Кинематика

Мы объясним, что такое кинематика и каково происхождение этой отрасли физики. Элементы кинематики и примеры применения

Что такое кинематика?

Кинематика – это раздел физики , который изучает движение твердых объектов и их траекторию как функцию времени , не принимая во внимание происхождение сил, которые его вызывают. Для этого учитывается скорость (изменение перемещения в единицу времени ) и ускорение (изменение скорости) движущегося объекта

Истоки кинематики восходят к древней астрономии , когда астрономы и философы, такие как Галилео Галилей, наблюдали движение сфер в наклонных плоскостях и в свободном падении, чтобы понять движение небесных тел. Эти исследования, наряду с исследованиями Николая Коперника, Тихо Браге и Иоганна Кеплера, послужили Исааку Ньютону основой для формулировки трех законов движения , и вместе они основали современную кинематику в начале 18 века

Вклад французов Жана Ле Ронда д’Алембера, Леонгарда Эйлера и Андре-Мари Ампера был ключевым в становлении этой дисциплины , названной самим Ампером кинематикой (от греч. kinéin – перемещать, двигать)

Гораздо позже Альберт Эйнштейн постулировал относительность, перевернув эту дисциплину с ног на голову и установив релятивистскую кинематику, в которой время и пространство не являются абсолютными измерениями, как и скорость света

Вы можете найти это полезным: Инерция

Элементы кинематики

Основных элементов кинематики три: пространство, время и подвижный элемент. Мы должны принять во внимание, что в классической механике первые два (время и пространство) являются абсолютными измерениями, независимыми от подвижного и предшествующими его существованию

Пространство описывается евклидовой геометрией, время считается уникальным в любой области вселенной , а мобильным может быть любое движущееся тело. Простейшими движителями являются частицы (и их изучение открывает область кинематики частиц), но чаще рассматриваются жесткие твердые тела (аналоги системы частиц и соответствующие тому, что мы знаем как тела или объекты)

В этом смысле классическая кинематика рассматривает следующие виды движения:

• Равномерное прямолинейное движение. Тело движется с постоянной скоростью v с нулевым ускорением по прямой.
• Равномерно ускоренное прямолинейное движение . Тело движется с линейно изменяющейся скоростью (поскольку его ускорение постоянно) с течением времени.
• Простое гармоническое движение. Периодическое движение вперед-назад, при котором тело колеблется вокруг точки равновесия в заданном направлении и за равные единицы времени.
• параболическое движение. Состав из двух различных прямолинейных движений: одно горизонтальное с постоянной скоростью, другое вертикальное с равномерным ускорением.
• Равномерное круговое движение. Как видно из названия, это движение, которое прочерчивает на своем пути идеальные круги, сохраняя модуль своей скорости неизменным во времени.
• Равномерно ускоренное круговое движение. Это движение, которое прочерчивает на своем пути идеальные круги, но со скоростью, изменяющейся по модулю во времени.
• Сложное гармоническое движение. Это комбинация нескольких простых гармонических движений в разных направлениях.

Примеры кинематики

Стрелки часов иллюстрируют равномерное круговое движение.

Большинство известных движений на лице Земли являются хорошими примерами кинематических исследований. Например, падение тела – это движение, равномерно ускоряемое силой тяжести , которую Земля оказывает на все объекты. Эта сила – то, что мы называем весом , и она направлена к центру планеты

Другой пример – тело, подвешенное на упругом стержне , например, пружина, движение которой будет простым или сложным гармоническим в зависимости от сил, которые мы на нее воздействуем

Наконец, движение стрелок часов или свободного предмета внутри центрифуги (например, одежды в стиральной машине) позволяет проиллюстрировать равномерное или ускоренное круговое движение, соответственно