El tema de nuestro artículo de hoy será la cinemática de un punto material. ¿Que es todo esto? ¿Qué conceptos aparecen en él y qué definición se le debe dar a este término? Intentaremos responder a estas y muchas otras preguntas hoy.
Definición y concepto
La cinemática de un punto material no es más que una subsección de la física llamada "mecánica". Ella, a su vez, estudia los patrones de movimiento de ciertos cuerpos. La cinemática de un punto material también se ocupa de este problema, pero no lo hace de forma general. De hecho, esta subsección estudia métodos que le permiten describir el movimiento de los cuerpos. En este caso, solo los llamados cuerpos idealizados son adecuados para la investigación. Estos incluyen: un punto material, un cuerpo absolutamente rígido y un gas ideal. Consideremos los conceptos con más detalle. Todos sabemos por el banco de la escuela que es costumbre llamar cuerpo a un punto material, cuyas dimensiones en una situación dada pueden despreciarse. Por cierto, la cinemática del movimiento de traslación de un punto material por primera vez comienzaaparecen en los libros de texto de física de séptimo grado. Esta es la rama más simple, por lo que es más conveniente comenzar a familiarizarse con la ciencia con su ayuda. Una pregunta aparte es cuáles son los elementos de la cinemática de un punto material. Hay muchos de ellos, y condicionalmente se pueden dividir en varios niveles con diferente complejidad para su comprensión. Si hablamos, por ejemplo, del radio vector, entonces, en principio, no hay nada prohibitivamente complicado en su definición. Sin embargo, estará de acuerdo en que será mucho más fácil de entender para un estudiante que para un estudiante de secundaria o preparatoria. Y para ser honesto, no hay necesidad de explicar las características de este término a los estudiantes de secundaria.
Una breve historia de la creación de la cinemática
Hace muchos, muchos años, el gran científico Aristóteles dedicó la mayor parte de su tiempo libre al estudio y descripción de la física como una ciencia separada. También trabajó la cinemática, tratando de exponer sus principales tesis y conceptos, utilizados de una forma u otra en el intento de resolver problemas prácticos e incluso cotidianos. Aristóteles dio las ideas iniciales sobre cuáles son los elementos de la cinemática de un punto material. Sus obras y obras son muy valiosas para toda la humanidad. Sin embargo, en sus conclusiones cometió un número considerable de errores, y la razón de esto fueron ciertos conceptos erróneos y errores de cálculo. En un momento, otro científico, Galileo Galilei, se interesó en las obras de Aristóteles. Una de las tesis fundamentales planteadas por Aristóteles fue que el movimiento de un cuerpoocurre sólo si sobre él actúa alguna fuerza, determinada por la intensidad y la dirección. Galileo probó que esto era un error. La fuerza afectará el parámetro de velocidad de movimiento, pero no más. El italiano demostró que la fuerza es la causa de la aceleración, y sólo puede surgir mutuamente con ella. Además, Galileo Galilei prestó considerable atención al estudio del proceso de caída libre, derivando los patrones apropiados. Probablemente todos recuerden sus famosos experimentos, que realizó en la Torre Inclinada de Pisa. El físico Ampère también utilizó los fundamentos de las soluciones cinemáticas en sus obras.
Conceptos iniciales
Como se mencionó anteriormente, la cinemática es el estudio de las formas de describir el movimiento de objetos idealizados. En este caso, los conceptos básicos de análisis matemático, álgebra ordinaria y geometría se pueden aplicar en la práctica. Pero, ¿qué conceptos (precisamente conceptos, y no definiciones de cantidades paramétricas) subyacen en esta subsección de la física? Primero, todos deben entender claramente que la cinemática del movimiento de traslación de un punto material considera el movimiento sin tener en cuenta los indicadores de fuerza. Es decir, para resolver los problemas correspondientes, no necesitamos fórmulas relacionadas con la fuerza. La cinemática no lo tiene en cuenta, sin importar cuántos sean: uno, dos, tres, al menos varios cientos de miles. Sin embargo, todavía se proporciona la existencia de aceleración. En varios problemas, la cinemática del movimiento de un punto material prescribe determinar la magnitud de la aceleración. Sin embargo, las causas de este fenómeno (es decir, las fuerzas ysu naturaleza) no se consideran sino que se omiten.
Clasificación
Descubrimos que la cinemática explora y aplica métodos para describir el movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta las fuerzas que actúan sobre ellos. Por cierto, otra subsección de la mecánica, que se llama dinámica, se ocupa de esa tarea. Ya allí se aplican las leyes de Newton, que permiten en la práctica determinar bastantes parámetros con una pequeña cantidad de datos iniciales conocidos. Los conceptos básicos de la cinemática de un punto material son el espacio y el tiempo. Y en relación con el desarrollo de la ciencia tanto en general como en esta área, surgió la pregunta sobre la idoneidad de usar tal combinación.
Desde el principio hubo cinemática clásica. Podemos decir que se caracteriza no sólo por la presencia de desfases tanto temporales como espaciales, sino también por su independencia respecto a la elección de uno u otro marco de referencia. Por cierto, hablaremos de esto un poco más tarde. Ahora vamos a explicar de lo que estamos hablando. En este caso, un segmento se considerará un intervalo espacial y un intervalo de tiempo se considerará un intervalo temporal. Todo parece estar claro. Por tanto, estos huecos serán considerados en la cinemática clásica como absolutos, invariantes, es decir, independientes del paso de un marco de referencia a otro. Ya sea cinemática relativista de negocios. En él, las brechas durante la transición entre los sistemas de referencia pueden cambiar. Incluso sería más correcto decir que no pueden, pero probablemente deben hacerlo. Por ello, la simultaneidad de los doslos eventos aleatorios también se vuelven relativos y sujetos a una consideración especial. Es por eso que en la cinemática relativista dos conceptos, espacio y tiempo, se combinan en uno.
Cinemática de un punto material: velocidad, aceleración y otras magnitudes
Para comprender al menos un poco esta subsección de la física, debe navegar por los conceptos más importantes, conocer las definiciones e imaginar qué es esta o aquella cantidad en términos generales. No hay nada difícil en esto, de hecho, todo es muy fácil y simple. Considere, quizás, para empezar, los conceptos básicos utilizados en los problemas de cinemática.
Movimiento
Movimiento mecánico consideraremos el proceso durante el cual uno u otro objeto idealizado cambia su posición en el espacio. En este caso, podemos decir que el cambio se produce en relación con otros cuerpos. También es necesario tener en cuenta el hecho de que el establecimiento de un cierto intervalo de tiempo entre dos eventos ocurre simultáneamente. Por ejemplo, será posible aislar un cierto intervalo formado durante el tiempo transcurrido entre la llegada del cuerpo de una posición a otra. También notamos que los cuerpos en este caso pueden interactuar entre sí y lo harán, de acuerdo con las leyes generales de la mecánica. Esto es exactamente con lo que opera con mayor frecuencia la cinemática de un punto material. El sistema de referencia es el siguiente concepto que está indisolublemente ligado a él.
Coordenadas
Se les puede llamar datos ordinarios que te permiten determinar la posición del cuerpo en un momento u otro. Las coordenadas están indisolublemente unidas al concepto de sistema de referencia, así como a la cuadrícula de coordenadas. La mayoría de las veces son una combinación de letras y números.
Vector de radio
Por el nombre ya debería estar claro de qué se trata. Sin embargo, hablemos de esto con más detalle. Si un punto se mueve a lo largo de una determinada trayectoria y sabemos exactamente el comienzo de un sistema de referencia particular, entonces podemos dibujar un radio vector en cualquier momento. Conectará la posición inicial del punto con la posición instantánea o final.
Trayectoria
Se llamará línea continua, la que se traza como resultado del movimiento de un punto material en un sistema de referencia particular.
Velocidad (tanto lineal como angular)
Este es un valor que puede indicar qué tan rápido el cuerpo recorre un intervalo de distancia particular.
Aceleración (tanto angular como lineal)
Muestra por qué ley y con qué intensidad cambia el parámetro de velocidad del cuerpo.
Quizás, aquí están - los elementos principales de la cinemática de un punto material. Cabe señalar que tanto la velocidad como la aceleración son cantidades vectoriales. Y esto significa que no solo tienen algún valor indicativo, sino también una dirección determinada. Por cierto, se pueden dirigir tanto en una dirección como en direcciones opuestas. En el primer caso, el cuerpo acelerará, en el segundo disminuirá la velocidad.
Tareas sencillas
La cinemática de un punto material (velocidad, aceleración y distancia en los que son conceptos prácticamente fundamentales) incluye no sólo una enorme cantidad de tareas, sino muchas de sus diferentes categorías. Intentemos resolver un problema bastante simple determinando la distancia recorrida por el cuerpo.
Supongamos que las condiciones que tenemos a mano son las siguientes. El coche del conductor está en la línea de salida. El operador da el visto bueno con la bandera y el coche despega bruscamente. Determinar si puede establecer un nuevo récord en la competencia de corredores, si el próximo líder cubrió una distancia de cien metros en 7.8 segundos. Tome la aceleración del automóvil igual a 3 metros divididos por un segundo al cuadrado.
Entonces, ¿cómo resolver este problema? Es bastante interesante, ya que estamos obligados a no “secar” determinar ciertos parámetros. Se anima con pérdidas de balón y una determinada situación, lo que diversifica el proceso de resolución y búsqueda de indicadores. Pero, ¿por qué debemos guiarnos antes de abordar la tarea?
1. La cinemática de un punto material prevé el uso de la aceleración en este caso.
2. La solución se asume mediante la fórmula de la distancia, ya que su valor numérico aparece en las condiciones.
El problema se resuelve de forma muy sencilla. Para ello, tomamos la fórmula de la distancia: S=VoT + (-) AT^2/2. ¿Cual es el punto? Necesitamos averiguar cuánto tiempo cubrirá el ciclista la distancia designada y luego comparar la cifra con el récord para saber si lo supera o no. Para ello, asignar tiempo, obtenemos la fórmulapara él: AT^2 + 2VoT - 2S. Esto no es más que una ecuación cuadrática. Pero el automóvil despega, lo que significa que la velocidad inicial será 0. Al resolver la ecuación, el discriminante será igual a 2400. Para encontrar el tiempo, debes sacar la raíz. Hagámoslo al segundo decimal: 48,98 Encuentra la raíz de la ecuación: 48,98/6=8,16 segundos. Resulta que el conductor no podrá batir el récord existente.
