จลนศาสตร์คืออะไร? เป็นครั้งแรกที่นักเรียนระดับมัธยมศึกษาเริ่มทำความคุ้นเคยกับคำจำกัดความในบทเรียนฟิสิกส์ กลศาสตร์ (จลนศาสตร์เป็นหนึ่งในสาขาของมัน) เองถือเป็นส่วนใหญ่ของวิทยาศาสตร์นี้ มักจะนำเสนอให้นักเรียนก่อนในตำราเรียน ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว จลนศาสตร์เป็นส่วนย่อยของกลศาสตร์ แต่เนื่องจากเรากำลังพูดถึงเธอ เรามาพูดถึงเรื่องนี้ในรายละเอียดกันดีกว่า
กลศาสตร์เป็นส่วนหนึ่งของฟิสิกส์
คำว่า “กลศาสตร์” เองมีต้นกำเนิดจากกรีกและแปลตามตัวอักษรว่าเป็นศิลปะการสร้างเครื่องจักร ในทางฟิสิกส์ ถือเป็นส่วนที่ศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เรียกว่าวัตถุที่เราเรียกว่าวัตถุในช่องว่างขนาดต่างๆ (กล่าวคือ การเคลื่อนที่สามารถเกิดขึ้นได้ในระนาบเดียว บนตารางพิกัดตามเงื่อนไข หรือในพื้นที่สามมิติ). การศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างจุดวัสดุเป็นหนึ่งในงานที่กลศาสตร์ดำเนินการ (จลนศาสตร์เป็นข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้ เนื่องจากเกี่ยวข้องกับการสร้างแบบจำลองและวิเคราะห์สถานการณ์ทางเลือกโดยไม่คำนึงถึงผลกระทบของพารามิเตอร์ของแรง) ทั้งหมดนี้ควรสังเกตว่าสาขาฟิสิกส์ที่สอดคล้องกันหมายถึงการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของร่างกายในอวกาศเมื่อเวลาผ่านไป คำจำกัดความนี้ใช้ไม่ได้เฉพาะกับจุดที่เป็นวัตถุหรือเนื้อหาโดยรวมเท่านั้น แต่ยังใช้ได้กับส่วนต่างๆ ด้วย
แนวคิดของจลนศาสตร์
ชื่อวิชาฟิสิกส์ส่วนนี้มาจากภาษากรีกและแปลว่า “การเคลื่อนไหว” อย่างแท้จริง ดังนั้นเราจึงได้คำตอบเบื้องต้นที่ยังไม่ได้เกิดขึ้นจริงสำหรับคำถามที่ว่าจลนศาสตร์คืออะไร ในกรณีนี้ เราสามารถพูดได้ว่าส่วนนี้ศึกษาวิธีการทางคณิตศาสตร์เพื่ออธิบายการเคลื่อนที่บางประเภทของร่างกายในอุดมคติโดยตรง เรากำลังพูดถึงสิ่งที่เรียกว่าวัตถุที่เป็นของแข็งอย่างสมบูรณ์ เกี่ยวกับของเหลวในอุดมคติ และแน่นอน เกี่ยวกับจุดที่เป็นวัสดุ สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าเมื่อใช้คำอธิบาย สาเหตุของการเคลื่อนไหวจะไม่ถูกนำมาพิจารณา กล่าวคือ ค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น มวลกายหรือแรงที่ส่งผลต่อธรรมชาติของการเคลื่อนไหวจะไม่ถูกนำมาพิจารณา
พื้นฐานของจลนศาสตร์
รวมถึงแนวคิดเช่นเวลาและพื้นที่ หนึ่งในตัวอย่างที่ง่ายที่สุด เราสามารถอ้างถึงสถานการณ์ที่จุดวัตถุเคลื่อนที่ไปตามวงกลมที่มีรัศมีหนึ่ง ในกรณีนี้ จลนศาสตร์จะระบุถึงการมีอยู่บังคับของปริมาณเช่นความเร่งสู่ศูนย์กลาง ซึ่งส่งไปตามเวกเตอร์จากตัวมันเองไปยังจุดศูนย์กลางของวงกลม นั่นคือเวกเตอร์ความเร่งเมื่อใดก็ได้จะตรงกับรัศมีของวงกลม แต่ถึงแม้ในกรณีนี้ (กับความเร่งสู่ศูนย์กลาง) จลนศาสตร์จะไม่บ่งบอกถึงธรรมชาติของแรงที่ทำให้ปรากฏ นี่เป็นการกระทำที่ไดนามิกแยกวิเคราะห์แล้ว
จลนศาสตร์เป็นอย่างไร
เราให้คำตอบว่าจลนศาสตร์คืออะไร เป็นสาขาวิชากลศาสตร์ที่ศึกษาวิธีอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุในอุดมคติโดยไม่ต้องศึกษาพารามิเตอร์ของแรง ตอนนี้เรามาพูดถึงสิ่งที่จลนศาสตร์สามารถเป็นได้ ประเภทแรกเป็นแบบคลาสสิก เป็นเรื่องปกติที่จะต้องพิจารณาลักษณะเชิงพื้นที่และเวลาที่แน่นอนของการเคลื่อนไหวบางประเภท ในบทบาทของอดีต ความยาวของส่วนต่างๆ จะปรากฏ ในบทบาทของส่วนหลัง ช่วงเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่ง เราสามารถพูดได้ว่าพารามิเตอร์เหล่านี้ยังคงเป็นอิสระจากตัวเลือกของระบบอ้างอิง
สัมพัทธภาพ
จลนศาสตร์ประเภทที่สองมีความสัมพันธ์กัน ในนั้น ระหว่างสองเหตุการณ์ที่สอดคล้องกัน ลักษณะชั่วคราวและเชิงพื้นที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้หากมีการเปลี่ยนจากกรอบอ้างอิงหนึ่งไปยังอีกกรอบหนึ่ง ความพร้อมกันของที่มาของสองเหตุการณ์ในกรณีนี้ก็ใช้อักขระที่สัมพันธ์กันเท่านั้น ในจลนศาสตร์ประเภทนี้ แนวคิดสองแนวคิดแยกจากกัน (และเรากำลังพูดถึงอวกาศและเวลา) รวมกันเป็นหนึ่งเดียว ในนั้น ปริมาณ ซึ่งมักจะเรียกว่าช่วงเวลา จะกลายเป็นค่าคงที่ภายใต้การแปลงแบบลอเรนเซียน
ประวัติศาสตร์การสร้างจลนศาสตร์
เราจัดการเพื่อทำความเข้าใจแนวคิดและให้คำตอบสำหรับคำถามว่าจลนศาสตร์คืออะไร แต่ประวัติศาสตร์ของการเกิดขึ้นเป็นส่วนย่อยของกลศาสตร์คืออะไร? นี่คือสิ่งที่เราต้องพูดถึงตอนนี้ เป็นเวลานานมากแล้ว ที่แนวคิดทั้งหมดของหัวข้อย่อยนี้มาจากผลงานที่อริสโตเติลเขียนขึ้นเอง เอกสารเหล่านี้มีข้อความที่เกี่ยวข้องว่าความเร็วของร่างกายในระหว่างการล้มนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับตัวบ่งชี้ตัวเลขของน้ำหนักของวัตถุนั้น นอกจากนี้ยังกล่าวว่าสาเหตุของการเคลื่อนไหวคือแรงโดยตรง และหากไม่มีการเคลื่อนไหว ก็ไม่มีการพูดถึงการเคลื่อนไหวใดๆ
การทดลองของกาลิเลโอ
นักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง กาลิเลโอ กาลิเลอี เริ่มให้ความสนใจในผลงานของอริสโตเติลเมื่อปลายศตวรรษที่สิบหก เขาเริ่มศึกษากระบวนการตกอย่างอิสระของร่างกาย อาจกล่าวถึงการทดลองของเขาบนหอเอนเมืองปิซา นักวิทยาศาสตร์ยังได้ศึกษากระบวนการความเฉื่อยของร่างกาย ในท้ายที่สุด กาลิเลโอก็สามารถพิสูจน์ได้ว่าอริสโตเติลทำงานผิดพลาด และเขาได้ข้อสรุปที่ผิดพลาดหลายประการ ในหนังสือที่เกี่ยวข้อง กาลิเลโอสรุปผลงานที่ดำเนินการพร้อมหลักฐานการเข้าใจผิดของข้อสรุปของอริสโตเติล
จลนศาสตร์สมัยใหม่ถือว่ามีต้นกำเนิดในเดือนมกราคม 1700 จากนั้น Pierre Varignon ก็พูดต่อหน้า French Academy of Sciences เขายังนำแนวคิดแรกเกี่ยวกับการเร่งความเร็วและความเร็ว การเขียนและการอธิบายในรูปแบบที่แตกต่าง หลังจากนั้นไม่นาน Ampere ก็จดบันทึกความคิดเกี่ยวกับจลนศาสตร์บางอย่างด้วย ในศตวรรษที่สิบแปดเขาใช้ในจลนศาสตร์ที่เรียกว่าแคลคูลัสผันแปร ทฤษฏีสัมพัทธภาพพิเศษซึ่งสร้างขึ้นในภายหลัง แสดงให้เห็นว่าพื้นที่เช่นเวลานั้นไม่แน่นอน ในขณะเดียวกัน ก็ชี้ให้เห็นว่าความเร็วสามารถถูกจำกัดโดยพื้นฐาน รากฐานเหล่านี้กระตุ้นให้จลนศาสตร์พัฒนาภายในกรอบและแนวคิดของกลศาสตร์เชิงสัมพันธ์
แนวคิดและปริมาณที่ใช้ในหมวด
พื้นฐานของจลนศาสตร์รวมถึงปริมาณต่างๆ ที่ไม่เพียงแต่ใช้ในทางทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นในสูตรที่ใช้งานได้จริงซึ่งใช้ในการสร้างแบบจำลองและการแก้ปัญหาบางช่วง มาทำความรู้จักกับปริมาณและแนวคิดเหล่านี้โดยละเอียดยิ่งขึ้น มาเริ่มกันที่อันสุดท้ายกันเถอะ
1) การเคลื่อนไหวทางกล มันถูกกำหนดให้เป็นการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งเชิงพื้นที่ของร่างกายในอุดมคติบางอย่างที่สัมพันธ์กับสิ่งอื่น (จุดวัสดุ) ในระหว่างการเปลี่ยนช่วงเวลา ในขณะเดียวกัน เนื้อหาที่กล่าวถึงก็มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน
2) ระบบอ้างอิง จลนศาสตร์ที่เรากำหนดไว้ก่อนหน้านี้นั้นขึ้นอยู่กับการใช้ระบบพิกัด การมีอยู่ของการเปลี่ยนแปลงเป็นหนึ่งในเงื่อนไขที่จำเป็น (เงื่อนไขที่สองคือการใช้เครื่องมือหรือวิธีการในการวัดเวลา) โดยทั่วไป กรอบอ้างอิงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับคำอธิบายที่ประสบความสำเร็จของการเคลื่อนไหวประเภทใดประเภทหนึ่ง
3) พิกัด. เป็นตัวบ่งชี้จินตภาพแบบมีเงื่อนไขซึ่งเชื่อมโยงกับแนวคิดก่อนหน้าอย่างแยกไม่ออก (กรอบอ้างอิง) พิกัดจึงไม่มีอะไรมากไปกว่าวิธีการที่ตำแหน่งของวัตถุในอุดมคติช่องว่าง. ในกรณีนี้ สามารถใช้ตัวเลขและอักขระพิเศษเป็นคำอธิบายได้ หน่วยสอดแนมและพลปืนมักใช้พิกัด
4) เวกเตอร์รัศมี นี่คือปริมาณทางกายภาพที่ใช้ในทางปฏิบัติเพื่อกำหนดตำแหน่งของร่างกายในอุดมคติด้วยตาไปยังตำแหน่งเดิม (และไม่เพียงเท่านั้น) พูดง่ายๆคือมีจุดหนึ่งและได้รับการแก้ไขสำหรับการประชุม ส่วนใหญ่มักจะเป็นที่มาของพิกัด ดังนั้นหลังจากนั้น สมมุติว่าร่างกายในอุดมคติจากจุดนี้เริ่มเคลื่อนที่ไปตามวิถีอิสระโดยพลการ เมื่อใดก็ได้ เราสามารถเชื่อมต่อตำแหน่งของร่างกายกับจุดเริ่มต้น และเส้นตรงที่ได้จะไม่มีอะไรมากไปกว่าเวกเตอร์รัศมี
5) ส่วนจลนศาสตร์ใช้แนวคิดของวิถี เป็นเส้นต่อเนื่องธรรมดาซึ่งสร้างขึ้นระหว่างการเคลื่อนไหวของร่างกายในอุดมคติระหว่างการเคลื่อนไหวอย่างอิสระโดยพลการในพื้นที่ที่มีขนาดต่างกัน วิถีตามลำดับสามารถเป็นเส้นตรง วงกลม และหักได้
6) จลนศาสตร์ของร่างกายเชื่อมโยงกับปริมาณทางกายภาพอย่างความเร็วอย่างแยกไม่ออก อันที่จริงนี่คือปริมาณเวกเตอร์ (สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าแนวคิดของปริมาณสเกลาร์ใช้ได้กับมันเฉพาะในสถานการณ์พิเศษเท่านั้น) ซึ่งจะอธิบายลักษณะความเร็วของการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งของร่างกายในอุดมคติ ถือว่าเป็นเวกเตอร์เนื่องจากความเร็วกำหนดทิศทางของการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง หากต้องการใช้แนวคิดนี้ คุณต้องใช้กรอบอ้างอิงตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้
7) จลนศาสตร์ คำจำกัดความที่บอกเกี่ยวกับโดยไม่ได้พิจารณาถึงสาเหตุที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว ในบางสถานการณ์ก็พิจารณาถึงความเร่งด้วย นอกจากนี้ยังเป็นปริมาณเวกเตอร์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเวกเตอร์ความเร็วของวัตถุในอุดมคติจะเปลี่ยนแปลงไปมากเพียงใดเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงทางเลือก (ขนาน) ในหน่วยเวลา เมื่อทราบทิศทางที่เวกเตอร์ทั้งสอง - ความเร็วและความเร่ง - ถูกชี้นำแล้วเราสามารถพูดเกี่ยวกับธรรมชาติของการเคลื่อนไหวของร่างกายได้ มันสามารถเร่งได้อย่างสม่ำเสมอ (เวกเตอร์เหมือนกัน) หรือช้าเท่ากัน (เวกเตอร์อยู่ในทิศทางตรงกันข้าม)
8) ความเร็วเชิงมุม ปริมาณเวกเตอร์อื่น โดยหลักการแล้ว คำจำกัดความสอดคล้องกับคำจำกัดความที่เราให้ไว้ก่อนหน้านี้ อันที่จริง ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือกรณีที่พิจารณาก่อนหน้านี้เกิดขึ้นเมื่อเคลื่อนที่ไปตามวิถีโคจรเป็นเส้นตรง ที่นี่เรามีการเคลื่อนที่แบบวงกลม มันสามารถเป็นวงกลมเรียบร้อยและวงรีได้ มีแนวคิดที่คล้ายกันสำหรับการเร่งความเร็วเชิงมุม
ฟิสิกส์. จลนศาสตร์ สูตร
เพื่อแก้ปัญหาในทางปฏิบัติที่เกี่ยวข้องกับจลนศาสตร์ของร่างกายในอุดมคติ มีรายการสูตรต่างๆ มากมาย สิ่งเหล่านี้ช่วยให้คุณกำหนดระยะทางที่เดินทาง ชั่วขณะ ความเร็วสุดท้ายเริ่มต้น เวลาที่ร่างกายผ่านระยะทางนี้หรือระยะทางนั้น และอื่นๆ อีกมากมาย กรณีการใช้งานแยกต่างหาก (ส่วนตัว) คือสถานการณ์ที่มีการล่มสลายของร่างกายจำลอง ในนั้น ความเร่ง (แสดงด้วยตัวอักษร a) จะถูกแทนที่ด้วยความเร่งของแรงโน้มถ่วง (ตัวอักษร g เท่ากับตัวเลข 9.8 m/s^2)
แล้วเรารู้อะไรบ้าง? ฟิสิกส์ - จลนศาสตร์ (สูตรที่มาจากกันและกัน) - ส่วนนี้ใช้เพื่ออธิบายการเคลื่อนไหวของวัตถุในอุดมคติโดยไม่คำนึงถึงพารามิเตอร์ของแรงที่กลายเป็นสาเหตุของการเคลื่อนไหวที่สอดคล้องกัน ผู้อ่านสามารถทำความคุ้นเคยกับหัวข้อนี้ในรายละเอียดเพิ่มเติมได้ตลอดเวลา ฟิสิกส์ (หัวข้อ “จลนศาสตร์”) มีความสำคัญมาก เนื่องจากเป็นการให้แนวคิดพื้นฐานของกลศาสตร์เป็นหัวข้อสากลของวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง