จลนศาสตร์คืออะไร? นี่คือสาขาย่อยของกลศาสตร์ที่ศึกษาวิธีการทางคณิตศาสตร์และเรขาคณิตในการอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุในอุดมคติ พวกเขาแบ่งออกเป็นหลายประเภท หัวข้อของบทความวันนี้จะเป็นแง่มุมที่เกี่ยวข้องกับแนวคิดของ "point kinematics" เราจะครอบคลุมหัวข้อมากมาย แต่เราจะเริ่มต้นด้วยแนวคิดพื้นฐานที่สุดและคำอธิบายของแอปพลิเคชันของพวกเขาในพื้นที่นี้
พิจารณาวัตถุอะไร
ถ้าจลนศาสตร์เป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่ศึกษาวิธีอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุในช่องว่างขนาดต่างๆ กัน คุณก็ต้องจัดการกับร่างกายเองใช่ไหม? เพื่อให้เข้าใจได้อย่างรวดเร็วว่าอะไรคือความเสี่ยง คุณสามารถหาบทเรียนมัลติมีเดียที่ออกแบบมาสำหรับนักเรียน โดยทั่วไปแล้วจลนศาสตร์จะเข้าใจง่าย หากคุณเข้าใจพื้นฐานของมัน เมื่อคุณทำความคุ้นเคยกับพวกมัน คุณจะสังเกตเห็นว่าในทางทฤษฎีมีข้อมูลว่าสาขาฟิสิกส์นี้ศึกษากฎการเคลื่อนที่ของวัตถุคะแนน สังเกตว่าคำจำกัดความของวัตถุมีลักษณะทั่วไปอย่างไร ในทางกลับกัน คะแนนวัสดุไม่ใช่วัตถุเพียงอย่างเดียวที่พิจารณาโดยจลนศาสตร์ ฟิสิกส์สาขานี้ศึกษาหลักการเคลื่อนที่ของวัตถุที่แข็งกระด้างและของไหลในอุดมคติ บ่อยครั้งที่แนวคิดทั้งสามนี้รวมกันเป็นหนึ่งเดียว เพียงแค่พูดว่า "วัตถุในอุดมคติ" อุดมคติในกรณีนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับอนุสัญญาของการคำนวณและการออกจากข้อผิดพลาดของระบบที่เป็นไปได้ หากคุณดูที่คำจำกัดความของจุดที่เป็นวัตถุ คุณจะสังเกตเห็นว่ามีการเขียนเกี่ยวกับประเด็นต่อไปนี้: นี่คือเนื้อหาที่สามารถละเลยมิติในสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องได้ สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้ดังนี้: เมื่อเทียบกับระยะทางที่เดินทาง มิติเชิงเส้นของวัตถุนั้นเล็กน้อยมาก
ใช้อธิบายอะไร
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ จลนศาสตร์เป็นส่วนย่อยของกลศาสตร์ที่ศึกษาวิธีอธิบายการเคลื่อนที่ของจุด แต่ถ้าเป็นเช่นนี้ หมายความว่าจำเป็นต้องมีแนวคิดและหลักการพื้นฐานบางอย่าง เช่น หลักการเชิงสัจธรรม เพื่อดำเนินการดังกล่าวหรือไม่? ใช่. และในกรณีของเราก็คือ ประการแรกในทางจลนศาสตร์ เป็นกฎในการแก้ปัญหาโดยไม่ต้องมองย้อนกลับไปที่แรงที่กระทำต่อจุดวัตถุ เราทุกคนรู้ดีว่าร่างกายจะเร่งความเร็วหรือช้าลงหากมีแรงกระทำต่อร่างกาย และจลนศาสตร์เป็นส่วนย่อยที่ให้คุณดำเนินการด้วยความเร่ง อย่างไรก็ตาม ธรรมชาติของกองกำลังที่โผล่ออกมานั้นไม่ได้รับการพิจารณาที่นี่ เพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ ใช้วิธีการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ เรขาคณิตเชิงเส้นและเชิงพื้นที่ และพีชคณิตด้วย พิกัดกริดและพิกัดเองก็มีบทบาทบางอย่างเช่นกัน แต่เราจะพูดถึงเรื่องนี้กันในภายหลัง
ประวัติศาสตร์การสร้างสรรค์
งานแรกเกี่ยวกับจลนศาสตร์รวบรวมโดยอริสโตเติลนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ เขาเป็นคนที่สร้างหลักการพื้นฐานบางอย่างของอุตสาหกรรมนี้ และแม้ว่าผลงานและข้อสรุปของเขาจะมีความคิดเห็นและการไตร่ตรองที่ผิดพลาดหลายอย่าง แต่ผลงานของเขาก็ยังมีค่ามากสำหรับฟิสิกส์สมัยใหม่ ผลงานของอริสโตเติลได้รับการศึกษาโดยกาลิเลโอ กาลิเลอีในเวลาต่อมา เขาทำการทดลองที่มีชื่อเสียงกับหอเอนเมืองปิซา เมื่อเขาตรวจสอบกฎของกระบวนการล้มของร่างกายอย่างอิสระ หลังจากศึกษาทุกอย่างทั้งภายในและภายนอก กาลิเลโอได้นำการไตร่ตรองและข้อสรุปของอริสโตเติลไปสู่การวิพากษ์วิจารณ์ที่รุนแรง ตัวอย่างเช่น ถ้าคนหลังเขียนว่าแรงนั้นเป็นสาเหตุของการเคลื่อนที่ กาลิเลโอก็พิสูจน์ว่าแรงนั้นเป็นสาเหตุของความเร่ง แต่ไม่ใช่ว่าร่างกายจะรับและเริ่มเคลื่อนไหวและเคลื่อนที่ ตามคำกล่าวของอริสโตเติล ร่างกายสามารถรับความเร็วได้ก็ต่อเมื่ออยู่ภายใต้แรงบางอย่างเท่านั้น แต่เรารู้ว่าความคิดเห็นนี้ผิดพลาด เนื่องจากมีการเคลื่อนไหวการแปลที่สม่ำเสมอ นี่เป็นอีกครั้งที่พิสูจน์โดยสูตรของจลนศาสตร์ และเราจะไปยังคำถามต่อไป
จลนศาสตร์. ฟิสิกส์. แนวคิดพื้นฐาน
ในส่วนนี้มีหลักการและคำจำกัดความพื้นฐานหลายประการ มาเริ่มกันที่ตัวหลักกันเลยค่ะ
การเคลื่อนไหวทางกล
น่าจะมาจากม้านั่งของโรงเรียน เรากำลังพยายามวางแนวคิดว่าสิ่งใดที่ถือได้ว่าเป็นการเคลื่อนไหวทางกล เราจัดการกับมันทุกวัน ทุกชั่วโมง ทุกวินาที เราจะพิจารณาการเคลื่อนไหวทางกลเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นในอวกาศเมื่อเวลาผ่านไป กล่าวคือ การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของร่างกาย ในเวลาเดียวกัน ทฤษฎีสัมพัทธภาพมักใช้กับกระบวนการ กล่าวคือ ตำแหน่งของ พูด วัตถุที่หนึ่งเปลี่ยนไปเมื่อเทียบกับตำแหน่งของวัตถุที่สอง ลองนึกภาพว่าเรามีรถสองคันที่จุดเริ่มต้น คนขับไปข้างหน้าหรือไฟสว่างขึ้น - และรถยนต์ก็ดับลง ในตอนเริ่มต้นมีการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งแล้ว นอกจากนี้ คุณสามารถพูดคุยเกี่ยวกับเรื่องนี้เป็นเวลานานและน่าเบื่อ: เกี่ยวกับคู่แข่ง เกี่ยวกับเส้นเริ่มต้น เกี่ยวกับผู้ชมคงที่ แต่บางทีความคิดก็ชัดเจน อาจกล่าวได้เช่นเดียวกันกับคนสองคนที่ไปในทิศทางเดียวหรือไปคนละทิศทาง ตำแหน่งของพวกมันสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงอื่นๆ ในแต่ละช่วงเวลา
ระบบอ้างอิง
จลนศาสตร์ ฟิสิกส์ - วิทยาศาสตร์ทั้งหมดเหล่านี้ใช้แนวคิดพื้นฐานเช่นกรอบอ้างอิง อันที่จริง มันมีบทบาทสำคัญมากและใช้ในปัญหาในทางปฏิบัติเกือบทุกที่ ส่วนประกอบที่สำคัญอีกสองชิ้นสามารถเชื่อมต่อกับกรอบอ้างอิงได้
พิกัดและพิกัด
อันหลังไม่มีอะไรมากไปกว่าชุดของตัวเลขและตัวอักษร การใช้การตั้งค่าตรรกะบางอย่าง เราสามารถเขียนเองได้ตารางพิกัดแบบหนึ่งมิติหรือสองมิติ ซึ่งจะช่วยให้เราสามารถแก้ปัญหาที่ง่ายที่สุดในการเปลี่ยนตำแหน่งของจุดวัสดุในช่วงเวลาที่กำหนด โดยปกติ ในทางปฏิบัติ ตารางพิกัดสองมิติจะใช้กับแกน X ("x") และ Y ("y") ในพื้นที่สามมิติ จะเพิ่มแกน Z (“z”) และในพื้นที่มิติเดียว มีเพียง X เท่านั้น ทหารปืนใหญ่และหน่วยสอดแนมมักทำงานร่วมกับพิกัด และเป็นครั้งแรกที่เราพบพวกเขาในโรงเรียนประถมเมื่อเราเริ่มวาดส่วนที่มีความยาวที่แน่นอน ท้ายที่สุดแล้ว การสำเร็จการศึกษาก็ไม่มีอะไรมากไปกว่าการใช้พิกัดเพื่อระบุจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุด
จลนศาสตร์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10. ปริมาณ
ปริมาณหลักที่ใช้ในการแก้ปัญหาจลนศาสตร์ของจุดวัสดุคือ ระยะทาง เวลา ความเร็ว และความเร่ง มาพูดถึงสองรายละเอียดสุดท้ายกันดีกว่า ปริมาณทั้งสองนี้เป็นเวกเตอร์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง พวกมันไม่เพียงแต่มีตัวบ่งชี้ที่เป็นตัวเลขเท่านั้น แต่ยังมีทิศทางที่กำหนดไว้ล่วงหน้าด้วย การเคลื่อนไหวของร่างกายจะเกิดขึ้นในทิศทางที่เวกเตอร์ความเร็วถูกชี้นำ ในขณะเดียวกัน เราก็ไม่ควรลืมเวกเตอร์ความเร่งถ้าเรามีกรณีของการเคลื่อนไหวไม่เท่ากัน การเร่งความเร็วสามารถมุ่งไปในทิศทางเดียวกันหรือในทิศทางตรงกันข้าม หากมีการกำกับร่วม ร่างกายจะเริ่มเคลื่อนไหวเร็วขึ้นและเร็วขึ้น หากอยู่ตรงข้าม วัตถุก็จะช้าลงจนหยุด หลังจากนั้นเมื่อมีอัตราเร่ง ร่างกายจะได้รับความเร็วที่ตรงกันข้าม กล่าวคือ มันจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม ทั้งหมดนี้ในทางปฏิบัติแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนโดยจลนศาสตร์ ป.10ก็แค่นั้นช่วงเวลาที่เปิดเผยฟิสิกส์หมวดนี้อย่างเพียงพอ
สูตร
สูตรจลนศาสตร์นั้นค่อนข้างง่ายทั้งสำหรับผลลัพธ์และเพื่อการท่องจำ ตัวอย่างเช่น สูตรสำหรับระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ในช่วงเวลาที่กำหนดมีดังนี้: S=VoT + aT^2/2 อย่างที่เห็น ทางด้านซ้าย เรามีระยะทางเท่ากัน ทางด้านขวา คุณจะพบความเร็ว เวลา และความเร่งเริ่มต้น เครื่องหมายบวกมีเงื่อนไขเท่านั้น เนื่องจากความเร่งสามารถรับค่าสเกลาร์ติดลบได้ในระหว่างกระบวนการลดความเร็วของวัตถุ โดยทั่วไป จลนศาสตร์ของการเคลื่อนไหวบ่งบอกถึงการมีอยู่ของความเร็วประเภทหนึ่ง เรามักจะพูดว่า "เริ่มต้น", "สุดท้าย", "ทันที" ความเร็วชั่วขณะจะปรากฏขึ้น ณ จุดใดเวลาหนึ่ง แต่ถ้าคุณคิดอย่างนั้น องค์ประกอบสุดท้ายหรือเริ่มต้นก็ไม่มีอะไรเลยนอกจากการสำแดงเฉพาะของมันใช่ไหม หัวข้อ "Kinematics" น่าจะเป็นที่ชื่นชอบในหมู่เด็กนักเรียน เพราะมันเรียบง่ายและน่าสนใจ
ตัวอย่างปัญหา
ในจลนศาสตร์ที่ง่ายที่สุด มีงานที่แตกต่างกันมากทั้งหมวดหมู่ ทั้งหมดเชื่อมต่อกันไม่ทางใดก็ทางหนึ่งกับการเคลื่อนที่ของจุดวัสดุ ตัวอย่างเช่น ในบางกรณีจำเป็นต้องกำหนดระยะทางที่ร่างกายเดินทางในช่วงเวลาหนึ่ง ในกรณีนี้ สามารถทราบพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความเร็วเริ่มต้นและความเร่งได้ หรือบางทีนักเรียนจะได้รับงานซึ่งจะประกอบด้วยความต้องการในการแสดงและคำนวณความเร่งของร่างกาย ลองมาดูตัวอย่างกัน รถสตาร์ทจากตำแหน่งคงที่ เขาจะมีเวลาครอบคลุมระยะทางเท่าใดใน 5 วินาทีหากความเร่งของเขาอยู่ที่สามเมตรหารด้วยสองกำลังสอง?
เพื่อแก้ปัญหานี้ เราต้องการสูตร S=VoT + at^2/2 เราเพียงแค่แทนที่ข้อมูลที่มีอยู่ลงไป มันคือความเร่งและเวลา โปรดทราบว่าคำว่า Vot จะกลายเป็นศูนย์ เนื่องจากความเร็วเริ่มต้นเป็นศูนย์ ดังนั้นเราจึงได้คำตอบที่เป็นตัวเลข 75 เมตร เท่านั้นแหละ หมดปัญหา
ผลลัพธ์
ดังนั้นเราจึงค้นพบหลักการพื้นฐานและคำจำกัดความ ให้ตัวอย่างของสูตรและพูดคุยเกี่ยวกับประวัติของการสร้างส่วนย่อยนี้ จลนศาสตร์ ซึ่งเป็นแนวคิดที่นำมาใช้ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 ในบทเรียนฟิสิกส์ ยังคงได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องภายในกรอบการทำงานของส่วนสัมพัทธภาพ (ไม่ใช่แบบคลาสสิก)
