Kinematika nima? Birinchi marta o'rta maktab o'quvchilari fizika darslarida uning ta'rifi bilan tanisha boshlaydilar. Mexanika (kinematika uning tarmoqlaridan biri)ning o'zi bu fanning katta qismini tashkil qiladi. Odatda o'quvchilarga birinchi navbatda darsliklarda taqdim etiladi. Aytganimizdek, kinematika mexanikaning kichik bo'limidir. Ammo biz u haqida gapirayotganimiz sababli, keling, bu haqda biroz batafsilroq gaplashamiz.
Mexanika fizikaning bir qismi sifatida
“Mexanika” soʻzining oʻzi yunon tilidan olingan boʻlib, soʻzma-soʻz tarjimada mashinalar yasash sanʼati degan maʼnoni anglatadi. Fizikada u turli o'lchamdagi fazolarda (ya'ni, harakat bir tekislikda, shartli koordinatalar panjarasida yoki uch o'lchovli fazoda sodir bo'lishi mumkin) biz tomonidan moddiy jismlar deb ataladigan harakatni o'rganadigan bo'lim hisoblanadi.). Moddiy nuqtalar orasidagi o'zaro ta'sirni o'rganish mexanika bajaradigan vazifalardan biridir (kinematika bu qoidadan istisno, chunki u kuch parametrlarining ta'sirini hisobga olmasdan muqobil vaziyatlarni modellashtirish va tahlil qilish bilan shug'ullanadi). Bularning barchasi bilan shuni ta'kidlash kerakki, fizikaning tegishli bo'limiharakat orqali tananing fazodagi holatining vaqt o'tishi bilan o'zgarishini anglatadi. Bu taʼrif nafaqat moddiy nuqtalar yoki umuman jismlarga, balki ularning qismlariga ham tegishli.
Kinematika tushunchasi
Fizikaning ushbu bo'limining nomi ham yunoncha bo'lib, so'zma-so'z "harakat" deb tarjima qilinadi. Shunday qilib, biz kinematika nima degan savolga dastlabki, hali to'liq shakllanmagan javobni olamiz. Bunday holda, bo'lim to'g'ridan-to'g'ri ideallashtirilgan jismlar harakatining ayrim turlarini tavsiflashning matematik usullarini o'rganadi, deb aytishimiz mumkin. Gap mutlaqo qattiq jismlar, ideal suyuqliklar va, albatta, moddiy nuqtalar haqida bormoqda. Ta'rifni qo'llashda harakatning sabablari hisobga olinmasligini yodda tutish juda muhimdir. Ya'ni, tana massasi yoki uning harakati tabiatiga ta'sir qiluvchi kuch kabi parametrlar hisobga olinmaydi.
Kinematika asoslari
Ularga vaqt va makon kabi tushunchalar kiradi. Eng oddiy misollardan biri sifatida, masalan, moddiy nuqta ma'lum radiusli aylana bo'ylab harakatlanadigan vaziyatni keltirishimiz mumkin. Bunday holda, kinematika vektor bo'ylab tananing o'zidan aylana markaziga yo'n altirilgan markazlashtirilgan tezlashuv kabi miqdorning majburiy mavjudligini belgilaydi. Ya'ni, tezlanish vektori istalgan vaqtda aylananing radiusiga to'g'ri keladi. Ammo bu holatda ham (bilanmarkazlashtirilgan tezlashuv) kinematikasi uning paydo bo'lishiga sabab bo'lgan kuchning tabiatini ko'rsatmaydi. Bular allaqachon dinamika tahlil qiladigan amallar.
Kinematika qanday?
Shunday qilib, biz, aslida, kinematika nima degan savolga javob berdik. Bu kuch parametrlarini o'rganmasdan, ideallashtirilgan jismlarning harakatini qanday tasvirlashni o'rganadigan mexanika bo'limi. Keling, kinematik nima bo'lishi mumkinligi haqida gapiraylik. Uning birinchi turi klassikdir. Harakatning ma'lum bir turining mutlaq fazoviy va vaqtinchalik xususiyatlarini hisobga olish odatiy holdir. Birinchisining rolida segmentlarning uzunligi, ikkinchisining rolida vaqt oraliqlari paydo bo'ladi. Boshqacha qilib aytganda, bu parametrlar mos yozuvlar tizimini tanlashdan mustaqil bo'lib qoladi, deb aytishimiz mumkin.
Relyativistik
Kinematikaning ikkinchi turi relativistikdir. Unda mos keladigan ikkita hodisa o'rtasida, agar bir mos yozuvlar ramkasidan ikkinchisiga o'tish amalga oshirilsa, vaqtinchalik va fazoviy xususiyatlar o'zgarishi mumkin. Bu holda ikkita hodisaning kelib chiqishining bir vaqtdaligi ham faqat nisbiy xususiyatga ega bo'ladi. Bunday kinematikada ikkita alohida tushuncha (va biz fazo va vaqt haqida gapiramiz) bittaga birlashadi. Unda odatda interval deb ataladigan miqdor Lorents o'zgarishlari ostida o'zgarmas bo'ladi.
Kinematikaning yaratilish tarixi
Biztushunchasini tushunishga va kinematika nima degan savolga javob berishga muvaffaq bo'ldi. Ammo uning mexanika bo'limi sifatida paydo bo'lish tarixi qanday edi? Hozir bu haqda gapirishimiz kerak. Uzoq vaqt davomida ushbu kichik bo'limning barcha tushunchalari Aristotelning o'zi yozgan asarlarga asoslangan edi. Ularda yiqilish paytida jismning tezligi ma'lum bir jism og'irligining raqamli ko'rsatkichiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lgan tegishli bayonotlar mavjud edi. Shuningdek, harakatning sababi to‘g‘ridan-to‘g‘ri kuch ekanligi va u bo‘lmaganda hech qanday harakat haqida gap bo‘lishi mumkin emasligi ta’kidlandi.
Galileyning tajribalari
Mashhur olim Galiley Galiley XVI asr oxirida Aristotel asarlariga qiziqa boshlagan. U tananing erkin tushish jarayonini o'rganishga kirishdi. Uning Piza minorasida o'tkazgan tajribalarini eslatib o'tish mumkin. Olim jismlarning inertsiya jarayonini ham o‘rgangan. Yakunda Galiley o‘z asarlarida Aristotelning noto‘g‘ri ekanligini isbotlashga muvaffaq bo‘ldi va u bir qancha noto‘g‘ri xulosalar qildi. Tegishli kitobda Galiley Aristotel xulosalarining noto'g'ri ekanligini isbotlash bilan olib borilgan ish natijalarini bayon qildi.
Zamonaviy kinematika endi 1700-yil yanvarida paydo boʻlgan deb hisoblanadi. Keyin Per Varinyon Frantsiya Fanlar Akademiyasi oldida nutq so'zladi. U tezlanish va tezlik haqidagi ilk tushunchalarni ham keltirdi, ularni differentsial shaklda yozib, tushuntirdi. Biroz vaqt o'tgach, Amper ba'zi kinematik g'oyalarga ham e'tibor qaratdi. XVIII asrda u kinematikada so'zda qo'llanilganvariatsion hisob. Keyinchalik yaratilgan maxsus nisbiylik nazariyasi fazo ham vaqt kabi mutlaq emasligini ko'rsatdi. Shu bilan birga, tezlikni tubdan cheklash mumkinligi ta'kidlandi. Aynan shu asoslar kinematikani relativistik mexanika deb ataladigan tushunchalar doirasida rivojlanishiga turtki bo'ldi.
Boʻlimda foydalanilgan tushunchalar va miqdorlar
Kinematika asoslari nafaqat nazariy jihatdan qoʻllaniladigan, balki maʼlum bir qator masalalarni modellashtirish va yechishda qoʻllaniladigan amaliy formulalarda ham oʻrin olgan bir qancha miqdorlarni oʻz ichiga oladi. Keling, ushbu miqdorlar va tushunchalar bilan batafsilroq tanishamiz. Oxirgilaridan boshlaylik.
1) Mexanik harakat. Bu vaqt oralig'ini o'zgartirish jarayonida ma'lum bir ideallashtirilgan tananing fazoviy holatining boshqalarga (moddiy nuqtalarga) nisbatan o'zgarishi sifatida aniqlanadi. Shu bilan birga, tilga olingan jismlar bir-biri bilan mos keladigan ta'sir kuchlariga ega.
2) Malumot tizimi. Biz ilgari aniqlagan kinematika koordinatalar tizimidan foydalanishga asoslangan. Uning o'zgarishlarining mavjudligi zaruriy shartlardan biridir (ikkinchi shart - vaqtni o'lchash uchun asboblar yoki vositalardan foydalanish). Umuman olganda, u yoki bu harakat turini muvaffaqiyatli tasvirlash uchun maʼlumot doirasi zarur.
3) Koordinatalar. Oldingi kontseptsiya bilan uzviy bog'liq bo'lgan shartli xayoliy ko'rsatkich bo'lib, koordinatalar ideallashtirilgan jismning pozitsiyasini aniqlash usulidan boshqa narsa emas.bo'sh joy. Bunday holda, tavsif uchun raqamlar va maxsus belgilar ishlatilishi mumkin. Koordinatalar ko'pincha skautlar va o'qchilar tomonidan qo'llaniladi.
4) Radius vektori. Bu amalda ideallashtirilgan tananing o'rnini asl holatiga (va nafaqat) o'rnatish uchun ishlatiladigan jismoniy miqdordir. Oddiy qilib aytganda, ma'lum bir nuqta olinadi va u konventsiya uchun belgilanadi. Ko'pincha bu koordinatalarning kelib chiqishi. Demak, shundan so'ng, aytaylik, ideallashtirilgan jism shu nuqtadan erkin ixtiyoriy traektoriya bo'ylab harakatlana boshlaydi. Vaqtning istalgan nuqtasida biz tananing holatini koordinatali nuqtaga ulashimiz mumkin va natijada olingan to'g'ri chiziq radius vektoridan boshqa narsa bo'lmaydi.
5) Kinematika bo'limida traektoriya tushunchasidan foydalaniladi. Bu oddiy uzluksiz chiziq bo'lib, u har xil o'lchamdagi bo'shliqda o'zboshimchalik bilan erkin harakatlanish paytida ideallashtirilgan jismning harakati paytida hosil bo'ladi. Traektoriya mos ravishda toʻgʻri chiziqli, aylana va singan boʻlishi mumkin.
6) Tananing kinematikasi tezlik kabi jismoniy miqdor bilan uzviy bog'liqdir. Aslida, bu ideallashtirilgan jismning holatidagi o'zgarish tezligini tavsiflovchi vektor miqdori (skalyar miqdor tushunchasi unga faqat istisno holatlarda qo'llanilishini yodda tutish juda muhimdir). Tezlik davom etayotgan harakat yo'nalishini belgilab qo'yganligi sababli u vektor hisoblanadi. Kontseptsiyadan foydalanish uchun avval aytib o'tilganidek, ma'lumot doirasini qo'llashingiz kerak.
7) Kinematika, ta'rifi haqida gapiradiu harakatga sabab bo'lgan sabablarni hisobga olmasligini, muayyan vaziyatlarda tezlanishni ham hisobga oladi. Bu, shuningdek, vektor miqdor bo'lib, ideallashtirilgan jismning tezlik vektori vaqt birligining muqobil (parallel) o'zgarishi bilan qanchalik intensiv o'zgarishini ko'rsatadi. Bir vaqtning o'zida ikkala vektor - tezlik va tezlanish - qaysi yo'nalishda yo'n altirilganligini bilib, biz tananing harakatining tabiati haqida gapirishimiz mumkin. U bir xilda tezlashtirilgan (vektorlar bir xil) yoki bir xil sekin (vektorlar qarama-qarshi yo‘nalishda) bo‘lishi mumkin.
8) Burchak tezligi. Boshqa vektor miqdori. Aslida, uning ta'rifi biz ilgari bergan o'xshash ta'rifga to'g'ri keladi. Aslida, yagona farq shundaki, ilgari ko'rib chiqilgan holat to'g'ri chiziqli traektoriya bo'ylab harakatlanayotganda sodir bo'lgan. Bu erda biz dumaloq harakatga egamiz. Bu toza doira, shuningdek, ellips bo'lishi mumkin. Xuddi shunday tushuncha burchak tezlanishi uchun ham berilgan.
Fizika. Kinematika. Formulalar
Ideallashtirilgan jismlarning kinematikasiga oid amaliy masalalarni hal qilish uchun turli formulalarning butun ro'yxati mavjud. Ular bosib o'tgan masofani, oniy, dastlabki yakuniy tezlikni, tananing u yoki bu masofani bosib o'tgan vaqtini va yana ko'p narsalarni aniqlash imkonini beradi. Qo'llashning alohida holati (xususiy) tananing taqlid qilingan erkin tushishi bilan bog'liq holatlardir. Ularda tezlanish (a harfi bilan belgilanadi) tortishish tezlashishi bilan almashtiriladi (g harfi, son jihatdan 9,8 m/s^2 ga teng).
Xo'sh, biz nimani bilib oldik? Fizika - kinematika (formulalaribir-biridan olingan) - bu bo'lim mos keladigan harakatning sabablariga aylanadigan kuch parametrlarini hisobga olmagan holda ideallashtirilgan jismlarning harakatini tasvirlash uchun ishlatiladi. O'quvchi har doim ushbu mavzu bilan batafsilroq tanishishi mumkin. Fizika (“kinematika” mavzusi) juda muhim, chunki aynan u tegishli fanning global bo‘limi sifatida mexanikaning asosiy tushunchalarini beradi.
