หัวข้อของบทความวันนี้จะเป็นจลนศาสตร์ของประเด็นเนื้อหา มันเกี่ยวกับอะไร? แนวคิดใดบ้างที่ปรากฏในนั้นและควรให้คำจำกัดความอะไรกับคำนี้ เราจะพยายามตอบคำถามเหล่านี้และคำถามอื่นๆ อีกมากมายในวันนี้
คำจำกัดความและแนวคิด
จลนศาสตร์ของจุดวัสดุไม่มีอะไรมากไปกว่าส่วนย่อยของฟิสิกส์ที่เรียกว่า "กลศาสตร์" ในทางกลับกัน เธอศึกษารูปแบบการเคลื่อนไหวของร่างกายบางอย่าง จลนศาสตร์ของจุดวัสดุเกี่ยวข้องกับปัญหานี้ด้วย แต่ไม่ได้ทำในลักษณะทั่วไป อันที่จริง ส่วนย่อยนี้ศึกษาวิธีการที่ช่วยให้คุณอธิบายการเคลื่อนไหวของร่างกายได้ ในกรณีนี้ เฉพาะร่างในอุดมคติเท่านั้นที่เหมาะสำหรับการวิจัย ซึ่งรวมถึงจุดที่เป็นวัสดุ ตัวเครื่องที่แข็งแรงสมบูรณ์ และก๊าซในอุดมคติ ลองพิจารณาแนวคิดในรายละเอียดเพิ่มเติม เราทุกคนรู้จากม้านั่งของโรงเรียนว่าเป็นเรื่องปกติที่จะเรียกวัตถุว่าวัตถุซึ่งขนาดในสถานการณ์ที่กำหนดสามารถละเลยได้ อนึ่ง จลนศาสตร์ของการเคลื่อนที่เชิงแปลของจุดวัสดุเป็นครั้งแรกเริ่มต้นขึ้นปรากฏในหนังสือเรียนฟิสิกส์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 นี่เป็นสาขาที่ง่ายที่สุดดังนั้นจึงสะดวกที่สุดที่จะเริ่มทำความรู้จักกับวิทยาศาสตร์ด้วยความช่วยเหลือ คำถามที่แยกจากกันคือองค์ประกอบของจลนศาสตร์ของจุดวัสดุคืออะไร มีค่อนข้างมากและตามเงื่อนไขสามารถแบ่งออกเป็นหลายระดับที่มีความซับซ้อนต่างกันเพื่อความเข้าใจ ตัวอย่างเช่น ถ้าเราพูดถึงเวกเตอร์รัศมี โดยหลักการแล้ว ไม่มีอะไรซับซ้อนในคำจำกัดความของมัน อย่างไรก็ตาม คุณจะยอมรับว่านักเรียนจะเข้าใจเรื่องนี้ได้ง่ายกว่านักเรียนระดับมัธยมต้นหรือมัธยมปลายมาก และตามจริงแล้ว ไม่จำเป็นต้องอธิบายคุณสมบัติของเทอมนี้ให้นักเรียนมัธยมทราบ
ประวัติโดยย่อของการสร้างจลนศาสตร์
เมื่อหลายปีก่อน นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่อริสโตเติลได้อุทิศเวลาว่างให้กับการศึกษาและอธิบายฟิสิกส์ว่าเป็นวิทยาศาสตร์ที่แยกจากกัน เขายังทำงานเกี่ยวกับจลนศาสตร์ โดยพยายามนำเสนอวิทยานิพนธ์และแนวคิดหลัก ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งใช้เพื่อพยายามแก้ปัญหาในทางปฏิบัติและแม้กระทั่งปัญหาในชีวิตประจำวัน อริสโตเติลให้แนวคิดเบื้องต้นเกี่ยวกับองค์ประกอบของจลนศาสตร์ของจุดวัตถุ งานและผลงานของเขามีค่ามากสำหรับมวลมนุษยชาติ อย่างไรก็ตาม ในข้อสรุปของเขา เขาได้ข้อผิดพลาดจำนวนมาก และสาเหตุของเรื่องนี้ก็คือความเข้าใจผิดและการคำนวณที่ผิด กาลครั้งหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์อีกคนหนึ่ง กาลิเลโอ กาลิเลอี เริ่มสนใจงานของอริสโตเติล วิทยานิพนธ์พื้นฐานประการหนึ่งที่อริสโตเติลเสนอคือ การเคลื่อนไหวของร่างกายเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อถูกกระทำโดยแรงบางอย่าง ซึ่งกำหนดโดยความรุนแรงและทิศทาง กาลิเลโอพิสูจน์ว่านี่เป็นความผิดพลาด แรงจะส่งผลต่อพารามิเตอร์ความเร็วในการเคลื่อนที่ แต่ไม่มากไปกว่านี้ ชาวอิตาลีแสดงให้เห็นว่าแรงเป็นสาเหตุของความเร่ง และสามารถเกิดขึ้นได้พร้อมกันเท่านั้น นอกจากนี้ กาลิเลโอ กาลิเลอียังให้ความสนใจอย่างมากกับการศึกษากระบวนการตกอย่างอิสระ โดยได้รูปแบบที่เหมาะสม ทุกคนคงจำการทดลองที่มีชื่อเสียงของเขาซึ่งเขาทำบนหอเอนเมืองปิซา นักฟิสิกส์ Ampère ยังใช้พื้นฐานของการแก้ปัญหาจลนศาสตร์ในงานของเขาด้วย
แนวคิดเบื้องต้น
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ จลนศาสตร์คือการศึกษาวิธีอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุในอุดมคติ ในกรณีนี้ พื้นฐานของการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ พีชคณิตธรรมดา และเรขาคณิตสามารถนำไปใช้ในทางปฏิบัติได้ แต่แนวความคิดใด (แนวคิดที่แม่นยำและไม่ใช่คำจำกัดความสำหรับปริมาณพารามิเตอร์) ที่สนับสนุนส่วนย่อยของฟิสิกส์นี้ ประการแรก ทุกคนควรเข้าใจอย่างแจ่มแจ้งว่าจลนศาสตร์ของการเคลื่อนที่เชิงแปลของจุดวัสดุพิจารณาการเคลื่อนไหวโดยไม่คำนึงถึงตัวบ่งชี้แรง นั่นคือเพื่อแก้ปัญหาที่สอดคล้องกัน เราไม่ต้องการสูตรที่เกี่ยวข้องกับการบังคับ มันไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาโดยจลนศาสตร์ไม่ว่าจะมีกี่ตัว - หนึ่งสองสามอย่างน้อยหลายแสน อย่างไรก็ตามยังคงมีการมีอยู่ของการเร่งความเร็ว ในปัญหาจำนวนหนึ่ง จลนศาสตร์ของการเคลื่อนที่ของจุดวัตถุกำหนดเพื่อกำหนดขนาดของความเร่ง อย่างไรก็ตาม สาเหตุของปรากฏการณ์นี้ (คือ แรงและธรรมชาติของพวกเขา) ไม่ได้รับการพิจารณาแต่ละเว้น
การจำแนก
เราพบว่าจลนศาสตร์สำรวจและใช้วิธีการอธิบายการเคลื่อนไหวของร่างกายโดยไม่คำนึงถึงแรงที่กระทำต่อร่างกาย อย่างไรก็ตาม ส่วนย่อยของกลไกที่เรียกว่าไดนามิก เกี่ยวข้องกับงานดังกล่าว แล้วมีการนำกฎของนิวตันมาใช้ ซึ่งช่วยให้ในทางปฏิบัติสามารถกำหนดพารามิเตอร์ได้ค่อนข้างมากด้วยข้อมูลเริ่มต้นที่ทราบจำนวนเล็กน้อย แนวคิดพื้นฐานของจลนศาสตร์ของจุดวัสดุคือพื้นที่และเวลา และในการเชื่อมต่อกับการพัฒนาวิทยาศาสตร์ทั้งโดยทั่วไปและในด้านนี้ จึงเกิดคำถามเกี่ยวกับความเหมาะสมของการใช้ชุดค่าผสมดังกล่าว
ตั้งแต่แรกเริ่มมีจลนศาสตร์แบบคลาสสิก เราสามารถพูดได้ว่าคุณลักษณะนี้ไม่เพียงแต่มีช่องว่างทั้งทางเวลาและเชิงพื้นที่เท่านั้น แต่ยังรวมถึงความเป็นอิสระจากการเลือกกรอบอ้างอิงหนึ่งกรอบหรือกรอบอื่นด้วย โดยวิธีการที่เราจะพูดถึงเรื่องนี้ในภายหลัง ตอนนี้ขอเพียงอธิบายว่าเรากำลังพูดถึงอะไร ในกรณีนี้ เซ็กเมนต์จะถือเป็นช่วงเชิงพื้นที่ และช่วงเวลาจะถือเป็นช่วงชั่วคราว ทุกอย่างดูเหมือนจะชัดเจน ดังนั้น ช่องว่างเหล่านี้จะได้รับการพิจารณาในจลนศาสตร์แบบคลาสสิกว่าเป็นแบบสัมบูรณ์ ไม่แปรผัน กล่าวคือ เป็นอิสระจากการเปลี่ยนผ่านจากกรอบอ้างอิงหนึ่งไปยังอีกกรอบหนึ่ง ไม่ว่าจะเป็นจลนศาสตร์เชิงสัมพันธ์ทางธุรกิจ ในนั้น ช่องว่างระหว่างการเปลี่ยนแปลงระหว่างระบบอ้างอิงสามารถเปลี่ยนแปลงได้ คงจะถูกต้องกว่าถ้าจะบอกว่าพวกเขาทำไม่ได้ แต่คงต้อง ด้วยเหตุนี้ความพร้อมกันของทั้งสองเหตุการณ์สุ่มจะกลายเป็นญาติและได้รับการพิจารณาเป็นพิเศษ นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไมในจลนศาสตร์เชิงสัมพันธ์ สองแนวคิด - อวกาศและเวลา - ถูกรวมเป็นหนึ่งเดียว
จลนศาสตร์ของจุดวัสดุ: ความเร็ว ความเร่ง และปริมาณอื่นๆ
เพื่อให้เข้าใจส่วนย่อยของฟิสิกส์อย่างน้อยเล็กน้อย คุณต้องสำรวจแนวคิดที่สำคัญที่สุด รู้คำจำกัดความ และจินตนาการว่านี่หรือปริมาณนั้นในแง่ทั่วไปคืออะไร ไม่มีอะไรยากในเรื่องนี้ อันที่จริง ทุกอย่างง่ายและเรียบง่ายมาก บางที เริ่มต้นด้วยแนวคิดพื้นฐานที่ใช้ในปัญหาจลนศาสตร์
การเคลื่อนไหว
การเคลื่อนไหวทางกล เราจะพิจารณากระบวนการระหว่างที่วัตถุในอุดมคติอย่างใดอย่างหนึ่งเปลี่ยนตำแหน่งในอวกาศ ในกรณีนี้ เราสามารถพูดได้ว่าการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นเมื่อเทียบกับส่วนอื่นๆ นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องคำนึงถึงความจริงที่ว่าการสร้างช่วงเวลาหนึ่งระหว่างสองเหตุการณ์เกิดขึ้นพร้อมกัน ตัวอย่างเช่น เป็นไปได้ที่จะแยกช่วงเวลาหนึ่งซึ่งเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่ผ่านไประหว่างร่างกายที่มาถึงจากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่ง นอกจากนี้เรายังทราบด้วยว่าวัตถุในกรณีนี้สามารถและจะมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ตามกฎทั่วไปของกลศาสตร์ นี่คือสิ่งที่จลนศาสตร์ของจุดวัสดุใช้บ่อยที่สุด ระบบอ้างอิงคือแนวคิดถัดไปที่เชื่อมโยงอย่างแยกไม่ออก
พิกัด
สามารถเรียกได้ว่าเป็นข้อมูลธรรมดาที่ให้คุณกำหนดตำแหน่งของร่างกายได้ในคราวเดียว พิกัดจะเชื่อมโยงกับแนวคิดของระบบอ้างอิงอย่างแยกไม่ออก เช่นเดียวกับตารางพิกัด ส่วนใหญ่มักจะเป็นตัวอักษรและตัวเลขผสมกัน
เวกเตอร์รัศมี
จากชื่อน่าจะชัดเจนแล้วว่ามันคืออะไร อย่างไรก็ตาม มาพูดถึงเรื่องนี้ในรายละเอียดกันดีกว่า หากจุดหนึ่งเคลื่อนที่ไปตามวิถี และเรารู้จุดเริ่มต้นของระบบอ้างอิงที่แน่นอน เราก็สามารถวาดเวกเตอร์รัศมีได้ทุกเมื่อ มันจะเชื่อมต่อตำแหน่งเริ่มต้นของจุดไปยังตำแหน่งทันทีหรือสุดท้าย
วิถี
มันจะถูกเรียกว่าเส้นต่อเนื่องซึ่งเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของจุดวัสดุในระบบอ้างอิงเฉพาะ
ความเร็ว (ทั้งเชิงเส้นและเชิงมุม)
นี่คือค่าที่บอกได้ว่าร่างกายวิ่งผ่านช่วงระยะทางหนึ่งๆ ได้เร็วแค่ไหน
ความเร่ง (ทั้งเชิงมุมและเชิงเส้น)
แสดงให้เห็นว่ากฎข้อใดและพารามิเตอร์ความเร็วของร่างกายเปลี่ยนแปลงไปมากเพียงใด
บางทีนี่อาจเป็นองค์ประกอบหลักของจลนศาสตร์ของจุดวัสดุ ควรสังเกตว่าทั้งความเร็วและความเร่งเป็นปริมาณเวกเตอร์ และนี่หมายความว่าพวกมันไม่เพียงแต่มีค่าบ่งชี้บางอย่างเท่านั้น แต่ยังมีทิศทางที่แน่นอนด้วย โดยวิธีการที่พวกเขาสามารถนำไปทั้งในทิศทางเดียวและในทิศทางตรงกันข้าม เคสแรกร่างกายจะเร่ง ตัวที่สองจะช้าลง
งานง่ายๆ
จลนศาสตร์ของจุดวัสดุ (ความเร็ว ความเร่ง และระยะทางซึ่งเป็นแนวคิดพื้นฐานในทางปฏิบัติ) ไม่เพียงแต่ประกอบด้วยงานจำนวนมากเท่านั้น แต่ยังรวมถึงหมวดหมู่ต่างๆ อีกมากด้วย เรามาลองแก้ปัญหาง่ายๆ กันด้วยการกำหนดระยะทางที่ร่างกายเดินทางกัน
สมมุติเงื่อนไขที่เรามีอยู่มีดังนี้ รถของคนขับอยู่ที่เส้นสตาร์ท เจ้าหน้าที่โบกธงให้ แล้วรถก็ออกตัวทันที ตรวจสอบว่าเธอสามารถสร้างสถิติใหม่ในการแข่งขันของนักแข่งได้หรือไม่ ถ้าผู้นำคนต่อไปครอบคลุมระยะทางหนึ่งร้อยเมตรใน 7.8 วินาที ใช้อัตราเร่งของรถเท่ากับ 3 เมตร หารด้วยสองกำลังสอง
แล้วจะแก้ปัญหานี้ยังไงดี? เป็นเรื่องที่น่าสนใจทีเดียว เนื่องจากเราไม่จำเป็นต้อง "ทำให้แห้ง" ในการกำหนดพารามิเตอร์บางอย่าง มันสว่างขึ้นด้วยมูลค่าการซื้อขายและสถานการณ์บางอย่างซึ่งทำให้กระบวนการแก้ไขและค้นหาตัวบ่งชี้มีความหลากหลาย แต่ก่อนเข้างานควรแนะนำอะไรดี
1. จลนศาสตร์ของจุดวัสดุมีไว้สำหรับการใช้ความเร่งในกรณีนี้
2. วิธีแก้ปัญหานี้ใช้สูตรระยะทาง เนื่องจากค่าตัวเลขปรากฏในเงื่อนไข
ปัญหาได้รับการแก้ไขแล้วค่อนข้างง่าย ในการทำเช่นนี้ เราใช้สูตรระยะทาง: S=VoT + (-) AT ^ 2/2 ประเด็นคืออะไร? เราจำเป็นต้องค้นหาว่าผู้ขี่จะวิ่งเป็นระยะทางเท่าใด จากนั้นจึงเปรียบเทียบตัวเลขกับสถิติเพื่อดูว่าเขาเอาชนะได้หรือไม่ การทำเช่นนี้จัดสรรเวลาเราได้รับสูตรสำหรับเขา: AT^2 + 2VoT - 2S นี่ไม่ใช่แค่สมการกำลังสอง แต่รถออกตัว ซึ่งหมายความว่าความเร็วเริ่มต้นจะเป็น 0 เมื่อแก้สมการ ดิสคริมิแนนต์จะเท่ากับ 2400 ในการหาเวลา คุณต้องทำการรูท ลองทำเป็นทศนิยมที่สอง: 48.98 หารากของสมการ: 48.98/6=8.16 วินาที ปรากฎว่าคนขับจะไม่สามารถทำลายสถิติเดิมได้
