принят метр, а за единицу времени – секунда.

В системе СГС (Сантиметр, грамм, секунда) приняты соответственно сантиметр и секунда.

Всякое тело имеет определенные размеры. Различные части тела находятся в разных местах пространства. Однако, во многих задачах механики нет необходимости указывать положения отдельных частей тела.

Если размеры тела малы по сравнению с расстояниями до других тел, то данное тело можно считать его материальной точкой. Так можно поступать, например, при изучении движения планет вокруг Солнца.

Если все части тела движутся одинаково, то такое движение называется поступательным. Поступательно движутся, например, кабины в аттракционе «Колесо обозрения», автомобиль на прямолинейном участке пути и т. д. При поступательном движении тела его также можно рассматривать как материальную точку.

Тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь, называется материальной точкой.

Понятие материальной точки играет важную роль в механике.

Перемещаясь с течением времени из одной точки в другую, тело (материальная точка) описывает некоторую линию, которую называют траекторией движения тела.

Положение материальной точки в пространстве в любой момент времени (закон движения) можно определять либо с помощью зависимости координат от времени x = x (t), y = y (t), z = z (t) (координатный способ), либо при помощи зависимости от времени

радиус-вектора     (векторный способ), проведенного из

начала координат до данной точки (рис. 1.1.1).

Рисунок 1.1.1.

Определение положения точки с помощью координат x = x (t), y = y (t) и z = z (t)

 и радиус-вектора

 – радиус-вектор положения точки в начальный момент времени

Перемещением тела

называют направленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение тела с его последующим положением. Перемещение есть векторная величина.

Пройденный путь l равен длине дуги траектории, пройденной телом за некоторое время t. Путь – скалярная величина.

Если движение тела рассматривать в течение достаточно короткого промежутка времени, то вектор перемещения окажется направленным по касательной к траектории в данной точке, а его длина будет равна пройденному пути.

В случае достаточно малого промежутка времени Δt пройденный телом путь Δl почти совпадает с модулем вектора перемещения  При движении тела по криволинейной траектории модуль вектора перемещения всегда меньше пройденного пути (рис. 1.1.2).

Рисунок 1.1.2. Пройденный путь l и вектор перемещения  при криволинейном движении тела. a и b – начальная и конечная точки пути

Для характеристики движения вводится понятие средней скорости:

В физике наибольший интерес представляет не средняя, а мгновенная скорость, которая определяется как предел, к которому стремится средняя скорость на бесконечно малом промежутке времени Δt,

В математике такой предел называют производной и обозначают

Мгновенная скорость тела в любой точке криволинейной траектории направлена по касательной к траектории в этой точке. Различие между средней и мгновенной скоростями показано на рис. 1.1.3.

Рисунок 1.1.3. Средняя и мгновенная скорости.  – перемещения за времена  соответственно. При t→0

При движении тела по криволинейной траектории его скорость  изменяется по модулю и направлению. Изменение вектора скорости   за некоторый малый промежуток времени Δt можно задать с помощью вектора  (рис. 1.1.4).

Вектор изменения скорости  за малое время Δt можно разложить на две составляющие:  направленную вдоль вектора  (касательная составляющая), и  направленную перпендикулярно вектору  (нормальная составляющая).

Рисунок 1.1. 4. Изменение вектора скорости по величине и направлению.  – изменение вектора скорости за время Δt

Мгновенным ускорением (или просто ускорением)  тела называют предел отношения малого изменения скорости  к малому промежутку времени Δt, в течение которого происходило изменение скорости:

Направление вектора ускорения  в случае криволинейного движения не совпадает с направле нием вектора  скорости  Составляющие вектора ускорения  называют касательным (тангенциальным)   и нормальным   ускорениями (рис. 1.1.5).

Рисунок 1.1.5. Касательное и нормальное ускорения

Касательное ускорение указывает, насколько быстро изменяется скорость тела по модулю:

Вектор   направлен по касательной к траектории.

Нормальное ускорение указывает, насколько быстро скорость тела изменяется по направлению.

Криволинейное движение можно представить как движение по дугам окружностей (рис. 1.1.6).

Рисунок 1.1.6. Движение по дугам окружностей

Нормальное ускорение зависит от модуля скорости υ и от радиуса R окружности, по дуге которой тело движется в данный момент:  

(Эта формула сделана в Mathtype)

Вектор      всегда направлен к центру окружности.

Из рис. 1.1.5 видно, что модуль полного ускорения равен

Таким образом, основными физическими величинами в кинематике материальной точки являются пройденный путь l, перемещение , скорость   и ускорение . Путь l является скалярной величиной. Перемещение  , скорость   и ускорение  – величины векторные. Чтобы задать векторную величину, нужно задать ее модуль и указать направление. Векторные величины подчиняются определенным математическим правилам. Вектора можно проектировать на координатные оси, их можно складывать, вычитать и т. д.

Кинематика

Используй поиск, чтобы найти научные материалы и собрать список литературы

База статей справочника включает в себя статьи написанные экспертами Автор24, статьи из научных журналов и примеры студенческих работ из различных вузов страны

Определение 1

Кинематикой называется раздел механики, в котором изучается движение материальных точек и твердых тел с чисто геометрической точки зрения, то есть без учета причин, вызывающих это движение.

Раздел “Кинематика” структурно делят на две части — кинематику точки и кинематику движения твердых тел. Судят о движении тел по характеру движения его точек. Поэтому предметом кинематики является исследование способов задания движения точки и определения характеристик их движения.

К задачам кинематики относятся:

• Описание движения – т. е. установление зависимостей (уравнений движения), с помощью которых можно определить положение точки или тела относительно выбранной системы отсчета в любой интересующий нас момент времени.
• Определение характеристик движения интересующих нас точек (или тел) в выбранной системе отсчета из уравнений движения или на основании каких-либо других данных.

Основные понятия кинематики

Механическим движением называют изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

Рассмотрение любого движения начинают с выбора системы отсчета, включающей в себя: тело отсчета, систему координат и приборы для исследования движения.

Основные понятия кинематики

Материальная точка – модель тела, размерами которого в рассматриваемых условиях можно пренебречь.

Траектория – линия, вдоль которой движется тело.

Путь – длина траектории.

Перемещение – вектор, соединяющий начальное и конечное положения тела.

Положение тела в пространстве задается радиус-вектором или тремя его проекциями на оси координат.

Следовательно, закон движения – это зависимость радиус-вектора от времени или зависимость координат во времени.

где – радиус-вектор, x, y, z – координаты тела.

Основные понятия кинематики

Скорость тела – векторная физическая величина, характеризующая изменение положения тела в пространстве с течением времени.

Ускорение – векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости.

Различные способы задания движения, их особенности, достоинства и недостатки представлены в таблице 1.

Таблица 1

Сообщество экспертов Автор24

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 16.11.2021

Выполнение любых типов работ по физике

Онлайн помощь по физике Заказать решение задач по термодинамике Отчет по практике по физике Контрольная работа по теме кинематика Презентация на тему термодинамика Реферат на тему термодинамика Контрольная работа на тему термодинамика Контрольная работа по физике на тему термодинамика Презентация на тему физика атомного ядра Презентация на тему атомная физика

Подбор готовых материалов по теме

Дипломные работы Курсовые работы Выпускные квалификационные работы Рефераты Сочинения Доклады Эссе Отчеты по практике Решения задач Контрольные работы

Забавные факты для детей о кинематике

по физике/химии/технологии, Новости науки для детей

Кинематика

 

Кинематика — это наука о движении. Это раздел классической механики, описывающий движение объектов или групп объектов. Она связана с тем, как движутся объекты, а не с тем, почему они движутся, и ее часто называют геометрией движения.

 

Интересные факты

• Понимание движения имеет решающее значение для понимания других аспектов физики. Все, от футбольного матча до спутника, вращающегося вокруг Земли, связано с движением.
• Математика играет важную роль в кинематике. Используется алгебраическая геометрия, а кинематика может быть упрощена до чисто математических функций.
• Кинематика описывает движение, изучая пути точек, линий и других геометрических объектов в пространстве. Уравнения можно использовать для расчета различных характеристик движения, таких как смещение, скорость, ускорение и время.
• Имея информацию о таких вещах, как направление, величина и время, можно делать прогнозы относительно движения объектов.
• Астрофизики используют кинематику для описания движения небесных тел и систем. В пространстве существует бесконечное движение, когда объекты вращаются вокруг других объектов, а также вращаются, например, Земля вокруг своей оси.
• Слово «кинематика» происходит от греческого слова «kinesis», что означает движение. Кино — родственное слово, с которым мы знакомы. Мы думаем об этом как о месте, где можно посмотреть фильм, но происхождение этого слова связано с движением или движущимися изображениями.
• Кинезиология также родственное слово. Это исследование движения тела человека и нечеловеческих животных. Это изучение движения применимо ко многим вещам, таким как; здоровье и благополучие, упражнения, спорт, реабилитация и даже психология.
• Кинематика является основной частью изучения физики. Физика — это в основном изучение того, как работают вещи, а движение присутствует во всем, от простых экспериментов до изучения Вселенной.
• Звездная кинематика — это наука о движении звезд. Наблюдаемые изменения положения звезд в течение года связаны с вращением Земли, но на самом деле звезды движутся. Просто они так далеко, что мы не можем обнаружить движение.

 

Словарь

1. Перемещение: изменение положения объекта. Это касается не пути, по которому шел объект, а сравнения исходной позиции и конечной позиции.
2. Астрофизик: Ученый, который пытается понять вселенную и ее небесные тела, такие как планеты, звезды, галактики, используя законы физики.

 

Вопросы и ответы

Вопрос: Используется ли кинематика в робототехнике?

Ответ: Кинематика является фундаментальной частью робототехники. Поскольку робототехника предназначена для того, чтобы заставить объекты двигаться, необходимо понимание движения.

 

 

Посмотрите видео , чтобы узнать больше о движении и кинематике.

Следующий пост

6 интересных фактов о кинематике

Что такое кинематика? Кинематика — это раздел механики, изучающий движение тел без учета причин движения. Очень важно понимать эту концепцию, потому что она поможет вам лучше понять, как решать задачи в других областях, таких как машиностроение и физика. В этой статье мы обсудим шесть интересных фактов о кинематике, чтобы вы могли больше узнать об этой области. Давайте начнем.

Включает уравнения

Одна из самых важных вещей, которые нужно понять о кинематике, это то, что она включает уравнения. Для решения задач, связанных с движением, необходимо использовать математические формулы. Как видно на сайте www.pasco.com, эти уравнения могут быть довольно сложными, поэтому очень важно хорошо разбираться в математике, если вы изучаете кинематику. Уравнения, используемые в кинематике, могут помочь вам определить такие вещи, как скорость или ускорение объекта.

При решении кинематических уравнений вам необходимо распознавать используемые символы. Например, при изучении движения в одном измерении люди используют два основных уравнения. Одно уравнение звучит так: «v = u + at», что означает, что скорость равна начальной скорости плюс ускорение, умноженное на время». Другое уравнение «s = ut + ½at²», что означает, что смещение равно начальной скорости, умноженной на время, плюс половина ускорения, умноженного на время в квадрате.

Существует два типа кинематики

Как упоминалось ранее, кинематика — это наука о движении. Существует два типа кинематики: кинематика частиц и кинематика твердого тела. Кинематика частиц — это изучение движения отдельной частицы, а кинематика твердого тела — это изучение движения объекта, который не деформируется во времени.

В кинематике твердого тела наиболее важными понятиями для понимания являются положение, скорость и ускорение, связанные с вращением. Кроме того, при работе с твердыми телами необходимо понимать разницу между линейным и угловым перемещением.

Важно понимать, как силы влияют на кинематику

Существует три типа сил, которые могут влиять на кинематическое движение: контактная сила, давление жидкости или гравитация. Например, при изучении кинематики частиц в одном измерении вы можете иметь дело с объектом, скользящим по поверхности, а это означает, что вам нужно будет учитывать силу трения. Кроме того, при изучении движения в двух или трех измерениях необходимо знать о силах, действующих на объект.

Силы могут изменять скорость и ускорение объекта, поэтому важно понимать, как они работают вместе, чтобы влиять на движение. Таким образом, вы можете лучше предсказать, как будет двигаться объект, и решить связанные с этим проблемы.

Кинематику можно использовать для предсказания будущего

Хотя кинематика — это механика, она также используется для изучения физики. В частности, кинематика может быть полезна, если вы хотите предсказать движение объекта, прежде чем наблюдать за этим движением. Например, кинематические уравнения могут дать вам достаточно информации для проектирования машины, которая движется так, как вы хотите.

Кроме того, кинематика может использоваться в баллистике. Баллистика — это наука о том, как снаряды летят по воздуху. Понимая кинематику, вы можете предсказать траекторию объекта и то, какое усилие потребуется, чтобы добраться до определенного пункта назначения.

Вы можете использовать ее во многих областях

Кинематика используется во многих областях, не только в механике и физике. Вы также можете применить его к инженерии и другим научным дисциплинам. Это связано с тем, что кинематика помогает нам понять, как движутся объекты, что может быть полезно во многих различных контекстах.

Например, изучая кинематику, вы можете узнать, как заставить машины, такие как роботы, двигаться так, чтобы это было полезно для людей или других живых существ. Вы также можете изучить движение снарядов, чтобы они приземлились там, где вы хотите. Иногда эти движения должны происходить на другой планете или в космосе, поэтому кинематика может помочь нам понять, как объекты будут двигаться и в этих средах.

Может использоваться для определения скорости и ускорения

Кинематика может помочь нам определить скорость и ускорение объекта. Понимание того, как эти две величины меняются со временем, может лучше предсказать будущее движение объекта.