Привет всем, кто не боится учиться!
Сегодня мы поговорим о разделе физики - кинематике, но перед этим советую подписаться на мой телеграм-канал, там я выкладываю (буду выкладывать😅) много интересного.
Приступим!
Один из самых интересных разделов физики - механика - кажется сложным и запутанным, ведь ему сразу сопутствуют такие термины как: кинематика точки, системы отсчета...
Давайте по порядку.
Механика делится на кинематику, динамику и статику, нам сейчас нужно сконцентрироваться на кинематике. Как известно, в кинематике описывают движение тел без объяснения причин, вызывающих данное движение. Ключевое здесь - описывают движение тел. Что это значит? Это значит, что в любой момент времени мы может точно сказать, где находится тело в пространстве, то есть мы можем назвать его координаты.
Там где есть координаты, должна быть система координат, а у любой системы координат есть начало - его в контексте физики называют телом отсчета (например, для рассмотрения полета брошенного мяча мы можем за начало координат принять дом, из окна которого мяч и был выброшен, т.е. тело отсчета - это буквально физическое тело, относительно которого рассматривается движение ). Ну и чтобы описывать движение тел, нам нужно уметь измерять время, для этой функции подойдет обычный секундомер. В итоге, что мы имеем:
1. тело отсчета 🌳
2. связанная с ним система координат 📈
3. прибор для измерения времени ⏱️
Все это в совокупности называется система отсчета. В кинематике без системы отсчета никуда!
⚠️ Важно ⚠️
Систему отсчета выбирают для каждой конкретной задачи, причем выбирают ее таким образом, чтобы движение тела в ней было наиболее простым.
Итак, кинематика хочет описать движение тела в пространстве, для этого есть множество способов, но мы остановимся подробнее на двух.
1) Координатный способ
В нем положение точки задается с помощью координат. Если точка движется, то ее координаты будут изменяться с течением времени. Если координаты зависят от времени, то можно с уверенностью сказать, что они являются функциями времени. Самый яркий пример подобной функции - это всем известное уравнение движения:
В нем путь, пройденный телом, зависит от времени, в течение которого совершалось движение. Но не будем путать, в кинематике в первую очередь мы говорим именно о координате тела, а не о пройденном телом пути. Математически зависимость координат тела от времени принято записывать так:
Не стоит пугаться этих уравнений. Например, первое уравнение показывает нам, что координата тела по оси ОХ является функцией времени. И эта функция может выглядеть как угодно.
Самый простой пример изображен на картинке снизу.
Таким образом уравнение движения человека будет выглядеть так:
Если человек двигался в течение 10 секунд, то он успел пройти путь, равный 2*10=20 м, но это его путь, а мы хотим найти в какой координате он окажется спустя эти 10 с. Поскольку человек изначально был в координате 5 м и двигался вправо, то нам нужно прибавить к его пути эти 5 м. Итого координата человека в момент времени 10 с равна 5 + 20 = 25 м.
⚠️ Важно ⚠️
Количество выбираемых для описания движения координат зависит от условий задачи. Если движение точки происходит вдоль прямой, то достаточно одной координаты и, следовательно, одного уравнения, например, x(t). Если движение происходит на плоскости, то его можно описать двумя уравнениями — x(t) и y(t). Все три уравнения x(t), y(t), z(t) описывают движение точки в пространстве.
2) Векторный способ
Положение тела здесь задают с помощью радиус-вектора. Радиус-вектор - это направленный отрезок, проведенный из начала координат в данную точку. При движении тела радиус-вектор, определяющий его положение, изменяется с течением времени (поворачивается и меняет длину), то есть снова является функцией времени:
🏁 Подведем итог 🏁
Положение точки в пространстве определяется ее координатами или ее радиус-вектором. Так как координаты и радиус-вектор являются функциями времени, чтобы описать движение точки в кинематике используют систему отсчета (тело отсчета + система координат + прибор для измерения времени).