موضوع مقالنا اليوم سيكون حركيات النقطة المادية. ما هو كل شيء؟ ما هي المفاهيم التي تظهر فيه وما هو التعريف الذي يجب أن يعطى لهذا المصطلح؟ سنحاول اليوم الإجابة على هذه الأسئلة والعديد من الأسئلة الأخرى.
التعريف والمفهوم
علم الحركة لنقطة مادية ما هو إلا قسم فرعي من الفيزياء يسمى "الميكانيكا". وهي بدورها تدرس أنماط حركة بعض الأجسام. تتعامل حركيات النقطة المادية أيضًا مع هذه المشكلة ، لكنها لا تفعل ذلك بطريقة عامة. في الواقع ، يدرس هذا القسم الفرعي الأساليب التي تتيح لك وصف حركة الأجسام. في هذه الحالة ، فقط ما يسمى بالهيئات المثالية هي المناسبة للبحث. وهي تشمل: نقطة مادية ، وجسم صلب تمامًا ، وغاز مثالي. دعنا نفكر في المفاهيم بمزيد من التفصيل. نعلم جميعًا من مقعد المدرسة أنه من المعتاد تسمية نقطة مادية بجسم ، يمكن إهمال أبعادها في موقف معين. بالمناسبة ، تبدأ حركيات الحركة الانتقالية لنقطة مادية لأول مرةتظهر في كتب الفيزياء المدرسية للصف السابع. هذا هو أبسط فرع ، لذلك من الأنسب أن تبدأ التعرف على العلم بمساعدته. سؤال منفصل هو ما هي عناصر حركية النقطة المادية. هناك الكثير منها ، ويمكن تقسيمها بشكل مشروط إلى عدة مستويات مع تعقيد مختلف للفهم. إذا تحدثنا ، على سبيل المثال ، عن متجه نصف القطر ، إذن ، من حيث المبدأ ، لا يوجد شيء معقد في تعريفه. ومع ذلك ، ستوافق على أنه سيكون من الأسهل على الطالب فهمه أكثر من الطالب في المدرسة الإعدادية أو الثانوية. ولكي نكون صادقين ، لا داعي لشرح ميزات هذا المصطلح لطلاب المدارس الثانوية.
نبذة تاريخية عن إنشاء علم الحركة
منذ سنوات عديدة ، كرس العالم العظيم أرسطو نصيب الأسد من وقت فراغه لدراسة ووصف الفيزياء كعلم منفصل. كما عمل على علم الحركة ، محاولًا تقديم أطروحاته ومفاهيمه الرئيسية ، بطريقة أو بأخرى تستخدم في محاولات حل المشكلات العملية وحتى اليومية. أعطى أرسطو الأفكار الأولية حول ماهية عناصر حركية النقطة المادية. أعماله وأعماله قيمة جدا للبشرية جمعاء. ومع ذلك ، فقد ارتكب في استنتاجاته عددًا كبيرًا من الأخطاء ، والسبب في ذلك هو بعض المفاهيم الخاطئة والحسابات الخاطئة. في وقت من الأوقات ، أصبح عالم آخر ، جاليليو جاليلي ، مهتمًا بأعمال أرسطو. كانت إحدى الأطروحات الأساسية التي طرحها أرسطو هي حركة الجسدلا يحدث إلا إذا تم التصرف بناءً عليه ببعض القوة ، التي تحددها الشدة والاتجاه. أثبت جاليليو أن هذا كان خطأ. ستؤثر القوة على معامل سرعة الحركة ، لكن ليس أكثر. أظهر الإيطالي أن القوة هي سبب التسارع ، ولا يمكن أن تنشأ معها إلا بشكل متبادل. أيضًا ، أولى جاليليو جاليلي اهتمامًا كبيرًا لدراسة عملية السقوط الحر ، واستنباط الأنماط المناسبة. ربما يتذكر الجميع تجاربه الشهيرة التي أجراها في برج بيزا المائل. استخدم الفيزيائي أمبير أيضًا أساسيات الحلول الحركية في أعماله.
المفاهيم الأولية
كما ذكرنا سابقًا ، علم الحركة هو دراسة طرق وصف حركة الأجسام المثالية. في هذه الحالة ، يمكن تطبيق أساسيات التحليل الرياضي والجبر العادي والهندسة في الممارسة العملية. ولكن ما هي المفاهيم (على وجه التحديد المفاهيم ، وليس تعريفات الكميات البارامترية) التي تكمن وراء هذا القسم الفرعي من الفيزياء؟ أولاً ، يجب أن يفهم الجميع بوضوح أن حركيات الحركة الانتقالية لنقطة مادية تأخذ بعين الاعتبار الحركة دون مراعاة مؤشرات القوة. أي لحل المشكلات المقابلة ، لا نحتاج إلى صيغ متعلقة بالقوة. لا تؤخذ الحركية في الاعتبار ، بغض النظر عن عددهم - واحد ، اثنان ، ثلاثة ، على الأقل عدة مئات من الآلاف. ومع ذلك ، لا يزال يتم توفير وجود التسارع. في عدد من المشاكل ، تحدد حركيات حركة نقطة مادية مقدار التسارع. ومع ذلك ، فإن أسباب هذه الظاهرة (أي القوى وطبيعتها) لا تؤخذ بعين الاعتبار ولكن تم حذفها.
التصنيف
اكتشفنا أن علم الحركة يستكشف ويطبق طرقًا لوصف حركة الأجسام بغض النظر عن القوى المؤثرة عليها. بالمناسبة ، هناك قسم فرعي آخر من الميكانيكا ، يسمى الديناميكيات ، يتعامل مع مثل هذه المهمة. هناك بالفعل ، يتم تطبيق قوانين نيوتن ، والتي تسمح عمليًا بتحديد عدد كبير جدًا من المعلمات بكمية صغيرة من البيانات الأولية المعروفة. المفاهيم الأساسية للحركية للنقطة المادية هي المكان والزمان. وفيما يتعلق بتطور العلوم بشكل عام وفي هذا المجال ، فقد نشأ السؤال حول مدى ملاءمة استخدام مثل هذا الجمع.
منذ البداية كانت هناك حركيات كلاسيكية. يمكننا أن نقول إنها تتميز ليس فقط بوجود فجوات زمنية ومكانية ، ولكن أيضًا باستقلالها عن اختيار إطار مرجعي أو آخر. بالمناسبة ، سنتحدث عن هذا بعد قليل. الآن دعونا نشرح فقط ما نتحدث عنه. في هذه الحالة ، سيتم اعتبار المقطع فاصلًا مكانيًا ، وسيتم اعتبار الفاصل الزمني فاصلًا زمنيًا. يبدو أن كل شيء واضح. لذلك ، سيتم اعتبار هذه الفجوات في علم الحركة الكلاسيكي على أنها مطلقة وثابتة ، بمعنى آخر ، مستقلة عن الانتقال من إطار مرجعي إلى آخر. سواء كانت حركيات الأعمال النسبية. في ذلك ، يمكن أن تتغير الفجوات أثناء الانتقال بين الأنظمة المرجعية. سيكون من الأصح القول إنهم لا يستطيعون ، لكن يجب عليهم ذلك على الأرجح. وبسبب هذا ، تزامن الاثنينالأحداث العشوائية تصبح أيضًا نسبية وتخضع لاعتبارات خاصة. لهذا السبب في علم الحركة النسبية يتم دمج مفهومين - المكان والزمان - في واحد.
حركية نقطة مادية: السرعة والتسارع وكميات أخرى
لفهم هذا القسم الفرعي من الفيزياء على الأقل ، تحتاج إلى التنقل في أهم المفاهيم ، ومعرفة التعريفات ، وتخيل ما هي هذه الكمية أو تلك بشكل عام. لا يوجد شيء صعب في هذا ، في الواقع ، كل شيء سهل وبسيط للغاية. ربما لنأخذ في الاعتبار ، كبداية ، المفاهيم الأساسية المستخدمة في المسائل الحركية.
حركة
الحركة الميكانيكية سننظر في العملية التي يقوم خلالها كائن مثالي واحد أو آخر بتغيير موضعه في الفضاء. في هذه الحالة ، يمكننا القول أن التغيير يحدث بالنسبة للأجسام الأخرى. من الضروري أيضًا مراعاة حقيقة أن إنشاء فترة زمنية معينة بين حدثين يحدث في وقت واحد. على سبيل المثال ، سيكون من الممكن عزل فاصل زمني معين يتكون خلال الوقت المنقضي بين وصول الجسم من وضع إلى آخر. نلاحظ أيضًا أن الأجسام في هذه الحالة يمكن أن تتفاعل مع بعضها البعض وستتفاعل معها ، وفقًا للقوانين العامة للميكانيكا. هذا هو بالضبط ما تعمل به حركيات النقطة المادية. النظام المرجعي هو المفهوم التالي المرتبط به ارتباطًا وثيقًا
إحداثيات
يمكن تسميتها بالبيانات العادية التي تسمح لك بتحديد موضع الجسم في وقت أو آخر. ترتبط الإحداثيات ارتباطًا وثيقًا بمفهوم النظام المرجعي ، بالإضافة إلى شبكة الإحداثيات. غالبًا ما تكون عبارة عن مزيج من الأحرف والأرقام.
متجه نصف القطر
من الاسم يجب أن يكون واضحًا بالفعل ما هو عليه. ومع ذلك ، فلنتحدث عن هذا بمزيد من التفصيل. إذا تحركت نقطة على طول مسار معين ، وعرفنا بالضبط بداية نظام مرجعي معين ، فيمكننا رسم متجه نصف قطر في أي وقت. سيقوم بتوصيل الموضع الأولي للنقطة بالموقع اللحظي أو النهائي.
المسار
سيطلق عليه خط متصل ، يتم وضعه نتيجة لحركة نقطة مادية في نظام مرجعي معين.
السرعة (الخطية والزاوية)
هذه قيمة يمكنها معرفة مدى سرعة مرور الجسم خلال فاصل مسافة معين.
التسارع (الزاوي والخطي)
يوضح بأي قانون ومدى شدة تغير معلمة سرعة الجسم.
ربما ها هم - العناصر الرئيسية للحركية للنقطة المادية. وتجدر الإشارة إلى أن كلا من السرعة والتسارع عبارة عن كميات متجهة. وهذا يعني أنها لا تمتلك فقط بعض القيمة الإرشادية ، ولكن أيضًا اتجاه معين. بالمناسبة ، يمكن توجيههم في اتجاه واحد وفي اتجاهين متعاكسين. في الحالة الأولى ، سيتسارع الجسم ، وفي الحالة الثانية سيتباطأ
مهام بسيطة
الحركية لنقطة مادية (السرعة والتسارع والمسافة التي تعتبر فيها مفاهيم أساسية عمليًا) لا تشمل عددًا كبيرًا من المهام فحسب ، بل تتضمن أيضًا العديد من فئاتها المختلفة. دعونا نحاول حل مسألة بسيطة إلى حد ما من خلال تحديد المسافة التي يقطعها الجسم.
افترض أن الشروط المتوفرة لدينا هي كما يلي. سيارة السائق عند خط البداية. يعطي المشغل الضوء الأخضر مع العلم ، وتنطلق السيارة فجأة. حدد ما إذا كان بإمكانها تسجيل رقم قياسي جديد في منافسة المتسابقين ، إذا قطع القائد التالي مسافة مائة متر في 7.8 ثانية. خذ عجلة السيارة التي تساوي 3 أمتار مقسومة على مربع ثاني.
إذن ، كيف تحل هذه المشكلة؟ إنه أمر مثير للاهتمام للغاية ، لأننا مطالبون بعدم "تجفيف" تحديد معلمات معينة. يتم تفتيحها مع التحولات وحالة معينة ، مما ينوع عملية حل المؤشرات والبحث عنها. ولكن ما الذي يجب أن نسترشد به قبل الاقتراب من المهمة؟
1. توفر حركيات النقطة المادية استخدام التسارع في هذه الحالة.
2. يُفترض الحل باستخدام صيغة المسافة ، حيث تظهر قيمته العددية في الشروط.
تم حل المشكلة بكل بساطة. للقيام بذلك ، نأخذ صيغة المسافة: S=VoT + (-) AT ^ 2/2. ماهي النقطة؟ نحتاج إلى معرفة المدة التي سيغطيها الراكب المسافة المحددة ، ثم مقارنة الرقم بالسجل لمعرفة ما إذا كان قد تغلب عليه أم لا. للقيام بذلك ، خصص الوقت ، نحصل على الصيغةله: AT ^ 2 + 2VoT - 2S. هذه ليست أكثر من معادلة من الدرجة الثانية. لكن السيارة تقلع ، مما يعني أن السرعة الأولية ستكون 0. عند حل المعادلة ، فإن المميز سيكون 2400. لإيجاد الوقت ، عليك أن تأخذ الجذر. لنقم بذلك حتى المرتبة العشرية الثانية: 48.98 ، أوجد جذر المعادلة: 48.98 / 6=8.16 ثانية. اتضح أن السائق لن يتمكن من تجاوز الرقم القياسي الحالي.
