Ano ang kinematics? Sa unang pagkakataon, ang mga mag-aaral sa sekondaryang paaralan ay nagsimulang maging pamilyar sa kahulugan nito sa mga aralin sa pisika. Mechanics (kinematics ay isa sa mga sangay nito) mismo ay bumubuo ng isang malaking bahagi ng agham na ito. Karaniwan itong inilalahad muna sa mga mag-aaral sa mga aklat-aralin. Gaya ng sinabi namin, ang kinematics ay isang subsection ng mechanics. Ngunit dahil siya ang pinag-uusapan natin, pag-usapan natin ito nang mas detalyado.
Mechanics bilang bahagi ng physics
Ang salitang “mechanics” mismo ay nagmula sa Greek at literal na isinasalin bilang sining ng paggawa ng mga makina. Sa pisika, ito ay itinuturing na isang seksyon na nag-aaral ng paggalaw ng mga tinatawag na materyal na katawan sa amin sa iba't ibang laki ng mga espasyo (iyon ay, ang paggalaw ay maaaring mangyari sa isang eroplano, sa isang conditional coordinate grid, o sa tatlong-dimensional na espasyo.). Ang pag-aaral ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga materyal na punto ay isa sa mga gawain na ginagawa ng mga mekanika (ang kinematika ay isang pagbubukod sa panuntunang ito, dahil ito ay nakikibahagi sa pagmomodelo at pagsusuri ng mga alternatibong sitwasyon nang hindi isinasaalang-alang ang epekto ng mga parameter ng puwersa). Sa lahat ng ito, dapat tandaan na ang kaukulang sangay ng pisikanangangahulugang sa pamamagitan ng paggalaw ang pagbabago sa posisyon ng katawan sa espasyo sa paglipas ng panahon. Naaangkop ang kahulugang ito hindi lamang sa mga materyal na punto o katawan sa kabuuan, kundi pati na rin sa kanilang mga bahagi.
Ang konsepto ng kinematics
Ang pangalan ng seksyong ito ng physics ay nagmula rin sa Greek at literal na isinasalin bilang “move”. Kaya, nakukuha natin ang inisyal, hindi pa tunay na nabuong sagot sa tanong kung ano ang kinematics. Sa kasong ito, maaari nating sabihin na ang seksyon ay nag-aaral ng mga pamamaraan ng matematika para sa paglalarawan ng ilang mga uri ng paggalaw ng mga direktang idealized na katawan. Pinag-uusapan natin ang tungkol sa tinatawag na ganap na solidong mga katawan, tungkol sa mga perpektong likido, at, siyempre, tungkol sa mga materyal na punto. Napakahalagang tandaan na kapag inilalapat ang paglalarawan, ang mga sanhi ng paggalaw ay hindi isinasaalang-alang. Ibig sabihin, ang mga parameter gaya ng body mass o puwersa na nakakaapekto sa katangian ng paggalaw nito ay hindi napapailalim sa pagsasaalang-alang.
Mga Batayan ng kinematics
May kasamang mga konsepto tulad ng oras at espasyo. Bilang isa sa mga pinakasimpleng halimbawa, maaari nating banggitin ang isang sitwasyon kung saan, halimbawa, ang isang materyal na punto ay gumagalaw sa isang bilog ng isang tiyak na radius. Sa kasong ito, ang kinematics ay ipatungkol ang obligadong pagkakaroon ng naturang dami bilang centripetal acceleration, na nakadirekta kasama ang vector mula sa katawan mismo hanggang sa gitna ng bilog. Iyon ay, ang acceleration vector sa anumang oras ay magkakasabay sa radius ng bilog. Ngunit kahit na sa kasong ito (kasama angcentripetal acceleration) ang kinematics ay hindi magsasaad ng katangian ng puwersa na naging sanhi ng paglitaw nito. Ito ay mga pagkilos na na-parse ng dynamics.
Ano ang kinematics?
Kaya, kami, sa katunayan, ang nagbigay ng sagot sa kung ano ang kinematics. Ito ay isang sangay ng mekanika na nag-aaral kung paano ilarawan ang paggalaw ng mga idealized na bagay nang hindi pinag-aaralan ang mga parameter ng puwersa. Ngayon pag-usapan natin kung ano ang maaaring maging kinematics. Ang unang uri nito ay klasikal. Nakaugalian na isaalang-alang ang ganap na spatial at temporal na katangian ng isang tiyak na uri ng paggalaw. Sa papel ng una, lumilitaw ang mga haba ng mga segment, sa papel ng huli, ang mga agwat ng oras. Sa madaling salita, masasabi nating ang mga parameter na ito ay nananatiling independyente sa pagpili ng reference system.
Relativistic
Ang pangalawang uri ng kinematics ay relativistic. Sa loob nito, sa pagitan ng dalawang katumbas na kaganapan, ang temporal at spatial na katangian ay maaaring magbago kung ang isang paglipat ay ginawa mula sa isang frame ng sanggunian patungo sa isa pa. Ang simultaneity ng pinagmulan ng dalawang kaganapan sa kasong ito ay tumatagal din ng isang eksklusibong kamag-anak na karakter. Sa ganitong uri ng kinematics, dalawang magkahiwalay na konsepto (at pinag-uusapan natin ang tungkol sa espasyo at oras) sa isa. Dito, ang dami, na karaniwang tinatawag na interval, ay nagiging invariant sa ilalim ng Lorentzian transformations.
Ang kasaysayan ng paglikha ng kinematics
Kaminagawang maunawaan ang konsepto at magbigay ng sagot sa tanong kung ano ang kinematics. Ngunit ano ang kasaysayan ng paglitaw nito bilang isang subsection ng mechanics? Ito ang kailangan nating pag-usapan ngayon. Sa loob ng mahabang panahon, ang lahat ng mga konsepto ng subsection na ito ay batay sa mga gawa na isinulat mismo ni Aristotle. Naglalaman sila ng mga kaugnay na pahayag na ang bilis ng isang katawan sa panahon ng pagkahulog ay direktang proporsyonal sa numerical indicator ng bigat ng isang partikular na katawan. Nabanggit din na ang sanhi ng kilusan ay direktang puwersa, at sa kawalan nito, hindi maaaring pag-usapan ang anumang kilusan.
Mga Eksperimento ni Galileo
Naging interesado ang sikat na siyentipiko na si Galileo Galilei sa mga gawa ni Aristotle sa pagtatapos ng ikalabing-anim na siglo. Sinimulan niyang pag-aralan ang proseso ng libreng pagkahulog ng katawan. Maaaring banggitin ang kanyang mga eksperimento sa Leaning Tower ng Pisa. Pinag-aralan din ng siyentipiko ang proseso ng inertia ng mga katawan. Sa huli, napatunayan ni Galileo na mali si Aristotle sa kanyang mga gawa, at gumawa siya ng maraming maling konklusyon. Sa kaukulang aklat, binalangkas ni Galileo ang mga resulta ng gawaing isinagawa na may katibayan ng kamalian ng mga konklusyon ni Aristotle.
Modern kinematics ay itinuturing na ngayon na nagmula noong Enero 1700. Pagkatapos ay nagsalita si Pierre Varignon sa harap ng French Academy of Sciences. Dinala din niya ang mga unang konsepto ng acceleration at speed, pagsulat at pagpapaliwanag sa kanila sa isang differential form. Maya-maya, napansin din ni Ampere ang ilang kinematic na ideya. Noong ikalabing walong siglo ginamit niya sa kinematics ang tinatawag navariational calculus. Ang espesyal na teorya ng relativity, na nilikha kahit na mamaya, ay nagpakita na ang espasyo, tulad ng oras, ay hindi ganap. Kasabay nito, itinuro na ang bilis ay maaaring limitado sa panimula. Ang mga pundasyong ito ang nag-udyok sa kinematics na umunlad sa loob ng balangkas at mga konsepto ng tinatawag na relativistic mechanics.
Mga konsepto at dami na ginamit sa seksyon
Ang mga pangunahing kaalaman ng kinematics ay kinabibilangan ng ilang dami na ginagamit hindi lamang sa mga teoretikal na termino, ngunit nagaganap din sa mga praktikal na formula na ginagamit sa pagmomodelo at paglutas ng ilang partikular na hanay ng mga problema. Kilalanin natin ang mga dami at konsepto na ito nang mas detalyado. Magsimula tayo sa mga huli.
1) Mechanical na paggalaw. Ito ay tinukoy bilang mga pagbabago sa spatial na posisyon ng isang tiyak na idealized na katawan na may kaugnayan sa iba (materyal point) sa kurso ng pagbabago ng agwat ng oras. Kasabay nito, ang mga katawan na nabanggit ay may kaukulang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa isa't isa.
2) Sistema ng sanggunian. Ang kinematics, na tinukoy namin kanina, ay batay sa paggamit ng isang coordinate system. Ang pagkakaroon ng mga pagkakaiba-iba nito ay isa sa mga kinakailangang kondisyon (ang pangalawang kondisyon ay ang paggamit ng mga instrumento o paraan para sa pagsukat ng oras). Sa pangkalahatan, kinakailangan ang isang frame of reference para sa matagumpay na paglalarawan ng isa o ibang uri ng paggalaw.
3) Mga Coordinate. Bilang isang conditional imaginary indicator, na hindi mapaghihiwalay na nauugnay sa nakaraang konsepto (frame of reference), ang mga coordinate ay hindi hihigit sa isang paraan kung saan ang posisyon ng isang idealized na katawan saspace. Sa kasong ito, maaaring gamitin ang mga numero at espesyal na character para sa paglalarawan. Ang mga coordinate ay kadalasang ginagamit ng mga scout at gunner.
4) Radius vector. Ito ay isang pisikal na dami na ginagamit sa pagsasanay upang itakda ang posisyon ng isang idealized na katawan na may mata sa orihinal na posisyon (at hindi lamang). Sa madaling salita, ang isang tiyak na punto ay kinuha at ito ay naayos para sa kombensiyon. Kadalasan ito ang pinagmulan ng mga coordinate. Kaya, pagkatapos nito, sabihin natin, ang isang idealized na katawan mula sa puntong ito ay nagsisimulang lumipat kasama ang isang libreng arbitrary na tilapon. Sa anumang oras, maaari nating ikonekta ang posisyon ng katawan sa pinanggalingan, at ang magreresultang tuwid na linya ay magiging radius vector lamang.
5) Ang seksyon ng kinematics ay gumagamit ng konsepto ng isang trajectory. Ito ay isang ordinaryong tuluy-tuloy na linya, na nilikha sa panahon ng paggalaw ng isang idealized na katawan sa panahon ng di-makatwirang libreng paggalaw sa isang espasyo ng iba't ibang laki. Ang trajectory, ayon sa pagkakabanggit, ay maaaring maging rectilinear, pabilog at sira.
6) Ang kinematics ng katawan ay hindi mapaghihiwalay na nauugnay sa pisikal na dami gaya ng bilis. Sa katunayan, ito ay isang dami ng vector (napakahalagang tandaan na ang konsepto ng isang scalar na dami ay naaangkop lamang dito sa mga pambihirang sitwasyon), na magpapakita ng bilis ng pagbabago sa posisyon ng isang idealized na katawan. Ito ay itinuturing na isang vector dahil sa ang katunayan na ang bilis ay nagtatakda ng direksyon ng patuloy na paggalaw. Para magamit ang konsepto, dapat mong ilapat ang frame of reference, gaya ng nabanggit kanina.
7) Kinematics, ang kahulugan nito ay nagsasabi tungkol sana hindi nito isinasaalang-alang ang mga sanhi na nagdudulot ng paggalaw, sa ilang mga sitwasyon ay isinasaalang-alang din nito ang acceleration. Ito rin ay isang vector quantity, na nagpapakita kung gaano kalakas ang velocity vector ng isang idealized body ay magbabago sa isang alternatibo (parallel) na pagbabago sa unit ng oras. Ang pag-alam sa parehong oras kung aling direksyon ang parehong mga vectors - bilis at acceleration - ay nakadirekta, maaari nating sabihin ang tungkol sa likas na katangian ng paggalaw ng katawan. Maaari itong maging pare-parehong pinabilis (ang mga vector ay pareho) o pare-parehong mabagal (ang mga vector ay nasa magkasalungat na direksyon).
8) Angular na bilis. Isa pang dami ng vector. Sa prinsipyo, ang kahulugan nito ay tumutugma sa kahalintulad na ibinigay namin kanina. Sa katunayan, ang pagkakaiba lamang ay ang naunang itinuturing na kaso ay nangyari kapag gumagalaw sa isang rectilinear trajectory. Dito mayroon tayong circular motion. Maaari itong maging isang maayos na bilog, pati na rin isang ellipse. Ang isang katulad na konsepto ay ibinigay para sa angular acceleration.
Physics. Kinematics. Mga Formula
Upang malutas ang mga praktikal na problema na nauugnay sa kinematics ng mga idealized na katawan, mayroong isang buong listahan ng iba't ibang mga formula. Nagbibigay-daan sa iyo ang mga ito na matukoy ang distansyang nilakbay, ang madalian, ang paunang huling bilis, ang oras kung kailan nalampasan ng katawan ito o ang distansyang iyon, at marami pang iba. Ang isang hiwalay na kaso ng aplikasyon (pribado) ay mga sitwasyong may kunwa ng libreng pagkahulog ng isang katawan. Sa kanila, ang acceleration (na tinutukoy ng letrang a) ay pinapalitan ng acceleration ng gravity (letter g, ayon sa numero ay katumbas ng 9.8 m/s^2).
So ano ang nalaman natin? Physics - kinematics (ang mga formula kung saannagmula sa isa't isa) - ang seksyong ito ay ginagamit upang ilarawan ang paggalaw ng mga idealized na katawan nang hindi isinasaalang-alang ang mga parameter ng puwersa na nagiging sanhi ng kaukulang paggalaw. Ang mambabasa ay maaaring palaging pamilyar sa paksang ito nang mas detalyado. Ang pisika (ang paksang "kinematics") ay napakahalaga, dahil ito ang nagbibigay ng mga pangunahing konsepto ng mekanika bilang isang pandaigdigang seksyon ng kaukulang agham.
