Kinematik: Historia, Principer, Formler, Övningar

Kinematiken är fysikens område (mer specifikt klassisk mekanik) som handlar om att studera kroppens rörelse utan att ta hänsyn till orsakerna till det. Det fokuserar på att studera kroppens banor över tiden genom användning av magnituder som förskjutning, hastighet och acceleration.

Några av frågorna som omfattas av kinematiken är den hastighet som ett tåg flyttar, den tid det tar en buss för att nå sin destination, den acceleration som krävs av ett flygplan vid momentet för start för att nå den hastighet som krävs för att starta, bland annat.

För detta placerar kinematikerna ett koordinatsystem som gör att banorna kan beskrivas. Detta system för rumsliga koordinater kallas referenssystemet. Grenen av fysik som handlar om studier av rörelser med hänsyn till deras orsaker (krafter) är den dynamiska.

historia

Etymologiskt har ordet kinematik sitt ursprung i den grekiska termen κινηματικος ( kynēmatikos ), vilket betyder rörelse eller förskjutning. Inte förgäves motsvarar den första posten av studier om rörelse de grekiska filosoferna och astronomerna.

Det var dock inte förrän det fjortonde århundradet när de första begreppen om kinematik uppträdde, vilka ligger inom doktrinen om formernas intensitet eller beräkningsteori ( beräkningar ). Dessa utvecklingar gjordes av forskare William Heytesbury, Richard Swineshead och Nicolás Oresme.

Senare omkring år 1604 genomförde Galileo Galilei sina studier om rörelsen i fria fall av kropparna och av sfärerna på lutande plan.

Galileo var bland annat intresserad av att förstå hur planeter och kanonprojektiler rörde sig.

Bidrag från Pierre Varignon

Det anses att början av den moderna kinematiken inträffade med presentationen av Pierre Varignon i januari 1700 vid Royal Academy of Sciences i Paris.

I denna presentation gav han en definition av begreppet acceleration och visade hur det kan härledas från momentan hastighet, med endast differentialberäkningen.

I synnerhet var termen filmisk gjord av André-Marie Ampère, som specificerade innehållet i kinematiken och placerade den inom mekaniken.

Slutligen började en ny period med Albert Einsteins utveckling av Theory of Special Relativity. det är det som är känt som den relativistiska kinematiken, där utrymme och tid inte längre har absolut karaktär.

Vad studerar du?

Kinematiken fokuserar på studier av kroppens rörelse utan att analysera sina orsaker. Därför använder han rörelsen av en materiell punkt, som en idealisk representation av kroppen i rörelse.

början

Kroppsrörelsen studeras ur observatörens synvinkel (internt eller externt) inom ramen för ett referenssystem. Kinematik uttrycker således matematiskt hur kroppen rör sig från variationen av koordinaterna för kroppens position med tiden.

På detta sätt beror funktionen som tillåter att uttrycka kroppens bana inte bara tid, men beror också på hastigheten och accelerationen.

I klassisk mekanik anses rymden vara ett absolut utrymme. Därför är det ett utrymme oberoende av de materiella kropparna och deras förskjutning. Tänk också på att alla fysiska lagar uppfylls i någon region i rymden.

På samma sätt anser klassisk mekaniker att tiden är en absolut tid som äger rum på samma sätt i någon region i rymden, oberoende av kroppsrörelser och eventuella fysiska fenomen som kan uppstå.

Formler och ekvationer

hastighet

Hastigheten är storleken som tillåter att relatera utrymmet och tiden som spenderas. Hastigheten kan erhållas genom att härleda positionen i förhållande till tiden.

v = ds / dt

I denna formel representerar s kroppens position, v är kroppens hastighet och t är tiden.

acceleration

Acceleration är storleken som tillåter att relatera variationen av hastighet med tiden. Accelerationen kan erhållas genom att härleda hastigheten med hänsyn till tiden.

a = dv / dt

I denna ekvation representerar a accelerationen av kroppen i rörelse.

Uniform rätlinjig rörelse

Som namnet antyder är det en rörelse där förskjutningen sker i en rak linje. Eftersom det är enhetligt är det en rörelse där hastigheten är konstant och i vilket fall accelerationen är noll. Ekvationen för den enhetliga rätlinjiga rörelsen är:

s = s ₀ + v / t

I denna formel representerar ₀ den ursprungliga positionen.

Enformigt accelererad rätlinjig rörelse

Återigen är det en rörelse där förskjutningen sker i en rak linje. Eftersom det är enhetligt accelererat är det en rörelse där hastigheten inte är konstant, eftersom den varierar som en följd av acceleration. Ekvationerna för den likformigt accelererade rätlinjiga rörelsen är följande:

v = v ₀ + a ∙ t

s = s ₀ + v ₀ ∙ t + 0, 5 ∙ a t2

I dessa v är initialhastigheten redan accelerationen.