Chủ đề của bài viết hôm nay của chúng ta sẽ là động học của một điểm vật liệu. Cái này chủ yếu là gì? Những khái niệm nào xuất hiện trong nó và định nghĩa nào nên được đưa ra cho thuật ngữ này? Chúng tôi sẽ cố gắng trả lời những câu hỏi này và nhiều câu hỏi khác trong ngày hôm nay.
Định nghĩa và khái niệm
Động học của một điểm vật chất không hơn gì một phần phụ của vật lý được gọi là "cơ học". Đến lượt mình, cô ấy nghiên cứu các mô hình chuyển động của một số cơ thể nhất định. Động học của một điểm vật liệu cũng giải quyết vấn đề này, nhưng không giải quyết nó một cách chung chung. Trên thực tế, tiểu mục này nghiên cứu các phương pháp cho phép bạn mô tả chuyển động của các cơ thể. Trong trường hợp này, chỉ những cơ thể được gọi là lý tưởng hóa mới phù hợp để nghiên cứu. Chúng bao gồm: một điểm vật chất, một cơ thể hoàn toàn cứng và một khí lý tưởng. Chúng ta hãy xem xét các khái niệm chi tiết hơn. Tất cả chúng ta đều biết ngay từ khi còn ngồi trên ghế nhà trường rằng thường gọi một điểm vật chất là một vật thể, các kích thước của nó trong một tình huống nhất định có thể bị bỏ qua. Nhân tiện, động học của chuyển động tịnh tiến của một điểm vật chất lần đầu tiên bắt đầuxuất hiện trong sách giáo khoa vật lý lớp bảy. Đây là nhánh đơn giản nhất, vì vậy sẽ thuận tiện nhất để bắt đầu làm quen với khoa học với sự trợ giúp của nó. Một câu hỏi riêng biệt là các yếu tố của chuyển động học của một điểm vật liệu là gì. Có khá nhiều trong số chúng, và theo điều kiện, chúng có thể được chia thành nhiều cấp độ với độ phức tạp khác nhau để dễ hiểu. Ví dụ, nếu chúng ta nói về vectơ bán kính, thì về nguyên tắc, không có gì phức tạp trong định nghĩa của nó. Tuy nhiên, bạn sẽ đồng ý rằng học sinh hiểu nó sẽ dễ dàng hơn nhiều so với học sinh trung học cơ sở hoặc trung học phổ thông. Và thành thật mà nói, không cần thiết phải giải thích các đặc điểm của thuật ngữ này cho học sinh trung học.
Lịch sử ngắn gọn về việc tạo ra các chuyển động học
Nhiều, nhiều năm trước, nhà khoa học vĩ đại Aristotle đã dành phần thời gian rảnh rỗi của sư tử để nghiên cứu và mô tả vật lý như một khoa học riêng biệt. Ông cũng làm việc về chuyển động học, cố gắng trình bày các luận điểm và khái niệm chính của nó, bằng cách này hay cách khác được sử dụng trong nỗ lực giải quyết các vấn đề thực tế và thậm chí hàng ngày. Aristotle đã đưa ra những ý tưởng ban đầu về các yếu tố của chuyển động học của một điểm vật chất là gì. Những tác phẩm và công trình của ông rất có giá trị đối với cả nhân loại. Tuy nhiên, trong kết luận của mình, ông đã mắc một số sai sót đáng kể, và lý do cho điều này là do một số quan niệm sai lầm và tính toán sai lầm. Vào một thời gian, một nhà khoa học khác, Galileo Galilei, bắt đầu quan tâm đến các công trình của Aristotle. Một trong những luận điểm cơ bản được đưa ra bởi Aristotle là sự chuyển động của một cơ thểchỉ xảy ra nếu nó được tác động bởi một lực nào đó, được xác định bởi cường độ và hướng. Galileo đã chứng minh rằng đây là một sai lầm. Lực sẽ ảnh hưởng đến tham số tốc độ di chuyển, nhưng không còn nữa. Người Ý đã chỉ ra rằng lực là nguyên nhân của gia tốc, và nó chỉ có thể phát sinh lẫn nhau với nó. Ngoài ra, Galileo Galilei cũng chú ý đến việc nghiên cứu quá trình rơi tự do, tìm ra các mô hình thích hợp. Chắc mọi người còn nhớ những thí nghiệm nổi tiếng của ông, được ông tiến hành trên Tháp nghiêng Pisa. Nhà vật lý Ampère cũng sử dụng những kiến thức cơ bản về giải pháp động học trong các công trình của mình.
Khái niệm ban đầu
Như đã đề cập trước đó, động học là nghiên cứu các cách để mô tả chuyển động của các vật thể được lý tưởng hóa. Trong trường hợp này, những kiến thức cơ bản của phân tích toán học, đại số thông thường và hình học có thể được áp dụng trong thực tế. Nhưng những khái niệm nào (chính xác là những khái niệm, chứ không phải định nghĩa cho các đại lượng tham số) làm cơ sở cho tiểu mục này của vật lý học? Trước tiên, mọi người nên hiểu rõ ràng rằng động học của chuyển động tịnh tiến của một điểm vật chất coi là chuyển động mà không tính đến các chỉ số lực. Nghĩa là, để giải các bài toán tương ứng, chúng ta không cần các công thức liên quan đến lực. Nó không được tính đến bởi động học, cho dù có bao nhiêu trong số chúng - một, hai, ba, ít nhất là vài trăm nghìn. Tuy nhiên, sự tồn tại của gia tốc vẫn được cung cấp. Trong một số bài toán, động học của chuyển động của một chất điểm quy định để xác định độ lớn của gia tốc. Tuy nhiên, nguyên nhân của hiện tượng này (đó là các lực vàbản chất của chúng) không được xem xét nhưng bỏ qua.
Phân loại
Chúng tôi phát hiện ra rằng động học khám phá và áp dụng các phương pháp để mô tả chuyển động của các vật thể mà không quan tâm đến lực tác động lên chúng. Nhân tiện, một phần phụ khác của cơ học, được gọi là động lực học, giải quyết một nhiệm vụ như vậy. Hiện tại, các định luật Newton đã được áp dụng, cho phép trong thực tế xác định khá nhiều tham số với một lượng nhỏ dữ liệu ban đầu đã biết. Các khái niệm cơ bản về chuyển động học của một chất điểm là không gian và thời gian. Và liên quan đến sự phát triển của khoa học nói chung và trong lĩnh vực này, câu hỏi đặt ra về sự phù hợp của việc sử dụng kết hợp như vậy.
Ngay từ đầu đã có chuyển động học cổ điển. Chúng ta có thể nói rằng nó được đặc trưng không chỉ bởi sự hiện diện của cả khoảng cách thời gian và không gian, mà còn là sự độc lập của chúng với sự lựa chọn của một hoặc một hệ quy chiếu khác. Nhân tiện, chúng ta sẽ nói về vấn đề này sau một chút. Bây giờ chúng ta hãy giải thích những gì chúng ta đang nói về. Trong trường hợp này, một phân đoạn sẽ được coi là một khoảng không gian và một khoảng thời gian sẽ được coi là một khoảng thời gian. Mọi thứ dường như đã rõ ràng. Vì vậy, những khoảng trống này sẽ được coi trong động học cổ điển là tuyệt đối, bất biến, nói cách khác, không phụ thuộc vào sự chuyển đổi từ hệ quy chiếu này sang hệ quy chiếu khác. Cho dù động học tương đối tính kinh doanh. Trong đó, các khoảng trống trong quá trình chuyển đổi giữa các hệ quy chiếu có thể thay đổi. Sẽ đúng hơn nếu nói rằng họ không thể, nhưng họ phải, có lẽ. Bởi vì điều này, sự đồng thời của haicác sự kiện ngẫu nhiên cũng trở nên tương đối và phải được xem xét đặc biệt. Đó là lý do tại sao trong động học tương đối tính, hai khái niệm - không gian và thời gian - được kết hợp thành một.
Động học của một điểm vật liệu: tốc độ, gia tốc và các đại lượng khác
Để hiểu ít nhất một phần phụ này của vật lý, bạn cần tìm hiểu các khái niệm quan trọng nhất, biết các định nghĩa và tưởng tượng đại lượng này hoặc đại lượng đó là gì trong các thuật ngữ chung. Không có gì khó trong việc này, trên thực tế, mọi thứ đều rất dễ dàng và đơn giản. Có lẽ trước hết hãy xem xét các khái niệm cơ bản được sử dụng trong các bài toán động học.
Phong trào
Chuyển động cơ học chúng ta sẽ xem xét quá trình trong đó một hoặc một vật thể lý tưởng hóa khác thay đổi vị trí của nó trong không gian. Trong trường hợp này, chúng ta có thể nói rằng sự thay đổi xảy ra so với các cơ thể khác. Cũng cần phải tính đến thực tế là việc thiết lập một khoảng thời gian nhất định giữa hai sự kiện xảy ra đồng thời. Ví dụ, có thể cô lập một khoảng nhất định được hình thành trong khoảng thời gian trôi qua giữa cơ thể đến từ vị trí này đến vị trí khác. Chúng tôi cũng lưu ý rằng các vật thể trong trường hợp này có thể và sẽ tương tác với nhau, theo quy luật chung của cơ học. Đây chính xác là những gì chuyển động học của một điểm vật liệu thường hoạt động với. Hệ quy chiếu là khái niệm tiếp theo được liên kết chặt chẽ với nó.
Tọa độ
Chúng có thể được gọi là dữ liệu thông thường cho phép bạn xác định vị trí của cơ thể vào lúc này hay lúc khác. Tọa độ gắn bó chặt chẽ với khái niệm hệ quy chiếu, cũng như lưới tọa độ. Thông thường chúng là sự kết hợp của các chữ cái và số.
Vectơ bán kính
Ngay từ cái tên, nó đã phải rõ ràng nó là gì. Tuy nhiên, hãy nói về điều này chi tiết hơn. Nếu một điểm di chuyển dọc theo một quỹ đạo nhất định và chúng ta biết chính xác điểm bắt đầu của một hệ quy chiếu cụ thể, thì chúng ta có thể vẽ một vectơ bán kính bất kỳ lúc nào. Nó sẽ kết nối vị trí ban đầu của điểm với vị trí tức thời hoặc vị trí cuối cùng.
Quỹ đạo
Nó sẽ được gọi là một đường liên tục, được đặt là kết quả của sự chuyển động của một điểm vật chất trong một hệ quy chiếu cụ thể.
Tốc độ (cả tuyến tính và góc)
Đây là một giá trị có thể cho biết tốc độ cơ thể đi qua một khoảng cách cụ thể.
Gia tốc (cả góc và tuyến tính)
Cho biết thông số tốc độ của cơ thể thay đổi theo luật nào và mức độ nghiêm trọng như thế nào.
Có lẽ, chúng đây - các yếu tố chính của chuyển động học của một điểm vật liệu. Cần lưu ý rằng cả vận tốc và gia tốc đều là đại lượng vectơ. Và điều này có nghĩa là chúng không chỉ có một số giá trị biểu thị, mà còn là một hướng nhất định. Nhân tiện, chúng có thể được hướng theo cả một hướng và theo các hướng ngược lại. Trong trường hợp đầu tiên, cơ thể sẽ tăng tốc, trong trường hợp thứ hai, nó sẽ chậm lại.
Nhiệm vụ đơn giản
Động học của một điểm vật chất (vận tốc, gia tốc và khoảng cách là những khái niệm thực tế cơ bản) không chỉ bao gồm một số lượng lớn các nhiệm vụ, mà còn nhiều hạng mục khác nhau của chúng. Hãy thử giải một bài toán khá đơn giản bằng cách xác định quãng đường di chuyển của cơ thể.
Giả sử các điều kiện chúng ta có như sau. Xe của người lái đang ở vạch xuất phát. Người điều khiển đưa cờ đi trước, và chiếc xe đột ngột cất cánh. Xác định xem cô ấy có thể lập kỷ lục mới trong cuộc cạnh tranh của các tay đua hay không, nếu người dẫn đầu tiếp theo vượt qua quãng đường một trăm mét trong 7,8 giây. Lấy gia tốc của ô tô bằng 3 mét chia cho bình phương thứ hai.
Vậy, làm thế nào để giải quyết vấn đề này? Nó khá thú vị, vì chúng tôi được yêu cầu không "khô" xác định các thông số nhất định. Nó được làm sáng tỏ với các lượt quay và một tình huống nhất định, giúp đa dạng hóa quá trình giải và tìm kiếm các chỉ số. Nhưng chúng ta nên được hướng dẫn bởi những gì trước khi tiếp cận nhiệm vụ?
1. Động học của một điểm vật liệu cung cấp cho việc sử dụng gia tốc trong trường hợp này.
2. Giải pháp được giả định bằng cách sử dụng công thức khoảng cách, vì giá trị số của nó xuất hiện trong các điều kiện.
Vấn đề thực sự được giải quyết khá đơn giản. Để làm điều này, chúng tôi lấy công thức khoảng cách: S=VoT + (-) AT ^ 2/2. Điểm là gì? Chúng ta cần tìm hiểu xem người lái sẽ đi được quãng đường được chỉ định trong bao lâu, sau đó so sánh con số với bản ghi để biết anh ta có vượt qua được quãng đường đó hay không. Để làm điều này, hãy phân bổ thời gian, chúng tôi có được công thứccho anh ta: AT ^ 2 + 2VoT - 2S. Đây không gì khác hơn là một phương trình bậc hai. Nhưng khi ô tô cất cánh, có nghĩa là vận tốc ban đầu sẽ bằng 0. Khi giải phương trình, số phân biệt sẽ bằng 2400. Để tìm thời gian, bạn cần lấy gốc. Hãy làm nó đến chữ số thập phân thứ hai: 48,98. Tìm nghiệm nguyên của phương trình: 48,98 / 6=8,16 giây. Nó chỉ ra rằng người lái xe sẽ không thể vượt qua kỷ lục hiện có.
