Apa itu kinematika? Untuk pertama kalinya, siswa sekolah menengah mulai mengenal definisinya dalam pelajaran fisika. Mekanika (kinematika adalah salah satu cabangnya) sendiri merupakan bagian besar dari ilmu ini. Biasanya disajikan kepada siswa terlebih dahulu dalam buku teks. Seperti yang kami katakan, kinematika adalah subbagian dari mekanika. Tapi karena kita sedang membicarakan dia, mari kita bicarakan ini lebih detail.
Mekanika sebagai bagian dari fisika
Kata "mekanika" sendiri berasal dari bahasa Yunani dan secara harfiah diterjemahkan sebagai seni membuat mesin. Dalam fisika, ini dianggap sebagai bagian yang mempelajari pergerakan benda-benda yang disebut benda-benda material dalam ruang berukuran berbeda (yaitu, gerakan dapat terjadi dalam satu bidang, pada kisi koordinat bersyarat, atau dalam ruang tiga dimensi.). Studi tentang interaksi antara titik material adalah salah satu tugas yang dilakukan mekanik (kinematika adalah pengecualian untuk aturan ini, karena ia terlibat dalam pemodelan dan analisis situasi alternatif tanpa memperhitungkan dampak parameter gaya). Dengan semua ini, perlu dicatat bahwa cabang fisika yang sesuaiberarti dengan gerakan perubahan posisi tubuh dalam ruang dari waktu ke waktu. Definisi ini berlaku tidak hanya untuk titik material atau tubuh secara keseluruhan, tetapi juga untuk bagian-bagiannya.
Konsep kinematika
Nama bagian fisika ini juga berasal dari bahasa Yunani dan secara harfiah diterjemahkan sebagai "bergerak". Dengan demikian, kami mendapatkan jawaban awal yang belum benar-benar terbentuk untuk pertanyaan tentang apa itu kinematika. Dalam hal ini, kita dapat mengatakan bahwa bagian ini mempelajari metode matematika untuk menggambarkan jenis gerak tertentu dari benda yang diidealkan secara langsung. Kita berbicara tentang apa yang disebut benda yang benar-benar padat, tentang cairan ideal, dan, tentu saja, tentang titik material. Sangat penting untuk diingat bahwa ketika menerapkan deskripsi, penyebab gerakan tidak diperhitungkan. Artinya, parameter seperti massa tubuh atau gaya yang mempengaruhi sifat gerakannya tidak dipertimbangkan.
Dasar-dasar kinematika
Mereka mencakup konsep seperti waktu dan ruang. Sebagai salah satu contoh paling sederhana, kita dapat menyebutkan situasi di mana, katakanlah, sebuah titik material bergerak sepanjang lingkaran dengan radius tertentu. Dalam hal ini, kinematika akan menghubungkan keberadaan wajib dari kuantitas seperti percepatan sentripetal, yang diarahkan sepanjang vektor dari tubuh itu sendiri ke pusat lingkaran. Artinya, vektor percepatan setiap saat akan bertepatan dengan jari-jari lingkaran. Tetapi bahkan dalam kasus ini (denganpercepatan sentripetal) kinematika tidak akan menunjukkan sifat gaya yang menyebabkannya muncul. Ini sudah merupakan tindakan yang diurai oleh dinamika.
Seperti apa kinematika?
Jadi, sebenarnya kami memberikan jawaban untuk apa itu kinematika. Ini adalah cabang mekanika yang mempelajari bagaimana menggambarkan gerakan benda yang diidealkan tanpa mempelajari parameter gaya. Sekarang mari kita bicara tentang apa itu kinematika. Tipe pertama adalah klasik. Merupakan kebiasaan untuk mempertimbangkan karakteristik spasial dan temporal absolut dari jenis gerakan tertentu. Dalam peran yang pertama, panjang segmen muncul, dalam peran yang terakhir, interval waktu. Dengan kata lain, kita dapat mengatakan bahwa parameter ini tetap independen dari pilihan sistem referensi.
Relativistik
Jenis kinematika kedua adalah relativistik. Di dalamnya, antara dua peristiwa yang bersesuaian, karakteristik temporal dan spasial dapat berubah jika transisi dibuat dari satu kerangka acuan ke kerangka acuan lainnya. Keserempakan asal mula dua peristiwa dalam hal ini juga mengambil karakter relatif eksklusif. Dalam kinematika semacam ini, dua konsep terpisah (dan kita berbicara tentang ruang dan waktu) bergabung menjadi satu. Di dalamnya, kuantitas, yang biasanya disebut interval, menjadi invarian dalam transformasi Lorentzian.
Sejarah penciptaan kinematika
Kitaberhasil memahami konsep dan memberikan jawaban atas pertanyaan apa itu kinematika. Tapi bagaimana sejarah kemunculannya sebagai bagian dari mekanika? Inilah yang perlu kita bicarakan sekarang. Untuk waktu yang cukup lama, semua konsep subbagian ini didasarkan pada karya-karya yang ditulis oleh Aristoteles sendiri. Mereka berisi pernyataan yang relevan bahwa kecepatan tubuh saat jatuh berbanding lurus dengan indikator numerik berat tubuh tertentu. Disebutkan juga bahwa penyebab gerakan itu secara langsung adalah kekuatan, dan jika tidak ada, tidak ada pembicaraan tentang gerakan apa pun.
Eksperimen Galileo
Ilmuwan terkenal Galileo Galilei menjadi tertarik pada karya Aristoteles pada akhir abad keenam belas. Dia mulai mempelajari proses jatuh bebas dari tubuh. Bisa disebutkan eksperimennya di Menara Miring Pisa. Ilmuwan juga mempelajari proses inersia benda. Pada akhirnya, Galileo berhasil membuktikan bahwa Aristoteles salah dalam karya-karyanya, dan dia membuat sejumlah kesimpulan yang keliru. Dalam buku yang sesuai, Galileo menguraikan hasil pekerjaan yang dilakukan dengan bukti kesalahan kesimpulan Aristoteles.
Kinematika modern sekarang dianggap berasal dari Januari 1700. Kemudian Pierre Varignon berbicara di depan Akademi Ilmu Pengetahuan Prancis. Dia juga membawa konsep pertama akselerasi dan kecepatan, menulis dan menjelaskannya dalam bentuk diferensial. Beberapa saat kemudian, Ampere juga mencatat beberapa ide kinematik. Pada abad kedelapan belas ia digunakan dalam kinematika yang disebutkalkulus variasi. Teori relativitas khusus, yang diciptakan lebih belakangan, menunjukkan bahwa ruang, seperti waktu, tidak mutlak. Pada saat yang sama, ditunjukkan bahwa kecepatan pada dasarnya dapat dibatasi. Fondasi inilah yang mendorong kinematika berkembang dalam kerangka dan konsep yang disebut mekanika relativistik.
Konsep dan besaran yang digunakan pada bagian
Dasar-dasar kinematika mencakup beberapa besaran yang digunakan tidak hanya dalam istilah teoretis, tetapi juga terjadi dalam rumus praktis yang digunakan dalam pemodelan dan pemecahan berbagai masalah tertentu. Mari berkenalan dengan jumlah dan konsep ini secara lebih rinci. Mari kita mulai dengan yang terakhir.
1) Gerakan mekanis. Ini didefinisikan sebagai perubahan posisi spasial dari tubuh ideal tertentu relatif terhadap yang lain (titik material) selama perubahan interval waktu. Pada saat yang sama, tubuh yang disebutkan memiliki kekuatan interaksi yang sesuai satu sama lain.
2) Sistem referensi. Kinematika, yang telah kita definisikan sebelumnya, didasarkan pada penggunaan sistem koordinat. Adanya variasinya merupakan salah satu syarat mutlak (syarat kedua adalah penggunaan alat atau sarana untuk mengukur waktu). Secara umum, kerangka acuan diperlukan untuk deskripsi yang sukses dari satu atau jenis gerakan lainnya.
3) Koordinat. Menjadi indikator imajiner bersyarat, terkait erat dengan konsep sebelumnya (kerangka referensi), koordinat tidak lebih dari sebuah metode dimana posisi tubuh ideal diruang angkasa. Dalam hal ini, angka dan karakter khusus dapat digunakan untuk deskripsi. Koordinat sering digunakan oleh pengintai dan penembak.
4) Vektor radius. Ini adalah kuantitas fisik yang digunakan dalam praktik untuk mengatur posisi tubuh yang diidealkan dengan memperhatikan posisi semula (dan tidak hanya). Sederhananya, titik tertentu diambil dan ditetapkan untuk konvensi. Paling sering ini adalah asal koordinat. Jadi, setelah itu, katakanlah, sebuah benda yang diidealkan dari titik ini mulai bergerak di sepanjang lintasan arbitrer bebas. Kapan saja, kita dapat menghubungkan posisi benda ke titik asal, dan garis lurus yang dihasilkan tidak lebih dari vektor radius.
5) Bagian kinematika menggunakan konsep lintasan. Ini adalah garis kontinu biasa, yang dibuat selama gerakan tubuh ideal selama gerakan bebas sewenang-wenang di ruang dengan ukuran berbeda. Lintasannya masing-masing bisa bujursangkar, melingkar dan putus.
6) Kinematika tubuh terkait erat dengan kuantitas fisik seperti kecepatan. Sebenarnya, ini adalah besaran vektor (sangat penting untuk diingat bahwa konsep besaran skalar hanya berlaku untuk itu dalam situasi luar biasa), yang akan mencirikan kecepatan perubahan posisi benda yang diidealkan. Ini dianggap sebagai vektor karena fakta bahwa kecepatan menentukan arah gerakan yang sedang berlangsung. Untuk menggunakan konsep tersebut, Anda harus menerapkan kerangka acuan, seperti yang disebutkan sebelumnya.
7) Kinematika, definisi yang menceritakan tentangbahwa tidak mempertimbangkan penyebab yang menyebabkan gerakan, dalam situasi tertentu juga mempertimbangkan percepatan. Ini juga merupakan besaran vektor, yang menunjukkan seberapa intensif vektor kecepatan dari benda yang diidealkan akan berubah dengan alternatif (paralel) perubahan dalam satuan waktu. Mengetahui pada saat yang sama ke arah mana kedua vektor - kecepatan dan percepatan - diarahkan, kita dapat mengatakan tentang sifat gerakan tubuh. Itu dapat dipercepat secara seragam (vektornya sama) atau lambat secara seragam (vektornya berlawanan arah).
8) Kecepatan sudut. besaran vektor lainnya. Pada prinsipnya, definisinya bertepatan dengan definisi analog yang kami berikan sebelumnya. Faktanya, satu-satunya perbedaan adalah bahwa kasus yang dipertimbangkan sebelumnya terjadi ketika bergerak di sepanjang lintasan bujursangkar. Di sini kita memiliki gerakan melingkar. Itu bisa berupa lingkaran yang rapi, dan juga elips. Konsep serupa diberikan untuk percepatan sudut.
Fisika. Kinematika. Rumus
Untuk memecahkan masalah praktis yang berkaitan dengan kinematika benda ideal, ada daftar lengkap berbagai rumus. Mereka memungkinkan Anda untuk menentukan jarak yang ditempuh, sesaat, kecepatan akhir awal, waktu di mana tubuh telah melewati jarak ini atau itu, dan banyak lagi. Kasus aplikasi yang terpisah (pribadi) adalah situasi dengan simulasi jatuh bebas tubuh. Di dalamnya, percepatan (dilambangkan dengan huruf a) diganti dengan percepatan gravitasi (huruf g, secara numerik sama dengan 9,8 m/s^2).
Jadi apa yang kami temukan? Fisika - kinematika (rumusnyaditurunkan dari satu sama lain) - bagian ini digunakan untuk menggambarkan gerakan benda yang diidealkan tanpa memperhitungkan parameter gaya yang menjadi penyebab gerakan yang sesuai. Pembaca selalu dapat berkenalan dengan topik ini secara lebih rinci. Fisika (topik "kinematika") sangat penting, karena itulah yang memberikan konsep dasar mekanika sebagai bagian global dari ilmu yang sesuai.
