Что изучает кинематика? Понятия, величины и задача

Что изучает кинематика? С этим вопросом почти сразу же сталкиваются ученики седьмых классов, только начиная изучение физики. Сегодня мы поговорим о том, что изучает кинематика, какие понятия в ней являются наиболее важными. Рассмотрим случаи и основы этого раздела физики, разберемся с тем, какие формулы в ней можно применять и в каких случаях это следует делать.

Что изучает механика, кинематика, динамика?

Прежде всего давайте проведем, так сказать, демаркационные линии между этими тремя понятиями. Механика является одним из физических разделов. О ней можно сказать, что сама механика занимается изучением законов перемещения тел. Но подобные определения читатель может встретить и тогда, когда речь идет о кинематике с динамикой.

Так в чем же разница?

Давайте попробуем для начала разобраться с тем, что изучает кинематика и что эта наука собой представляет. По сути дела, кинематика никогда не была самостоятельной. Она есть не что иное, как раздел механики. Всего их три: кинематика, динамика и статика. Все эти три раздела одинаково относятся к механической категории, то есть изучают взаимодействия тел и особенности их перемещения. Однако каждая из них имеет характерные особенности.

Тонкости этих разделов

Кинематика, наверное, является наиболее интересным разделом с точки зрения решения задач. Огромное множество комбинаторных решений, действительно огромный простор для их планирования – все это становится краеугольными камнями, на которых базируется популярность кинематики. Кстати, открыв даже тесты для подготовки к экзамену в 9-ом классе, мы сразу же можем наткнуться на простые примеры. Говоря о том, что изучает кинематика, можем упомянуть, что она рассматривает особенности движения тел без учета сил взаимодействий.

Немного сложнее дело обстоит с таким разделом механики, как динамика. В ней также рассматривается движение тел и фигурируют соответствующие величины. Это, например, скорость движения, расстояние, время. Но появляется и ряд сторонних терминов. Здесь простыми законами движения не отделаешься, придется рассматривать механическую систему с учетом сил, действующих на то или иное тело. А вот статика уже изучает правила равновесия в механических системах. Там появляются не просто тела, а рычаги и прочие элементы.

Что составляет основу кинематики?

Итак, мы выяснили, что кинематика изучает движение тел без оглядки на силы, которые действуют на материальные точки. Но что же легло в основу этого раздела механики, кроме основных законов? Понятия и определения - это, конечно, хорошо, но ведь одной теорией при решении задач мы не сможем пользоваться. По крайней мере, чтобы достичь положительного или итогового результата, нам придется прибегнуть к формулам. А чтобы это сделать, сначала разберемся с величинами, которые в них будут фигурировать.

Основные величины, используемые в задачах по кинематике

Для начала хотим напомнить читателям, что они могут иметь неординарный характер. Давайте начнем с простой величины, которую мы называем расстоянием. Это скалярная величина. То есть имеющая только определенное значение. Три метра, на которые откатился мячик. 25 метров, которые проплыл спортсмен. Десять километров, пройденные человеком за целый день. Все это – численные значения величины, которую мы называем расстоянием.

Чуть по-другому дело обстоит со скоростью и ускорением, которые в кинематике (да и вообще) имеют двоякую природу. С одной стороны, мы можем дать скорости численное значение. Пусть это будет пять, десять, двадцать метров в секунду. Но ведь скорость имеет и направление. Оно совпадает с направлением движения тела, это ведь очевидно. Аналогично дело обстоит и с ускорением. Однако скорость и ускорение могут быть направлены в разные стороны. При этом тело будет замедляться. Представьте себе, что автомобиль только начинает ехать, с каждой секундой набирая скорость. При этом скорость и ускорение направлены в одну сторону, за счет чего скорость тела увеличивается с каждой секундой. А вот когда происходит торможение, вектора становятся направленными в разные стороны.

Видео: Решение задач по теме Основы кинематики

Кинематика – раздел механики, изучающий движение тел. Но каким может быть изучение, если мы не будем использовать для этого временные интервалы? Вот она – еще одна величина, используемая для решения задач и описания законов в этом разделе физики. Она, наряду с расстоянием, ускорением и скоростью, входит в некоторые формулы, наиболее часто используемые для приведения решений. Давайте рассмотрим достаточно простую задачу на эту тему, чтобы окончательно закрепить на практике полученную ранее в ходе статьи теорию.

Задача

Видео: Кинематика - Анализ графиков (практика)

Для проверки характеристик автомобиля выделяют стометровый отрезок идеальной дороги. Известно, что его ускорение равно пяти метрам на секунду в квадрате. Узнайте, за какое время автомобиль сможет пройти указанное расстояние, приняв во внимание то, что движение начинается из состояния покоя.

Итак, поскольку кинематика - это раздел механики, изучающий законы движения тел, мы будем пользоваться соответствующими формулами. В общем случае она выглядит так: S = V_oT +(-)(at^2)/2. Но мы для нашей задачи проведем изменение вида. Сказано, что движение начинается из состояния покоя. Значит, начальная скорость равна нулю. Следовательно, произведение скорости на время V_oT будет равно нулю. Раз уж автомобиль разгоняется, для формулы свойственен знак &ldquo-+&rdquo-. В итоге она примет следующий вид: S = (at^2)/2.

Следующим делом выразим квадрат времени. Для этого умножим обе части полученного уравнения на двойку, чтобы переписать его в строчку. А теперь поделим удвоенное расстояние на ускорение. Последним шагом для выражения станет извлечение квадратного корня из этого выражения. Ну вот, мы максимально упростили формулу. Теперь она выглядит так: T = sqrt(2S/a). Остается только подставить числа. В итоге получим, что автомобиль прошел данное расстояние за время, равное примерно 6,32 секунды.