Topik artikel kita hari ini adalah kinematika dari titik material. Apa itu semua tentang? Konsep apa yang muncul di dalamnya dan definisi apa yang harus diberikan untuk istilah ini? Kami akan mencoba menjawab ini dan banyak pertanyaan lainnya hari ini.
Definisi dan konsep
Kinematika titik material tidak lebih dari subbagian fisika yang disebut "mekanika". Dia, pada gilirannya, mempelajari pola gerak tubuh tertentu. Kinematika titik material juga menangani masalah ini, tetapi tidak melakukannya secara umum. Faktanya, subbagian ini mempelajari metode yang memungkinkan Anda untuk menggambarkan pergerakan tubuh. Dalam hal ini, hanya apa yang disebut tubuh ideal yang cocok untuk penelitian. Ini termasuk: titik material, benda yang benar-benar kaku dan gas ideal. Mari kita pertimbangkan konsepnya secara lebih rinci. Kita semua tahu dari bangku sekolah bahwa merupakan kebiasaan untuk menyebut titik material sebagai benda, yang dimensinya dalam situasi tertentu dapat diabaikan. Omong-omong, kinematika gerak translasi dari suatu titik material untuk pertama kalinya dimulaimuncul di buku teks fisika kelas tujuh. Ini adalah cabang paling sederhana, jadi paling mudah untuk mulai berkenalan dengan sains dengan bantuannya. Pertanyaan terpisah adalah apa elemen kinematika dari titik material. Ada cukup banyak, dan secara kondisional mereka dapat dibagi menjadi beberapa level dengan kompleksitas pemahaman yang berbeda. Jika kita berbicara, misalnya, tentang vektor radius, maka, pada prinsipnya, tidak ada yang terlalu rumit dalam definisinya. Namun, Anda akan setuju bahwa akan jauh lebih mudah bagi seorang siswa untuk memahaminya daripada seorang siswa sekolah menengah pertama atau atas. Dan sejujurnya, tidak perlu menjelaskan fitur istilah ini kepada siswa sekolah menengah.
Sejarah singkat penciptaan kinematika
Bertahun-tahun yang lalu, ilmuwan besar Aristoteles mencurahkan sebagian besar waktu luangnya untuk mempelajari dan mendeskripsikan fisika sebagai ilmu yang terpisah. Dia juga mengerjakan kinematika, mencoba menyajikan tesis dan konsep utamanya, dengan satu atau lain cara digunakan dalam upaya memecahkan masalah praktis dan bahkan sehari-hari. Aristoteles memberikan ide awal tentang apa unsur-unsur kinematika dari suatu titik material. Karya dan karyanya sangat berharga bagi seluruh umat manusia. Namun demikian, dalam kesimpulannya ia membuat banyak kesalahan, dan alasannya adalah kesalahpahaman dan kesalahan perhitungan tertentu. Pada suatu waktu, ilmuwan lain, Galileo Galilei, menjadi tertarik pada karya-karya Aristoteles. Salah satu tesis mendasar yang dikemukakan oleh Aristoteles adalah bahwa gerakan suatu bendaterjadi hanya jika itu ditindaklanjuti oleh beberapa kekuatan, ditentukan oleh intensitas dan arah. Galileo membuktikan bahwa ini adalah kesalahan. Gaya akan mempengaruhi parameter kecepatan gerakan, tetapi tidak lebih. Orang Italia itu menunjukkan bahwa gaya adalah penyebab percepatan, dan itu hanya bisa timbul bersama-sama dengannya. Juga, Galileo Galilei menaruh perhatian besar pada studi tentang proses jatuh bebas, menurunkan pola-pola yang sesuai. Mungkin semua orang ingat eksperimennya yang terkenal, yang dia lakukan di Menara Miring Pisa. Fisikawan Ampère juga menggunakan dasar-dasar solusi kinematik dalam karyanya.
Konsep awal
Seperti disebutkan sebelumnya, kinematika adalah studi tentang cara untuk menggambarkan gerak benda yang diidealkan. Dalam hal ini, dasar-dasar analisis matematis, aljabar biasa, dan geometri dapat diterapkan dalam praktik. Tetapi konsep apa (tepatnya konsep, dan bukan definisi untuk besaran parametrik) yang mendasari subbagian fisika ini? Pertama, setiap orang harus memahami dengan jelas bahwa kinematika gerak translasi suatu titik material mempertimbangkan gerak tanpa memperhitungkan indikator gaya. Artinya, untuk menyelesaikan masalah yang sesuai, kita tidak memerlukan rumus yang berkaitan dengan gaya. Itu tidak diperhitungkan oleh kinematika, tidak peduli berapa banyak dari mereka - satu, dua, tiga, setidaknya beberapa ratus ribu. Meski demikian, keberadaan akselerasi tetap diberikan. Dalam sejumlah masalah, kinematika pergerakan titik material menentukan untuk menentukan besarnya percepatan. Namun, penyebab fenomena ini (yaitu, kekuatan dansifatnya) tidak dianggap tetapi dihilangkan.
Klasifikasi
Kami menemukan bahwa kinematika mengeksplorasi dan menerapkan metode untuk menggambarkan pergerakan benda tanpa memperhatikan gaya yang bekerja padanya. Omong-omong, subbagian mekanika lain, yang disebut dinamika, menangani tugas semacam itu. Sudah ada, hukum Newton diterapkan, yang memungkinkan dalam praktiknya untuk menentukan cukup banyak parameter dengan sejumlah kecil data awal yang diketahui. Konsep dasar kinematika suatu titik material adalah ruang dan waktu. Dan sehubungan dengan perkembangan ilmu pengetahuan baik secara umum maupun dalam bidang ini, timbul pertanyaan tentang pantas tidaknya penggunaan kombinasi tersebut.
Sejak awal ada kinematika klasik. Kita dapat mengatakan bahwa itu dicirikan tidak hanya oleh adanya kesenjangan temporal dan spasial, tetapi juga kemandiriannya dari pilihan satu atau lain kerangka acuan. Ngomong-ngomong, kita akan membicarakan ini nanti. Sekarang mari kita jelaskan apa yang sedang kita bicarakan. Dalam hal ini, segmen akan dianggap sebagai interval spasial, dan interval waktu akan dianggap sebagai interval temporal. Semuanya tampak jelas. Jadi, kesenjangan ini akan dianggap dalam kinematika klasik sebagai mutlak, invarian, dengan kata lain, tidak tergantung pada transisi dari satu kerangka acuan ke kerangka acuan lainnya. Apakah kinematika relativistik bisnis. Di dalamnya, kesenjangan selama transisi antara sistem referensi dapat berubah. Bahkan akan lebih tepat untuk mengatakan bahwa mereka tidak bisa, tetapi mereka harus, mungkin. Karena itu, simultanitas keduanyaperistiwa acak juga menjadi relatif dan tunduk pada pertimbangan khusus. Itulah sebabnya dalam kinematika relativistik dua konsep - ruang dan waktu - digabungkan menjadi satu.
Kinematika titik material: kecepatan, percepatan, dan besaran lainnya
Untuk memahami setidaknya sedikit subbagian fisika ini, Anda perlu menavigasi konsep yang paling penting, mengetahui definisi dan membayangkan apa kuantitas ini atau itu secara umum. Tidak ada yang sulit dalam hal ini, pada kenyataannya, semuanya sangat mudah dan sederhana. Pertimbangkan, mungkin, untuk memulai, konsep dasar yang digunakan dalam masalah kinematika.
Gerakan
Gerakan mekanis Kami akan mempertimbangkan proses di mana satu atau lain objek ideal mengubah posisinya di ruang angkasa. Dalam hal ini, kita dapat mengatakan bahwa perubahan terjadi relatif terhadap benda lain. Penting juga untuk memperhitungkan fakta bahwa penetapan interval waktu tertentu antara dua peristiwa terjadi secara bersamaan. Misalnya, akan dimungkinkan untuk mengisolasi interval tertentu yang terbentuk selama waktu yang berlalu antara tubuh yang tiba dari satu posisi ke posisi lain. Kami juga mencatat bahwa benda-benda dalam hal ini dapat dan akan berinteraksi satu sama lain, menurut hukum umum mekanika. Inilah tepatnya yang paling sering digunakan oleh kinematika titik material. Sistem referensi adalah konsep berikutnya yang terkait erat dengannya.
Koordinat
Mereka dapat disebut data biasa yang memungkinkan Anda menentukan posisi tubuh pada satu waktu atau lainnya. Koordinat terkait erat dengan konsep sistem referensi, serta kisi koordinat. Paling sering adalah kombinasi huruf dan angka.
Vektor radius
Dari namanya seharusnya sudah jelas apa itu. Namun demikian, mari kita bicarakan ini lebih terinci. Jika sebuah titik bergerak sepanjang lintasan tertentu, dan kita tahu persis awal dari sistem referensi tertentu, maka kita dapat menggambar vektor radius setiap saat. Ini akan menghubungkan posisi awal titik ke posisi sesaat atau akhir.
Lintasan
Ini akan disebut garis kontinu, yang diletakkan sebagai akibat dari pergerakan titik material dalam sistem referensi tertentu.
Kecepatan (baik linier maupun sudut)
Ini adalah nilai yang dapat menunjukkan seberapa cepat tubuh melewati interval jarak tertentu.
Percepatan (sudut dan linier)
Menunjukkan dengan hukum apa dan seberapa intensif parameter kecepatan tubuh berubah.
Mungkin, ini dia - elemen utama kinematika titik material. Perlu dicatat bahwa baik kecepatan dan percepatan adalah besaran vektor. Dan ini berarti bahwa mereka tidak hanya memiliki beberapa nilai indikatif, tetapi juga arah tertentu. Ngomong-ngomong, mereka dapat diarahkan baik ke satu arah maupun ke arah yang berlawanan. Dalam kasus pertama, tubuh akan berakselerasi, yang kedua akan melambat.
Tugas sederhana
Kinematika titik material (kecepatan, percepatan, dan jarak yang merupakan konsep dasar praktis) tidak hanya mencakup sejumlah besar tugas, tetapi banyak kategori yang berbeda. Mari kita coba memecahkan masalah yang cukup sederhana dengan menentukan jarak yang ditempuh oleh tubuh.
Misalkan kondisi yang kita miliki adalah sebagai berikut. Mobil pengemudi berada di garis start. Operator memberikan lampu hijau dengan bendera, dan mobil tiba-tiba lepas landas. Tentukan apakah dia dapat membuat rekor baru dalam kompetisi pembalap, jika pemimpin berikutnya menempuh jarak seratus meter dalam 7,8 detik. Ambil percepatan mobil sama dengan 3 meter dibagi kuadrat kedua.
Jadi, bagaimana cara mengatasi masalah ini? Cukup menarik, karena kita dituntut untuk tidak “kering” menentukan parameter tertentu. Itu dicerahkan dengan pergantian dan situasi tertentu, yang mendiversifikasi proses pemecahan dan pencarian indikator. Tapi apa yang harus kita pandu sebelum mendekati tugas?
1. Kinematika titik material menyediakan penggunaan percepatan dalam kasus ini.
2. Solusinya diasumsikan menggunakan rumus jarak, karena nilai numeriknya muncul dalam kondisi.
Masalahnya sebenarnya diselesaikan dengan cukup sederhana. Untuk melakukan ini, kami mengambil rumus jarak: S=VoT + (-) AT ^ 2/2. Apa intinya? Kita perlu mencari tahu berapa lama pengendara akan menempuh jarak yang ditentukan, dan kemudian membandingkan angka itu dengan catatan untuk mengetahui apakah dia mengalahkannya atau tidak. Untuk melakukan ini, alokasikan waktu, kami memperoleh rumusuntuk dia: AT^2 + 2VoT - 2S. Ini tidak lebih dari persamaan kuadrat. Tetapi mobil lepas landas, yang berarti bahwa kecepatan awalnya adalah 0. Saat menyelesaikan persamaan, diskriminannya sama dengan 2400. Untuk mencari waktu, Anda perlu mengambil akarnya. Mari kita lakukan ke tempat desimal kedua: 48,98 Temukan akar persamaan: 48,98/6=8,16 detik. Ternyata sang pembalap tidak akan bisa mengalahkan rekor yang ada.
