Kinematyka

Wyjaśniamy, czym jest kinematyka, jakie badania, jej zasady i podajemy kilka przykładów

Kinematyka bada ruch piłki koszyka. Prosty model zakłada, że ​​jest to cząstka reprezentowana przez środek masy

Co to jest kinematyka?

kinematyka Jest to gałąź fizyki klasycznej, która dotyczy tylko opisu Ruch ciał, bez uwzględnienia interakcji, które spowodowały ten ruch.

Ruch ciała w ogóle może rozłożyć się na dwóch: Ruch tłumaczenia i obrót. Ale jeśli obiekt jest wystarczająco mały, prawie do pewnego stopnia, wówczas ruch jest tylko translacją, dlatego koncepcja cząstek jest przydatna w fizyce.

W fizyce cząsteczka jest punktem materialnym, to znaczy punkt ciasta. Opis ruchu obszernego ciała może być złożony, ale jest dość uproszczony, jeśli weźmiemy pod uwagę punkt zwany środkiem masy, ponieważ ten punkt zachowuje się tak, jakby cała masa była w nim skoncentrowana.

Jeśli obiekt jest symetryczny i jednorodny, środek masy pokrywa się z centrum geometrycznym.

Na przykład ruch translacyjny księżyca w odniesieniu do Ziemi jest ruch centralnego punktu księżyca. Podobnie, jeśli chcesz opisać ruch piłki do koszykówki, wystarczy opisać ruch jej ciasta, punkt reprezentujący ruch translacyjny całej piłki.

Zasady filmowe

Kinematyka translacyjna to opis ruchu materialnego punktu ciasta M, zwany „cząsteczką”.

Zlokalizować wymaganie cząstki System referencyjny, to znaczy punkt, z którego obserwuje się cząstka.

Może ci służyć: Pluton (Planet Dwarf))

Trzy wzajemnie prostopadłe osie, zwane osiami kartezjańskimi, które służą do zdefiniowania pozycji punktu w przestrzeni przez układ współrzędnych przez układ odniesienia przez układ współrzędnych.

Oprócz systemu lub ramki odniesienia zdefiniowane są następujące wielkości kinematyczne, z którymi opisano ruch:

• Pozycja cząstki, w pewnym momencie obserwacji, to wektor zaczyna się od pochodzenia systemu odniesienia i przechodzi do jego lokalizacji. Ten wektor zależy od współrzędnych przestrzeni, co z kolei zależy od czasu.
• Prędkość Jest to kolejna liczba zainteresowań, która jest miarą zmiany pozycji na jednostkę czasu. Zdaje sobie sprawę, jak szybko lub zmienna jest ruch.
• Przyśpieszenie, zdefiniowane jako zmiana prędkości na jednostkę czasu. W mechanice klasycznej przyspieszenie jest proporcjonalne do siły netto na cząsteczce, będąc stałą proporcjonalności własnej masy.

Rodzaje ruchu w kinematyce

W kinematyce rodzaje ruchu są klasyfikowane według wartości trajektorii i przyspieszenia. W ten sposób wyróżniają się następujące rodzaje ruchu:

1. Jednolity ruch prostoliniowy (MRU): Gdy trajektoria jest linią prostą, a przyspieszenie wynosi zero.
2. Jednolicie przyspieszony ruch prostoliniowy (MRUA): Jeśli cząstka podąża linią prostą, a przyspieszenie jest stałe i równolegle z prędkością.
3. Równomiernie opóźniony ruch prostoliniowy (MRUR): Gdy trajektoria jest linią, ale przyspieszenie wskazuje w kierunku sprzecznym z prędkością.
4. Ruch paraboliczny: Jest to ruch w płaszczyźnie pionowej, który powoduje trajektorię paraboliczną i występuje, gdy obiekt jest wyrzucany w powietrze. Ruch paraboliczny jest superpozycją jednolitego poziomego ruchu prostoliniowego i przyspieszonego ruchu pionowego.
5. Jednolity ruch kołowy (MCU): Występuje, gdy cząstka porusza się po okręgu, opisując równe łuki w równych czasach.
6. Równomiernie przyspieszony ruch kołowy (MCUA): Jest to ten, który występuje, gdy cząstka porusza się po okręgu, tak że podróżowany łuk wzrasta z czasem zgodnie z prawem kwadratowym.

Może ci służyć: fale podłużne: cechy, różnice, przykłady W jednolitym ruchu prostoliniowym mobilny podróżuje równe odległości w równych czasach, jak zauważono na rysunku

Przykłady filmów

Prędkość i prędkość

Prędkość jest miarą, z jaką zmienia się pozycja obiektu. W kilku precyzyjnych terminach można powiedzieć, że jeden samochód idzie szybciej niż inny, jeśli jego pozycja zmienia się bardziej w tym samym okresie.

Prędkość jest ilorazem odległości przebywającej między czasem używanym do podróży w tej odległości.

Jako przykład, dwa samochody sportowe, jeden żółty, a inne czerwone samochody.

Obserwator na brzegu drogi mierzy czas potrzebny na podróż do sekcji 500 m i stwierdził, że żółty samochód zajął 10 sekund, podczas gdy czerwony zajął 25 sekund.

Tak więc prędkość żółtego samochodu to:

500 m/10 s = 50 m/s = 180 km/h

Podczas gdy czerwony samochód ma prędkość:

500 m/25 s = 20 m/s = 72 km/h

Obserwator jest pewien, że żółty samochód idzie szybciej niż czerwony. Jednak, aby poznać prędkość samochodów, konieczne jest również poznanie kierunku ruchu.

Jeśli obserwator ustali, że od lewej do prawej jest to kierunek dodatni, a żółty samochód idzie w tym kierunku, jego prędkość wynosi +180 km/h.

Ale jeśli czerwony samochód pojawi się w przeciwnym kierunku, jego prędkość wyniesie -72 km/h.

Natychmiastowa prędkość i średnia prędkość

Kiedy obiekty się poruszają, mogą mieć natychmiastowe różnice w swojej prędkości, w rzeczywistości jest to najczęstsza sytuacja.

Może ci służyć: ujemne przyspieszenie: formuły, obliczenia i rozwiązywane ćwiczenia

Na przykład w jednej chwili biorąc pod uwagę prędkościomierz samochodu 50 km/h, ale stopniowo jego wartość schodzi do 0 km/h z powodu czerwonego światła światła. Następnie światło zmienia się na zielony, a prędkościomierz zaczyna wzrastać do wartości 40 km/h i pozostaje tak.

W takim przypadku prędkość zmienia się w każdej chwili.

Jeśli poprzednia trasa została wykonana w łącznej liczbie 60 minut, a całkowita przebyła odległość wynosiła 20 km, wówczas średnia prędkość wynosiła:

20 km/ 60 min = 20 km/ 1 h = 20 km/ h.

Ale poza tym średnia prędkość nie informuje o zmianach, które miały miejsce w międzyczasie.

Przyśpieszenie

Przyspieszenie to zmiana prędkości na jednostkę czasu. Prędkość może się zmienić z powodu zmian w:

• Prędkość
• Kierunek
• Oba na raz

Obiekty, które wpadają w przyspieszenie wolnego upadku, ponieważ w każdej chwili ich prędkość wzrasta. Przyspieszenie ciał na powierzchni Ziemi wynosi w przybliżeniu g = 10 m/s², co oznacza, że ​​prędkość w okresie upadku wzrasta o 10 m/s za każde sekundę, które minęło.

Na przykład obiekt zwolniony z odpoczynku przez 2 sekundy upadku nabiera prędkości 20 m/s, ponieważ odległość spadła o 20 metrów.

Ale jeśli upadek nastąpi przez 4 sekundy, wówczas nabył prędkość 40 m/s, a odległość przejechana podczas jej zejścia jest oczywiście większa: 80 m.