¿Qué es la cinemática? Por primera vez, los estudiantes de secundaria comienzan a familiarizarse con su definición en las lecciones de física. La mecánica (la cinemática es una de sus ramas) constituye en sí misma gran parte de esta ciencia. Por lo general, se presenta primero a los estudiantes en los libros de texto. Como dijimos, la cinemática es una subsección de la mecánica. Pero como estamos hablando de ella, hablemos de esto con un poco más de detalle.
La mecánica como parte de la física
La palabra "mecánica" en sí es de origen griego y se traduce literalmente como el arte de construir máquinas. En física, se considera una sección que estudia el movimiento de los llamados cuerpos materiales por nosotros en espacios de diferentes tamaños (es decir, el movimiento puede ocurrir en un plano, en una cuadrícula de coordenadas condicional o en un espacio tridimensional). El estudio de la interacción entre puntos materiales es una de las tareas que realiza la mecánica (la cinemática es una excepción a esta regla, ya que se dedica a modelar y analizar situaciones alternativas sin tener en cuenta el impacto de los parámetros de fuerza). Con todo esto, cabe señalar que la rama correspondiente de la físicaSe entiende por movimiento el cambio de posición del cuerpo en el espacio a lo largo del tiempo. Esta definición es aplicable no sólo a los puntos o cuerpos materiales como un todo, sino también a sus partes.
El concepto de cinemática
El nombre de esta sección de física también es de origen griego y se traduce literalmente como "mover". Por lo tanto, obtenemos la respuesta inicial, aún no formada del todo, a la pregunta de qué es la cinemática. En este caso, podemos decir que la sección estudia métodos matemáticos para describir ciertos tipos de movimiento de cuerpos directamente idealizados. Estamos hablando de los llamados cuerpos absolutamente sólidos, de líquidos ideales y, por supuesto, de puntos materiales. Es muy importante recordar que al aplicar la descripción no se tienen en cuenta las causas del movimiento. Es decir, parámetros como la masa corporal o la fuerza que afectan la naturaleza de su movimiento no están sujetos a consideración.
Fundamentos de cinemática
Incluyen conceptos como tiempo y espacio. Como uno de los ejemplos más simples, podemos citar una situación en la que, digamos, un punto material se mueve a lo largo de un círculo de cierto radio. En este caso, la cinemática atribuirá la existencia obligatoria de una cantidad como la aceleración centrípeta, que se dirige a lo largo del vector desde el cuerpo mismo hasta el centro del círculo. Es decir, el vector aceleración en cualquier momento coincidirá con el radio del círculo. Pero incluso en este caso (conaceleración centrípeta) la cinemática no indicará la naturaleza de la fuerza que hizo que apareciera. Estas ya son acciones que la dinámica analiza.
¿Cómo es la cinemática?
Entonces, de hecho, dimos la respuesta a qué es la cinemática. Es una rama de la mecánica que estudia cómo describir el movimiento de objetos idealizados sin estudiar parámetros de fuerza. Ahora hablemos de lo que puede ser la cinemática. Su primer tipo es clásico. Es costumbre considerar las características espaciales y temporales absolutas de un determinado tipo de movimiento. En el papel de los primeros, aparecen las longitudes de los segmentos, en el papel de los segundos, los intervalos de tiempo. En otras palabras, podemos decir que estos parámetros son independientes de la elección del sistema de referencia.
Relativista
El segundo tipo de cinemática es relativista. En él, entre dos eventos correspondientes, las características temporales y espaciales pueden cambiar si se hace una transición de un marco de referencia a otro. La simultaneidad del origen de dos hechos adquiere también en este caso un carácter exclusivamente relativo. En este tipo de cinemática, dos conceptos separados (y estamos hablando de espacio y tiempo) se fusionan en uno. En él, la cantidad, que suele llamarse intervalo, se vuelve invariante bajo las transformaciones de Lorentz.
La historia de la creación de la cinemática
Nosotroslogró entender el concepto y dar una respuesta a la pregunta de qué es la cinemática. Pero, ¿cuál fue la historia de su surgimiento como una subsección de la mecánica? Esto es de lo que tenemos que hablar ahora. Durante mucho tiempo, todos los conceptos de esta subsección se basaron en obras escritas por el propio Aristóteles. Contenían declaraciones relevantes de que la velocidad de un cuerpo durante una caída es directamente proporcional al indicador numérico del peso de un cuerpo en particular. También se mencionó que la causa del movimiento es directamente la fuerza, y en su ausencia, no se puede hablar de movimiento alguno.
Experimentos de Galileo
El famoso científico Galileo Galilei se interesó por las obras de Aristóteles a finales del siglo XVI. Empezó a estudiar el proceso de caída libre del cuerpo. Se pueden mencionar sus experimentos en la Torre Inclinada de Pisa. El científico también estudió el proceso de inercia de los cuerpos. Al final, Galileo logró demostrar que Aristóteles estaba equivocado en sus obras y llegó a una serie de conclusiones erróneas. En el libro correspondiente, Galileo expuso los resultados del trabajo realizado con evidencia de la falacia de las conclusiones de Aristóteles.
Ahora se considera que la cinemática moderna se originó en enero de 1700. Entonces Pierre Varignon habló ante la Academia de Ciencias de Francia. También trajo los primeros conceptos de aceleración y velocidad, escribiéndolos y explicándolos de forma diferencial. Un poco más tarde, Ampere también tomó nota de algunas ideas cinemáticas. En el siglo XVIII utilizó en cinemática el llamadocálculo variacional. La teoría especial de la relatividad, creada incluso más tarde, mostró que el espacio, como el tiempo, no es absoluto. Al mismo tiempo, se señaló que la velocidad podría limitarse fundamentalmente. Son estos fundamentos los que impulsaron a la cinemática a desarrollarse dentro del marco y los conceptos de la llamada mecánica relativista.
Conceptos y cantidades utilizados en la sección
Los fundamentos de la cinemática incluyen varias cantidades que se usan no solo en términos teóricos, sino que también tienen lugar en fórmulas prácticas que se usan para modelar y resolver una cierta variedad de problemas. Conozcamos estas cantidades y conceptos con más detalle. Comencemos con los últimos.
1) Movimiento mecánico. Se define como cambios en la posición espacial de un cierto cuerpo idealizado en relación con otros (puntos materiales) en el curso de cambiar el intervalo de tiempo. Al mismo tiempo, los cuerpos que se mencionan tienen las correspondientes fuerzas de interacción entre sí.
2) Sistema de referencia. La cinemática, que definimos anteriormente, se basa en el uso de un sistema de coordenadas. La presencia de sus variaciones es una de las condiciones necesarias (la segunda condición es el uso de instrumentos o medios para medir el tiempo). En general, un marco de referencia es necesario para la descripción exitosa de uno u otro tipo de movimiento.
3) Coordenadas. Siendo un indicador imaginario condicional, indisolublemente ligado al concepto anterior (marco de referencia), las coordenadas no son más que un método por el cual se determina la posición de un cuerpo idealizado enespacio. En este caso, se pueden utilizar números y caracteres especiales para la descripción. Los exploradores y artilleros suelen utilizar las coordenadas.
4) Vector de radio. Esta es una cantidad física que se usa en la práctica para establecer la posición de un cuerpo idealizado con miras a la posición original (y no solo). En pocas palabras, se toma un cierto punto y se fija por convención. Muy a menudo, este es el origen de las coordenadas. Entonces, después de eso, digamos, un cuerpo idealizado desde este punto comienza a moverse a lo largo de una trayectoria arbitraria libre. En cualquier momento, podemos conectar la posición del cuerpo con el origen, y la línea recta resultante no será más que un radio vector.
5) La sección de cinemática utiliza el concepto de trayectoria. Es una línea continua ordinaria, que se crea durante el movimiento de un cuerpo idealizado durante el movimiento libre arbitrario en un espacio de diferentes tamaños. La trayectoria, respectivamente, puede ser rectilínea, circular y discontinua.
6) La cinemática del cuerpo está indisolublemente ligada a una magnitud física como la velocidad. De hecho, se trata de una cantidad vectorial (es muy importante recordar que el concepto de cantidad escalar se le aplica solo en situaciones excepcionales), que caracterizará la velocidad de cambio en la posición de un cuerpo idealizado. Se considera que es un vector debido al hecho de que la velocidad establece la dirección del movimiento en curso. Para usar el concepto, debe aplicar el marco de referencia, como se mencionó anteriormente.
7) Cinemática, cuya definición habla deque no considera las causas que provocan el movimiento, en determinadas situaciones también considera la aceleración. También es una cantidad vectorial, que muestra con qué intensidad cambiará el vector de velocidad de un cuerpo idealizado con un cambio alternativo (paralelo) en la unidad de tiempo. Sabiendo al mismo tiempo en qué dirección se dirigen ambos vectores, velocidad y aceleración, podemos decir sobre la naturaleza del movimiento del cuerpo. Puede ser uniformemente acelerado (los vectores son iguales) o uniformemente lento (los vectores están en direcciones opuestas).
8) Velocidad angular. Otra cantidad vectorial. En principio, su definición coincide con la análoga que dimos anteriormente. De hecho, la única diferencia es que el caso considerado anteriormente ocurrió al moverse a lo largo de una trayectoria rectilínea. Aquí tenemos un movimiento circular. Puede ser un círculo limpio, así como una elipse. Se da un concepto similar para la aceleración angular.
Física. Cinemática. Fórmulas
Para resolver problemas prácticos relacionados con la cinemática de cuerpos idealizados, hay una lista completa de varias fórmulas. Te permiten determinar la distancia recorrida, la instantánea, la velocidad final inicial, el tiempo durante el cual el cuerpo ha recorrido tal o cual distancia, y mucho más. Un caso separado de aplicación (privado) son situaciones con una caída libre simulada de un cuerpo. En ellos, la aceleración (denotada por la letra a) es reemplazada por la aceleración de la gravedad (letra g, numéricamente igual a 9.8 m/s^2).
Entonces, ¿qué descubrimos? Física - cinemática (cuyas fórmulasderivadas unas de otras): esta sección se utiliza para describir el movimiento de cuerpos idealizados sin tener en cuenta los parámetros de fuerza que se convierten en las causas del movimiento correspondiente. El lector siempre puede familiarizarse con este tema con más detalle. La física (el tema "cinemática") es muy importante, ya que es la que da los conceptos básicos de la mecánica como una sección global de la ciencia correspondiente.
