¿Cuáles son los conceptos básicos de la cinemática? ¿Qué es esta ciencia y qué estudia? Hoy hablaremos sobre qué es la cinemática, qué conceptos básicos de la cinemática tienen lugar en las tareas y qué significan. Además, hablemos de las cantidades con las que tratamos más a menudo.
Cinemática. Conceptos básicos y definiciones
Primero, hablemos de qué se trata. Una de las secciones de física más estudiadas en el curso escolar es la mecánica. Le siguen en un orden indefinido la física molecular, la electricidad, la óptica y algunas otras ramas, como, por ejemplo, la física nuclear y atómica. Pero echemos un vistazo más de cerca a la mecánica. Esta rama de la física se ocupa del estudio del movimiento mecánico de los cuerpos. Establece algunos patrones y estudia sus métodos.
La cinemática como parte de la mecánica
Esta última se divide en tres partes: cinemática, dinámica y estática. Estas tres subciencias, si se les puede llamar así, tienen algunas peculiaridades. Por ejemplo, la estática estudia las reglas para el equilibrio de los sistemas mecánicos. Inmediatamente me viene a la mente una asociación con las escalas. La dinámica estudia las leyes del movimiento de los cuerpos, pero al mismo tiempo presta atención a las fuerzas que actúan sobre ellos. Pero la cinemática hace lo mismo, solo que no se tienen en cuenta las fuerzas. En consecuencia, la masa de esos mismos cuerpos no se tiene en cuenta en las tareas.
Conceptos básicos de cinemática. Movimiento mecánico
El tema en esta ciencia es un punto material. Se entiende como un cuerpo cuyas dimensiones, en comparación con cierto sistema mecánico, pueden despreciarse. Este llamado cuerpo idealizado es similar a un gas ideal, que se considera en la sección de física molecular. En general, el concepto de punto material, tanto en la mecánica en general como en la cinemática en particular, juega un papel bastante importante. El llamado movimiento de traslación más comúnmente considerado.
¿Qué significa y qué podría ser?
Por lo general, los movimientos se dividen en rotacionales y traslacionales. Los conceptos básicos de la cinemática del movimiento de traslación se relacionan principalmente con las cantidades utilizadas en las fórmulas. Hablaremos de ellos más adelante, pero por ahora volvamos al tipo de movimiento. Está claro que si estamos hablando de rotación, entonces el cuerpo está girando. En consecuencia, el movimiento de traslación se denominará movimiento del cuerpo en un plano o linealmente.
Bases teóricas para la resolución de problemas
La cinemática, cuyos conceptos básicos y fórmulas estamos considerando ahora, tiene una gran cantidad de tareas. Esto se logra a través de la combinatoria habitual. Un método de diversidad aquí es cambiar las condiciones desconocidas. Un mismo problema puede presentarse bajo una luz diferente simplemente cambiando el propósito de su solución. Se requiere encontrar distancia, velocidad, tiempo, aceleración. Como puedes ver, hay un montón de opciones. Si incluimos aquí las condiciones de caída libre, el espacio se vuelve simplemente inimaginable.
Valores y fórmulas
Primero que nada, hagamos una reserva. Como es sabido, las cantidades pueden tener una naturaleza dual. Por un lado, un cierto valor numérico puede corresponder a un cierto valor. Pero por otro lado, también puede tener una dirección de distribución. Por ejemplo, una ola. En óptica, nos enfrentamos a un concepto como longitud de onda. Pero si hay una fuente de luz coherente (el mismo láser), entonces estamos ante un haz de ondas polarizadas planas. Así, la onda corresponderá no sólo a un valor numérico que indica su longitud, sino también a una determinada dirección de propagación.
Ejemplo clásico
Estos casos son una analogía en mecánica. Digamos que un carrito está rodando frente a nosotros. Porla naturaleza del movimiento, podemos determinar las características del vector de su velocidad y aceleración. Será un poco más difícil hacer esto al avanzar (por ejemplo, en un piso plano), por lo que consideraremos dos casos: cuando el carrito sube y cuando baja.
Así que imaginemos que el carrito sube por una ligera pendiente. En este caso, se ralentizará si no actúan fuerzas externas sobre él. Pero en la situación inversa, es decir, cuando el carro rueda hacia abajo, acelerará. La velocidad en dos casos se dirige hacia donde se mueve el objeto. Esto debe tomarse como una regla. Pero la aceleración puede cambiar el vector. Al desacelerar, se dirige en la dirección opuesta al vector de velocidad. Esto explica la desaceleración. Se puede aplicar una cadena lógica similar a la segunda situación.
Otros valores
Acabamos de hablar sobre el hecho de que en cinemática operan no solo con cantidades escalares, sino también con cantidades vectoriales. Ahora vamos a dar un paso más allá. Además de la velocidad y la aceleración, al resolver problemas, se utilizan características como la distancia y el tiempo. Por cierto, la velocidad se divide en inicial e instantánea. El primero de ellos es un caso especial del segundo. La velocidad instantánea es la velocidad que se puede encontrar en un momento dado. Y con la inicial, probablemente, todo quede claro.
Tarea
Una gran parte de la teoría fue estudiada por nosotros anteriormente en los párrafos anteriores. Ahora solo queda dar las fórmulas básicas. Pero lo haremos aún mejor: no solo consideraremos las fórmulas, sino que también las aplicaremos al resolver el problema parafinalizar los conocimientos adquiridos. La cinemática utiliza un conjunto completo de fórmulas, combinándolas, puede lograr todo lo que necesita para resolver. Aquí hay un problema con dos condiciones para entender esto completamente.
Un ciclista frena después de cruzar la línea de meta. Le tomó cinco segundos detenerse por completo. Averigüe con qué aceleración redujo la velocidad, así como cuánta distancia de frenado logró cubrir. La distancia de frenado se considera lineal, la velocidad final se toma igual a cero. En el momento de cruzar la meta, la velocidad era de 4 metros por segundo.
En realidad, la tarea es bastante interesante y no tan simple como podría parecer a primera vista. Si tratamos de tomar la fórmula de la distancia en cinemática (S=Vot + (-) (en ^ 2/2)), entonces no saldrá nada, ya que tendremos una ecuación con dos variables. ¿Cómo proceder en tal caso? Podemos hacerlo de dos maneras: primero calcular la aceleración sustituyendo los datos en la fórmula V=Vo - at, o expresar la aceleración a partir de ahí y sustituirla en la fórmula de la distancia. Usemos el primer método.
Entonces, la velocidad final es cero. Inicial - 4 metros por segundo. Al transferir las cantidades correspondientes a los lados izquierdo y derecho de la ecuación, obtenemos una expresión para la aceleración. Aquí está: a=Vo/t. Así, será igual a 0,8 metros por segundo al cuadrado y tendrá carácter de frenado.
Ir a la fórmula de distancia. Simplemente sustituimos datos en él. Obtenemos la respuesta: la distancia de frenado es de 10 metros.
