Kinematik nedir? Ortaokul öğrencileri ilk kez fizik derslerinde tanımıyla tanışmaya başlar. Bu bilimin büyük bir bölümünü mekanik (kinematik) kendisi oluşturmaktadır. Genellikle ders kitaplarında öğrencilere ilk olarak sunulur. Dediğimiz gibi, kinematik, mekaniğin bir alt bölümüdür. Ama madem ondan bahsediyoruz, biraz daha detaylı konuşalım.
Fiziğin bir parçası olarak mekanik
"Mekanik" kelimesinin kendisi Yunanca kökenlidir ve kelimenin tam anlamıyla makine yapma sanatı olarak tercüme edilir. Fizikte, sözde maddi cisimlerin hareketini farklı büyüklükteki uzaylarda (yani, hareket bir düzlemde, koşullu bir koordinat ızgarasında veya üç boyutlu uzayda gerçekleşebilir) inceleyen bir bölüm olarak kabul edilir.). Malzeme noktaları arasındaki etkileşimin incelenmesi, mekaniğin gerçekleştirdiği görevlerden biridir (kinematik, bu kuralın bir istisnasıdır, çünkü kuvvet parametrelerinin etkisini hesaba katmadan alternatif durumları modelleme ve analiz etme ile ilgilenir). Bütün bunlarla birlikte, ilgili fizik dalınınhareket ile vücudun zaman içinde uzaydaki pozisyonundaki değişiklik anlamına gelir. Bu tanım sadece maddi noktalar veya bir bütün olarak cisimler için değil, aynı zamanda onların parçaları için de geçerlidir.
Kinematik kavramı
Fiziğin bu bölümünün adı da Yunanca kökenlidir ve kelimenin tam anlamıyla "hareket" olarak tercüme edilir. Böylece, kinematiğin ne olduğu sorusuna henüz tam olarak oluşmamış ilk cevabı alıyoruz. Bu durumda, bölümün doğrudan idealize edilmiş cisimlerin belirli hareket türlerini tanımlamaya yönelik matematiksel yöntemleri incelediğini söyleyebiliriz. Sözde kesinlikle katı cisimlerden, ideal sıvılardan ve elbette maddi noktalardan bahsediyoruz. Açıklamayı uygularken hareket nedenlerinin dikkate alınmadığını hatırlamak çok önemlidir. Yani vücut kütlesi veya hareketinin doğasını etkileyen kuvvet gibi parametreler dikkate alınmaz.
Kinematiğin temelleri
Zaman ve mekan gibi kavramları içerirler. En basit örneklerden biri olarak, diyelim ki maddi bir noktanın belirli bir yarıçaptaki bir daire boyunca hareket ettiği bir durumu verebiliriz. Bu durumda, kinematik, vektör boyunca vücudun kendisinden dairenin merkezine yönlendirilen merkezcil ivme gibi bir miktarın zorunlu varlığını atfedecektir. Yani, herhangi bir zamanda ivme vektörü dairenin yarıçapı ile çakışacaktır. Ancak bu durumda bile (ilemerkezcil ivme) kinematiği, ortaya çıkmasına neden olan kuvvetin doğasını göstermeyecektir. Bunlar zaten dinamiklerin ayrıştırdığı eylemlerdir.
Kinematik nasıldır?
Yani aslında kinematik nedir sorusunun cevabını vermiş olduk. Kuvvet parametrelerini incelemeden idealize edilmiş nesnelerin hareketinin nasıl tanımlanacağını inceleyen bir mekaniğin dalıdır. Şimdi kinematiğin ne olabileceğinden bahsedelim. İlk türü klasiktir. Belirli bir hareket türünün mutlak mekansal ve zamansal özelliklerini dikkate almak gelenekseldir. İlkinin rolünde, bölümlerin uzunlukları, ikincisinin rolünde zaman aralıkları görünür. Yani bu parametrelerin referans sistem seçiminden bağımsız kaldığını söyleyebiliriz.
Göreceli
İkinci tür kinematik görecelidir. İçinde, karşılık gelen iki olay arasında, bir referans çerçevesinden diğerine geçiş yapılırsa zamansal ve uzamsal özellikler değişebilir. Bu durumda iki olayın kaynağının eşzamanlılığı da tamamen göreli bir karakter kazanır. Bu tür kinematikte iki ayrı kavram (ve uzay ve zamandan bahsediyoruz) tek bir kavramda birleşir. İçinde, genellikle aralık olarak adlandırılan nicelik, Lorentzian dönüşümleri altında değişmez hale gelir.
Kinematiğin yaratılış tarihi
Bizekavramı anlamayı ve kinematik nedir sorusuna yanıt vermeyi başardı. Ama mekaniğin bir alt bölümü olarak ortaya çıkış tarihi neydi? Şimdi konuşmamız gereken şey bu. Oldukça uzun bir süre, bu alt bölümün tüm kavramları Aristoteles'in kendisinin yazdığı eserlere dayanıyordu. Bir cismin düşme sırasındaki hızının, belirli bir cismin ağırlığının sayısal göstergesiyle doğru orantılı olduğuna dair ilgili ifadeler içeriyorlardı. Ayrıca hareketin sebebinin doğrudan kuvvet olduğu ve yokluğunda herhangi bir hareketten söz edilemeyeceğinden de bahsedildi.
Galileo Deneyleri
Ünlü bilim adamı Galileo Galilei, on altıncı yüzyılın sonunda Aristoteles'in eserleriyle ilgilenmeye başladı. Vücudun serbest düşüş sürecini incelemeye başladı. Eğik Pisa Kulesi üzerinde yaptığı deneylerden söz edilebilir. Bilim adamı ayrıca cisimlerin atalet sürecini de inceledi. Sonunda Galileo, Aristoteles'in eserlerinde yanıldığını kanıtlamayı başardı ve bir takım hatalı sonuçlara ulaştı. İlgili kitapta Galileo, Aristoteles'in vardığı sonuçların yanlışlığına dair kanıtlarla yürütülen çalışmanın sonuçlarını özetledi.
Modern kinematik artık Ocak 1700'de ortaya çıktı. Ardından Pierre Varignon, Fransız Bilimler Akademisi'nin huzurunda konuştu. Ayrıca, ilk ivme ve hız kavramlarını, bunları diferansiyel bir biçimde yazarak ve açıklayarak getirdi. Biraz sonra Ampere bazı kinematik fikirleri de not aldı. On sekizinci yüzyılda kinematikte sözde kullandı.varyasyon hesabı. Daha sonra yaratılan özel görelilik kuramı, uzayın da zaman gibi mutlak olmadığını gösterdi. Aynı zamanda, hızın temelde sınırlandırılabileceğine dikkat çekildi. Kinematiğin sözde göreli mekaniğin çerçevesi ve kavramları içinde gelişmesine neden olan bu temellerdir.
Bölümde kullanılan kavramlar ve miktarlar
Kinematiğin temelleri, yalnızca teorik terimlerle değil, aynı zamanda belirli bir dizi problemi modellemede ve çözmede kullanılan pratik formüllerde yer alan birkaç niceliği içerir. Bu miktarları ve kavramları daha ayrıntılı olarak tanıyalım. Son olanlardan başlayalım.
1) Mekanik hareket. Belirli bir idealize edilmiş cismin diğerlerine (maddi noktalar) göre zaman aralığının değişmesi sırasında uzamsal pozisyonundaki değişiklikler olarak tanımlanır. Aynı zamanda, bahsedilen cisimler birbirleriyle karşılıklı etkileşim kuvvetlerine sahiptir.
2) Referans sistemi. Daha önce tanımladığımız kinematik, bir koordinat sisteminin kullanımına dayanmaktadır. Varyasyonlarının varlığı, gerekli koşullardan biridir (ikinci koşul, zamanı ölçmek için aletlerin veya araçların kullanılmasıdır). Genel olarak, şu veya bu tür hareketlerin başarılı bir şekilde tanımlanması için bir referans çerçevesi gereklidir.
3) Koordinatlar. Önceki kavramla (referans çerçevesi) ayrılmaz bir şekilde bağlantılı koşullu hayali bir gösterge olan koordinatlar, idealize edilmiş bir cismin konumunun bir yöntemden başka bir şey değildir. Uzay. Bu durumda, açıklama için sayılar ve özel karakterler kullanılabilir. Koordinatlar genellikle izciler ve nişancılar tarafından kullanılır.
4) Yarıçap vektörü. Bu, pratikte idealize edilmiş bir vücudun pozisyonunu bir gözle orijinal pozisyona (ve sadece değil) ayarlamak için kullanılan fiziksel bir miktardır. Basitçe söylemek gerekirse, belirli bir nokta alınır ve kongre için sabitlenir. Çoğu zaman bu, koordinatların kökenidir. Yani, bundan sonra, diyelim ki, bu noktadan itibaren idealize edilmiş bir beden, özgür bir keyfi yörünge boyunca hareket etmeye başlar. Herhangi bir zamanda, cismin konumunu orijine bağlayabiliriz ve ortaya çıkan düz çizgi, bir yarıçap vektöründen başka bir şey olmayacaktır.
5) Kinematik bölümü bir yörünge kavramını kullanır. İdealleştirilmiş bir cismin farklı boyutlardaki bir boşlukta keyfi serbest hareket sırasında hareketi sırasında oluşturulan sıradan sürekli bir çizgidir. Yörünge sırasıyla doğrusal, dairesel ve kırık olabilir.
6) Vücudun kinematiği, hız gibi fiziksel bir nicelikle ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Aslında bu, idealize edilmiş bir cismin konumundaki değişim hızını karakterize edecek bir vektör niceliğidir (skaler bir nicelik kavramının yalnızca istisnai durumlarda onun için geçerli olduğunu hatırlamak çok önemlidir). Hızın devam eden hareketin yönünü belirlemesi nedeniyle bir vektör olarak kabul edilir. Konsepti kullanmak için, daha önce belirtildiği gibi referans çerçevesini uygulamanız gerekir.
7) Tanımı hakkında bilgi veren kinematikharekete neden olan nedenleri dikkate almaz, bazı durumlarda ivmeyi de dikkate alır. Aynı zamanda, idealleştirilmiş bir cismin hız vektörünün, zaman birimindeki alternatif (paralel) bir değişiklikle ne kadar yoğun değişeceğini gösteren bir vektör miktarıdır. Aynı zamanda her iki vektörün - hız ve ivmenin - hangi yöne yönlendirildiğini bilerek, vücudun hareketinin doğası hakkında söyleyebiliriz. Ya düzgün şekilde hızlandırılmış (vektörler aynıdır) ya da düzgün yavaş (vektörler zıt yönlerdedir) olabilir.
8) Açısal hız. Başka bir vektör miktarı. Prensip olarak, tanımı daha önce verdiğimiz benzerle örtüşmektedir. Aslında, tek fark, daha önce düşünülen durumun doğrusal bir yörünge boyunca hareket ederken meydana gelmesidir. Burada dairesel bir hareketimiz var. Düzgün bir daire ve bir elips olabilir. Açısal ivme için de benzer bir kavram verilmiştir.
Fizik. Kinematik. Formüller
İdealize edilmiş cisimlerin kinematiğiyle ilgili pratik problemleri çözmek için çeşitli formüllerin tam bir listesi vardır. Kat edilen mesafeyi, anlık, ilk son hızı, vücudun şu veya bu mesafeyi geçtiği süreyi ve çok daha fazlasını belirlemenize izin verirler. Ayrı bir uygulama durumu (özel), bir cismin simüle edilmiş serbest düşüşünün olduğu durumlardır. Onlarda, ivme (a harfi ile gösterilir) yerçekimi ivmesi ile değiştirilir (g harfi, sayısal olarak 9.8 m/s^2'ye eşittir).
Peki ne öğrendik? Fizik - kinematik (formülleribirbirinden türetilmiştir) - bu bölüm, karşılık gelen hareketin nedenleri haline gelen kuvvet parametrelerini hesaba katmadan idealize edilmiş cisimlerin hareketini tanımlamak için kullanılır. Okuyucu bu konuyu her zaman daha ayrıntılı olarak öğrenebilir. Fizik ("kinematik" konusu) çok önemlidir, çünkü mekaniğin temel kavramlarını ilgili bilimin küresel bir bölümü olarak verir.
