Động học là gì? Lần đầu tiên học sinh THCS bắt đầu làm quen với định nghĩa của nó trong các tiết học vật lý. Cơ học (động học là một trong những nhánh của nó) chính nó đã tạo nên một phần lớn của khoa học này. Thông thường nó được trình bày cho học sinh đầu tiên trong sách giáo khoa. Như chúng ta đã nói, động học là một tiểu mục của cơ học. Nhưng vì chúng ta đang nói về cô ấy, hãy nói về điều này chi tiết hơn một chút.
Cơ học là một phần của vật lý
Bản thân từ “cơ khí” có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp và được dịch theo nghĩa đen là nghệ thuật chế tạo máy móc. Trong vật lý, nó được coi là một phần nghiên cứu sự chuyển động của các cơ thể được gọi là vật chất của chúng ta trong các không gian có kích thước khác nhau (nghĩa là, chuyển động có thể xảy ra trong một mặt phẳng, trên một lưới tọa độ có điều kiện, hoặc trong không gian ba chiều.). Nghiên cứu tương tác giữa các điểm vật liệu là một trong những nhiệm vụ mà cơ học thực hiện (động học là một ngoại lệ đối với quy tắc này, vì nó tham gia vào việc mô hình hóa và phân tích các tình huống thay thế mà không tính đến tác động của các tham số lực). Với tất cả những điều này, cần lưu ý rằng ngành vật lý tương ứngcó nghĩa là bằng chuyển động sự thay đổi vị trí của cơ thể trong không gian theo thời gian. Định nghĩa này không chỉ có thể áp dụng cho tổng thể các điểm hoặc vật chất mà còn cho các bộ phận của chúng.
Khái niệm về chuyển động học
Tên của phần vật lý này cũng có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp và được dịch theo nghĩa đen là “chuyển động”. Do đó, chúng ta có câu trả lời ban đầu, chưa thực sự hình thành cho câu hỏi động học là gì. Trong trường hợp này, chúng ta có thể nói rằng phần nghiên cứu các phương pháp toán học để mô tả một số dạng chuyển động của các vật thể lý tưởng hóa trực tiếp. Chúng ta đang nói về cái gọi là vật thể rắn tuyệt đối, về chất lỏng lý tưởng, và tất nhiên, về các điểm vật chất. Điều rất quan trọng cần nhớ là khi áp dụng mô tả, các nguyên nhân của chuyển động không được tính đến. Có nghĩa là, các thông số như khối lượng cơ thể hoặc lực ảnh hưởng đến bản chất chuyển động của nó không phải là đối tượng được xem xét.
Các nguyên tắc cơ bản về chuyển động học
Chúng bao gồm các khái niệm như thời gian và không gian. Là một trong những ví dụ đơn giản nhất, chúng ta có thể trích dẫn một tình huống, chẳng hạn, một điểm vật chất di chuyển dọc theo một đường tròn có bán kính nhất định. Trong trường hợp này, động học sẽ quy sự tồn tại bắt buộc của một đại lượng như gia tốc hướng tâm, hướng dọc theo vectơ từ chính vật đến tâm của vòng tròn. Tức là, vectơ gia tốc tại bất kỳ thời điểm nào sẽ trùng với bán kính của đường tròn. Nhưng ngay cả trong trường hợp này (vớigia tốc hướng tâm) động học sẽ không chỉ ra bản chất của lực khiến nó xuất hiện. Đây đã là những hành động mà động lực học phân tích cú pháp.
Động học như thế nào?
Vì vậy, trên thực tế, chúng tôi đã đưa ra câu trả lời cho chuyển động học là gì. Nó là một nhánh của cơ học nghiên cứu cách mô tả chuyển động của các vật thể lý tưởng hóa mà không cần nghiên cứu các thông số lực. Bây giờ chúng ta hãy nói về những gì động học có thể được. Loại đầu tiên của nó là cổ điển. Theo thông lệ, người ta thường xem xét các đặc điểm tuyệt đối về không gian và thời gian của một kiểu chuyển động nhất định. Trong vai trò của đoạn trước, độ dài của các phân đoạn xuất hiện, trong vai trò của đoạn sau, các khoảng thời gian. Nói cách khác, chúng ta có thể nói rằng các tham số này vẫn độc lập với việc lựa chọn hệ quy chiếu.
Tương đối tính
Loại thứ hai của chuyển động học là tương đối tính. Trong đó, giữa hai sự kiện tương ứng, các đặc tính thời gian và không gian có thể thay đổi nếu thực hiện chuyển đổi từ hệ quy chiếu này sang hệ quy chiếu khác. Sự đồng thời về nguồn gốc của hai sự kiện trong trường hợp này cũng mang tính chất tương đối riêng. Trong loại động học này, hai khái niệm riêng biệt (và chúng ta đang nói về không gian và thời gian) hợp nhất thành một. Trong đó, đại lượng, thường được gọi là khoảng, trở nên bất biến dưới phép biến đổi Lorentzian.
Lịch sử hình thành chuyển động học
chúng tôiquản lý để hiểu khái niệm và đưa ra câu trả lời cho câu hỏi động học là gì. Nhưng lịch sử xuất hiện của nó như một phần phụ của cơ học là gì? Đây là những gì chúng ta cần nói về bây giờ. Trong một thời gian khá dài, tất cả các khái niệm của tiểu mục này đều dựa trên các tác phẩm được viết bởi chính Aristotle. Chúng bao gồm các tuyên bố có liên quan rằng tốc độ của một cơ thể trong khi rơi tỷ lệ thuận với chỉ số về trọng lượng của một cơ thể cụ thể. Nó cũng được đề cập rằng nguyên nhân của chuyển động trực tiếp là lực, và nếu không có nó, không thể nói về bất kỳ chuyển động nào.
Thử nghiệm của Galileo
Nhà khoa học nổi tiếng Galileo Galilei bắt đầu quan tâm đến các công trình của Aristotle vào cuối thế kỷ XVI. Ông bắt đầu nghiên cứu quá trình rơi tự do của vật thể. Có thể đề cập đến các thí nghiệm của ông trên Tháp nghiêng Pisa. Nhà khoa học cũng nghiên cứu quá trình quán tính của các cơ thể. Cuối cùng, Galileo đã chứng minh được rằng Aristotle đã sai trong các tác phẩm của mình, và ông đã đưa ra một số kết luận sai lầm. Trong cuốn sách tương ứng, Galileo đã phác thảo các kết quả của công việc được thực hiện với bằng chứng về sự sai lầm trong các kết luận của Aristotle.
Động học hiện đại được coi là bắt nguồn từ tháng 1 năm 1700. Sau đó Pierre Varignon phát biểu trước Viện Hàn lâm Khoa học Pháp. Ông cũng đưa ra những khái niệm đầu tiên về gia tốc và tốc độ, viết và giải thích chúng dưới dạng vi phân. Một lúc sau, Ampere cũng ghi lại một số ý tưởng động học. Vào thế kỷ thứ mười tám, ông đã sử dụng trong chuyển động học cái gọi làphép tính biến phân. Thuyết tương đối hẹp, ra đời sau này, đã chỉ ra rằng không gian, giống như thời gian, không phải là tuyệt đối. Đồng thời cũng chỉ ra rằng về cơ bản tốc độ có thể bị hạn chế. Chính những nền tảng này đã thúc đẩy động học phát triển trong khuôn khổ và khái niệm của cái gọi là cơ học tương đối tính.
Khái niệm và đại lượng sử dụng trong phần
Những điều cơ bản của động học bao gồm một số đại lượng không chỉ được sử dụng trong các thuật ngữ lý thuyết, mà còn được sử dụng trong các công thức thực tế được sử dụng trong mô hình hóa và giải quyết một số vấn đề nhất định. Chúng ta hãy làm quen với các đại lượng và khái niệm này một cách chi tiết hơn. Hãy bắt đầu với những cái cuối cùng.
1) Chuyển động cơ học. Nó được định nghĩa là những thay đổi về vị trí không gian của một vật thể lý tưởng hóa nhất định so với những vật thể khác (điểm vật chất) trong quá trình thay đổi khoảng thời gian. Đồng thời, các vật thể được đề cập có lực tương tác tương ứng với nhau.
2) Hệ quy chiếu. Chuyển động học, mà chúng ta đã xác định trước đó, dựa trên việc sử dụng một hệ tọa độ. Sự hiện diện của các biến thể của nó là một trong những điều kiện cần thiết (điều kiện thứ hai là việc sử dụng các dụng cụ hoặc phương tiện để đo thời gian). Nói chung, hệ quy chiếu là cần thiết để mô tả thành công một hoặc một loại chuyển động khác.
3) Tọa độ. Là một chỉ báo tưởng tượng có điều kiện, được liên kết chặt chẽ với khái niệm trước đó (hệ quy chiếu), tọa độ không gì khác hơn là một phương pháp mà theo đó vị trí của vật thể được lý tưởng hóa trongkhoảng trống. Trong trường hợp này, các số và ký tự đặc biệt có thể được sử dụng cho mô tả. Tọa độ thường được sử dụng bởi các trinh sát và xạ thủ.
4) Vectơ bán kính. Đây là một đại lượng vật lý được sử dụng trong thực tế để đặt vị trí của một cơ thể lý tưởng với mắt về vị trí ban đầu (và không chỉ). Nói một cách đơn giản, một điểm nhất định được lấy và nó được cố định để quy ước. Thông thường đây là điểm gốc của tọa độ. Vì vậy, sau đó, giả sử, một vật thể lý tưởng hóa từ thời điểm này bắt đầu chuyển động dọc theo một quỹ đạo tự do tùy ý. Tại bất kỳ thời điểm nào, chúng ta có thể nối vị trí của cơ thể với điểm gốc và đường thẳng thu được sẽ không khác gì một vectơ bán kính.
5) Phần động học sử dụng khái niệm quỹ đạo. Nó là một đường liên tục thông thường, được tạo ra trong quá trình chuyển động của một vật lý tưởng trong quá trình chuyển động tự do tùy ý trong một không gian có kích thước khác nhau. Quỹ đạo tương ứng có thể là tuyến tính, hình tròn và đường cong.
6) Động học của cơ thể gắn bó chặt chẽ với một đại lượng vật lý như tốc độ. Trên thực tế, đây là một đại lượng vectơ (điều rất quan trọng cần nhớ là khái niệm đại lượng vô hướng chỉ áp dụng cho nó trong những tình huống đặc biệt), nó sẽ đặc trưng cho tốc độ thay đổi vị trí của một vật lý tưởng. Nó được coi là một vectơ do tốc độ xác định hướng của chuyển động đang diễn ra. Để sử dụng khái niệm, bạn phải áp dụng hệ quy chiếu, như đã đề cập trước đó.
7) Chuyển động học, định nghĩa của nó nói vềrằng nó không xem xét các nguyên nhân gây ra chuyển động, trong những tình huống nhất định nó cũng xem xét gia tốc. Nó cũng là một đại lượng vectơ, cho biết vectơ vận tốc của một vật thể lý tưởng sẽ thay đổi mạnh như thế nào với sự thay đổi thay thế (song song) trong đơn vị thời gian. Biết đồng thời cả vectơ - tốc độ và gia tốc - đều hướng theo hướng nào, ta có thể nói về bản chất của chuyển động của vật. Nó có thể được tăng tốc đồng đều (các vectơ giống nhau) hoặc chậm đồng đều (các vectơ ngược hướng).
8) Vận tốc góc. Một đại lượng véc tơ khác. Về nguyên tắc, định nghĩa của nó trùng với định nghĩa tương tự mà chúng tôi đã đưa ra trước đó. Trong thực tế, sự khác biệt duy nhất là trường hợp được xem xét trước đây xảy ra khi di chuyển dọc theo một quỹ đạo trực tuyến. Ở đây chúng ta có một chuyển động tròn. Nó có thể là một hình tròn gọn gàng, cũng như một hình elip. Một khái niệm tương tự cũng được đưa ra cho gia tốc góc.
Vật lý. Động học. Công thức
Để giải quyết các vấn đề thực tế liên quan đến động học của các vật thể lý tưởng hóa, có toàn bộ danh sách các công thức khác nhau. Chúng cho phép bạn xác định khoảng cách đã đi, tốc độ tức thời, tốc độ cuối cùng ban đầu, thời gian mà cơ thể đã vượt qua quãng đường này hoặc khoảng cách đó, và nhiều hơn thế nữa. Một trường hợp áp dụng riêng (riêng) là các tình huống mô phỏng sự rơi tự do của một vật. Trong chúng, gia tốc (ký hiệu bằng chữ a) được thay thế bằng gia tốc trọng trường (chữ g, về mặt số học bằng 9,8 m / s ^ 2).
Vậy chúng ta đã tìm hiểu những gì? Vật lý - động học (các công thức củaxuất phát từ nhau) - phần này được dùng để mô tả chuyển động của các vật thể lý tưởng hóa mà không tính đến các tham số lực trở thành nguyên nhân của chuyển động tương ứng. Người đọc luôn có thể làm quen với chủ đề này một cách chi tiết hơn. Vật lý (chủ đề “động học”) rất quan trọng, vì nó đưa ra các khái niệm cơ bản về cơ học như một phần toàn cầu của khoa học tương ứng.
