O tema do nosso artigo de hoje será a cinemática de um ponto material. Sobre o que é tudo isso? Que conceitos aparecem nele e que definição deve ser dada a este termo? Tentaremos responder a essas e muitas outras perguntas hoje.
Definição e conceito
Cinemática de um ponto material nada mais é do que uma subseção da física chamada "mecânica". Ela, por sua vez, estuda os padrões de movimento de determinados corpos. A cinemática de um ponto material também lida com esse problema, mas não o faz de maneira geral. De fato, esta subseção estuda métodos que permitem descrever o movimento dos corpos. Nesse caso, apenas os chamados corpos idealizados são adequados para pesquisa. Estes incluem: um ponto material, um corpo absolutamente rígido e um gás ideal. Vamos considerar os conceitos com mais detalhes. Todos sabemos pelo banco da escola que é costume chamar um ponto material de corpo, cujas dimensões em uma dada situação podem ser desprezadas. A propósito, a cinemática do movimento de translação de um ponto material pela primeira vez começaaparecem nos livros de física da sétima série. Este é o ramo mais simples, por isso é mais conveniente começar a se familiarizar com a ciência com sua ajuda. Uma questão separada é quais são os elementos da cinemática de um ponto material. Existem muitos deles e, condicionalmente, eles podem ser divididos em vários níveis com diferentes complexidades para compreensão. Se falamos, por exemplo, sobre o vetor raio, então, em princípio, não há nada proibitivamente complicado em sua definição. No entanto, você concordará que será muito mais fácil para um aluno entendê-lo do que para um aluno do ensino fundamental ou médio. E para ser honesto, não há necessidade de explicar as características deste período para alunos do ensino médio.
Uma breve história da criação da cinemática
Muito, muitos anos atrás, o grande cientista Aristóteles dedicou a maior parte de seu tempo livre ao estudo e descrição da física como uma ciência separada. Trabalhou também em cinemática, procurando apresentar suas principais teses e conceitos, de uma forma ou de outra utilizados na tentativa de resolver problemas práticos e até mesmo cotidianos. Aristóteles deu as ideias iniciais sobre quais são os elementos da cinemática de um ponto material. Suas obras e obras são muito valiosas para toda a humanidade. No entanto, em suas conclusões, ele cometeu um número considerável de erros, e a razão para isso foram certos equívocos e erros de cálculo. Ao mesmo tempo, outro cientista, Galileu Galilei, se interessou pelas obras de Aristóteles. Uma das teses fundamentais apresentadas por Aristóteles era que o movimento de um corposó ocorre se sofrer a ação de alguma força, determinada pela intensidade e direção. Galileu provou que isso era um erro. A força afetará o parâmetro de velocidade de movimento, mas não mais. O italiano mostrou que a força é a causa da aceleração e só pode surgir mutuamente com ela. Além disso, Galileu Galilei prestou considerável atenção ao estudo do processo de queda livre, derivando os padrões apropriados. Provavelmente todos se lembram de seus famosos experimentos, que ele realizou na Torre Inclinada de Pisa. O físico Ampère também utilizou os fundamentos das soluções cinemáticas em seus trabalhos.
Conceitos iniciais
Como mencionado anteriormente, a cinemática é o estudo das formas de descrever o movimento de objetos idealizados. Neste caso, os fundamentos da análise matemática, álgebra ordinária e geometria podem ser aplicados na prática. Mas que conceitos (precisamente conceitos, e não definições para quantidades paramétricas) fundamentam esta subseção da física? Primeiro, todos devem entender claramente que a cinemática do movimento de translação de um ponto material considera o movimento sem levar em consideração os indicadores de força. Ou seja, para resolver os problemas correspondentes, não precisamos de fórmulas relacionadas à força. Não é levado em consideração pela cinemática, não importa quantos deles existam - um, dois, três, pelo menos várias centenas de milhares. No entanto, a existência de aceleração ainda é fornecida. Em vários problemas, a cinemática do movimento de um ponto material prescreve para determinar a magnitude da aceleração. No entanto, as causas desse fenômeno (isto é, as forças esua natureza) não são considerados, mas omitidos.
Classificação
Descobrimos que a cinemática explora e aplica métodos para descrever o movimento dos corpos sem considerar as forças que atuam sobre eles. A propósito, outra subseção da mecânica, chamada dinâmica, lida com essa tarefa. Já lá, são aplicadas as leis de Newton, que permitem na prática determinar bastante parâmetros com uma pequena quantidade de dados iniciais conhecidos. Os conceitos básicos da cinemática de um ponto material são espaço e tempo. E em conexão com o desenvolvimento da ciência em geral e nesta área, surgiu a questão sobre a adequação de usar tal combinação.
Desde o início havia a cinemática clássica. Podemos dizer que se caracteriza não apenas pela presença de lacunas temporais e espaciais, mas também por sua independência da escolha de um ou outro referencial. A propósito, falaremos sobre isso um pouco mais tarde. Agora vamos apenas explicar do que estamos falando. Neste caso, um segmento será considerado um intervalo espacial e um intervalo de tempo será considerado um intervalo temporal. Tudo parece estar claro. Assim, essas lacunas serão consideradas na cinemática clássica como absolutas, invariantes, ou seja, independentes da transição de um referencial para outro. Se cinemática relativista de negócios. Nele, as lacunas durante a transição entre os sistemas de referência podem mudar. Seria até mais correto dizer que não podem, mas devem, provavelmente. Por isso, a simultaneidade dos doiseventos aleatórios também se tornam relativos e sujeitos a consideração especial. É por isso que na cinemática relativística dois conceitos - espaço e tempo - são combinados em um.
Cinemática de um ponto material: velocidade, aceleração e outras grandezas
Para entender pelo menos um pouco essa subseção da física, você precisa navegar pelos conceitos mais importantes, conhecer as definições e imaginar o que é essa ou aquela quantidade em termos gerais. Não há nada difícil nisso, na verdade, tudo é muito fácil e simples. Considere, talvez, para começar, os conceitos básicos usados em problemas de cinemática.
Movimento
Movimento mecânico consideraremos o processo durante o qual um ou outro objeto idealizado muda sua posição no espaço. Neste caso, podemos dizer que a mudança ocorre em relação a outros corpos. Também é necessário levar em consideração o fato de que o estabelecimento de um determinado intervalo de tempo entre dois eventos ocorre simultaneamente. Por exemplo, será possível isolar um determinado intervalo formado durante o tempo decorrido entre a chegada do corpo de uma posição a outra. Também notamos que os corpos neste caso podem e irão interagir uns com os outros, de acordo com as leis gerais da mecânica. É exatamente com isso que a cinemática de um ponto material opera com mais frequência. O sistema de referência é o próximo conceito que está inextricavelmente ligado a ele.
Coordenadas
Eles podem ser chamados de dados comuns que permitem determinar a posição do corpo em um momento ou outro. As coordenadas estão inextricavelmente ligadas ao conceito de sistema de referência, bem como à grade de coordenadas. Na maioria das vezes eles são uma combinação de letras e números.
Vetor de raio
Pelo nome já deve ficar claro o que é. No entanto, vamos falar sobre isso com mais detalhes. Se um ponto se move ao longo de uma certa trajetória e sabemos exatamente o início de um determinado sistema de referência, podemos desenhar um vetor raio a qualquer momento. Ele conectará a posição inicial do ponto à posição instantânea ou final.
Trajetória
Será chamada de linha contínua, que é colocada como resultado do movimento de um ponto material em um determinado sistema de referência.
Velocidade (linear e angular)
Este é um valor que pode dizer o quão rápido o corpo percorre um determinado intervalo de distância.
Aceleração (angular e linear)
Mostra por qual lei e com que intensidade o parâmetro de velocidade do corpo muda.
Talvez, aqui estão eles - os principais elementos da cinemática de um ponto material. Deve-se notar que tanto a velocidade quanto a aceleração são grandezas vetoriais. E isso significa que eles não têm apenas algum valor indicativo, mas também uma certa direção. A propósito, eles podem ser direcionados tanto em uma direção quanto em direções opostas. No primeiro caso, o corpo vai acelerar, no segundo vai desacelerar.
Tarefas simples
Cinemática de um ponto material (velocidade, aceleração e distância em que são conceitos praticamente fundamentais) inclui não apenas um grande número de tarefas, mas muitas de suas diferentes categorias. Vamos tentar resolver um problema bastante simples determinando a distância percorrida pelo corpo.
Suponha que as condições que temos são as seguintes. O carro do piloto está na linha de partida. O operador dá o sinal verde com a bandeira e o carro decola abruptamente. Determine se ela pode estabelecer um novo recorde na competição de corredores, se o próximo líder percorreu uma distância de cem metros em 7,8 segundos. Pegue a aceleração do carro igual a 3 metros dividido por um segundo ao quadrado.
Então, como resolver esse problema? É bastante interessante, pois somos obrigados a não “secar” determinados parâmetros. É abrilhantado com turnovers e uma determinada situação, o que diversifica o processo de resolução e busca de indicadores. Mas pelo que devemos nos guiar antes de abordar a tarefa?
1. A cinemática de um ponto material prevê o uso de aceleração neste caso.
2. A solução é assumida usando a fórmula da distância, pois seu valor numérico aparece nas condições.
O problema é resolvido de forma bastante simples. Para fazer isso, tomamos a fórmula da distância: S=VoT + (-) AT ^ 2/2. Qual é o ponto? Precisamos descobrir quanto tempo o piloto irá percorrer a distância designada e, em seguida, comparar o número com o recorde para descobrir se ele o supera ou não. Para fazer isso, alocar tempo, obtemos a fórmulapara ele: AT^2 + 2VoT - 2S. Isso nada mais é do que uma equação quadrática. Mas o carro decola, o que significa que a velocidade inicial será 0. Ao resolver a equação, o discriminante será igual a 2400. Para encontrar o tempo, você precisa tirar a raiz. Vamos fazer isso até a segunda casa decimal: 48,98. Encontre a raiz da equação: 48,98/6=8,16 segundos. Acontece que o motorista não conseguirá bater o recorde existente.
