ما هي الحركية؟ لأول مرة ، يبدأ طلاب المدارس الثانوية في التعرف على تعريفها في دروس الفيزياء. تشكل الميكانيكا (علم الحركة أحد فروعها) بحد ذاتها جزءًا كبيرًا من هذا العلم. عادة ما يتم تقديمه للطلاب أولاً في الكتب المدرسية. كما قلنا ، علم الحركة هو قسم فرعي من الميكانيكا. لكن بما أننا نتحدث عنها ، فلنتحدث عنها بمزيد من التفصيل.
ميكانيكا كجزء من الفيزياء
كلمة "ميكانيكا" نفسها هي من أصل يوناني وتُترجم حرفيًا على أنها فن آلات البناء. في الفيزياء ، يعتبر قسمًا يدرس حركة ما يسمى بالأجسام المادية من قبلنا في مساحات مختلفة الحجم (أي ، يمكن أن تحدث الحركة في مستوى واحد ، على شبكة إحداثيات شرطية ، أو في مساحة ثلاثية الأبعاد). تعد دراسة التفاعل بين النقاط المادية إحدى المهام التي يؤديها الميكانيكيون (تعتبر علم الحركة استثناءً لهذه القاعدة ، حيث تشارك في نمذجة وتحليل المواقف البديلة دون مراعاة تأثير معلمات القوة). مع كل هذا ، تجدر الإشارة إلى أن الفرع المقابل للفيزياءيعني بالحركة التغيير في موضع الجسم في الفضاء بمرور الوقت. هذا التعريف لا ينطبق فقط على النقاط المادية أو الأجسام ككل ، ولكن أيضًا على أجزائها.
مفهوم الحركية
اسم هذا القسم من الفيزياء هو أيضًا من أصل يوناني ويُترجم حرفياً على أنه "حركة". وهكذا ، نحصل على الإجابة الأولية ، التي لم يتم تشكيلها حقًا بعد ، على سؤال ماهية علم الحركة. في هذه الحالة ، يمكننا القول أن القسم يدرس طرقًا رياضية لوصف أنواع معينة من الحركة للأجسام المثالية بشكل مباشر. نحن نتحدث عن ما يسمى بالأجسام الصلبة تمامًا ، وعن السوائل المثالية ، وبالطبع عن النقاط المادية. من المهم جدًا أن تتذكر أنه عند تطبيق الوصف ، لا تؤخذ أسباب الحركة في الاعتبار. أي أن المعلمات مثل كتلة الجسم أو القوة التي تؤثر على طبيعة حركته لا تخضع في الاعتبار.
أساسيات علم الحركة
تشمل مفاهيم مثل الزمان والمكان. كأحد أبسط الأمثلة ، يمكننا الاستشهاد بموقف تتحرك فيه نقطة مادية على طول دائرة نصف قطرها معين. في هذه الحالة ، ستنسب الكينماتيكا الوجود الإجباري لمثل هذه الكمية مثل تسارع الجاذبية ، والذي يتم توجيهه على طول المتجه من الجسم نفسه إلى مركز الدائرة. أي أن متجه التسارع في أي وقت سيتطابق مع نصف قطر الدائرة. ولكن حتى في هذه الحالة (معتسارع الجاذبية) الحركية لن تشير إلى طبيعة القوة التي تسببت في ظهورها. هذه بالفعل إجراءات تحللها الديناميكيات.
كيف تبدو الحركية؟
إذن ، في الواقع ، قدمنا الإجابة على ماهية علم الحركة. إنه فرع من فروع الميكانيكا يدرس كيفية وصف حركة الأجسام المثالية دون دراسة معلمات القوة. الآن دعنا نتحدث عن ما يمكن أن تكون عليه الحركية. النوع الأول كلاسيكي. من المعتاد مراعاة الخصائص المكانية والزمانية المطلقة لنوع معين من الحركة. في دور الأول ، تظهر أطوال المقاطع ، في دور الأخير ، الفواصل الزمنية. بمعنى آخر ، يمكننا القول أن هذه المعلمات تظل مستقلة عن اختيار النظام المرجعي.
نسبية
النوع الثاني من الكينماتيكا هو نسبي. في ذلك ، بين حدثين متطابقين ، يمكن أن تتغير الخصائص الزمنية والمكانية إذا تم الانتقال من إطار مرجعي إلى آخر. يأخذ تزامن أصل حدثين في هذه الحالة أيضًا طابعًا نسبيًا حصريًا. في هذا النوع من الكينماتيكا ، يندمج مفهومان منفصلان (ونحن نتحدث عن المكان والزمان) في مفهوم واحد. في ذلك ، الكمية ، التي تسمى عادة الفاصل الزمني ، تصبح ثابتة في ظل تحولات لورنتزيان.
تاريخ إنشاء الكينماتيكا
لناتمكنت من فهم المفهوم وإعطاء إجابة على السؤال عن ماهية علم الحركة. ولكن ما هو تاريخ ظهورها كقسم فرعي للميكانيكا؟ هذا ما نحتاج إلى الحديث عنه الآن. لفترة طويلة ، استندت جميع مفاهيم هذا القسم الفرعي إلى أعمال كتبها أرسطو بنفسه. لقد احتوتوا على عبارات ذات صلة بأن سرعة الجسم أثناء السقوط تتناسب طرديًا مع المؤشر العددي لوزن جسم معين. كما ورد أن سبب الحراك هو القوة مباشرة ، وفي غيابها لا يمكن الحديث عن أي حركة.
تجارب غاليليو
أصبح العالم الشهير جاليليو جاليلي مهتمًا بأعمال أرسطو في نهاية القرن السادس عشر. بدأ في دراسة عملية السقوط الحر للجسم. يمكن ذكر تجاربه على برج بيزا المائل. كما درس العالم عملية القصور الذاتي للأجسام. في النهاية ، تمكن جاليليو من إثبات أن أرسطو كان مخطئًا في أعماله ، وقدم عددًا من الاستنتاجات الخاطئة. في الكتاب المقابل ، أوجز جاليليو نتائج العمل الذي تم تنفيذه مع الدليل على مغالطة استنتاجات أرسطو.
تعتبر الكينماتيكا الحديثة قد نشأت في يناير 1700. ثم تحدث بيير فارينيون أمام الأكاديمية الفرنسية للعلوم. كما جلب المفاهيم الأولى للتسارع والسرعة وكتابتها وشرحها بصيغة تفاضلية. بعد ذلك بقليل ، لاحظ أمبير أيضًا بعض الأفكار الحركية. في القرن الثامن عشر استخدم في علم الحركة ما يسمىحساب التفاضل. أظهرت النظرية النسبية الخاصة ، التي تم إنشاؤها حتى في وقت لاحق ، أن المكان ، مثل الوقت ، ليس مطلقًا. في الوقت نفسه ، أشير إلى أن السرعة يمكن أن تكون محدودة بشكل أساسي. هذه الأسس هي التي دفعت الحركية إلى التطور في إطار ومفاهيم ما يسمى بالميكانيكا النسبية.
المفاهيم والكميات المستخدمة في قسم
تتضمن أساسيات علم الحركة العديد من الكميات التي لا تستخدم فقط من الناحية النظرية ، بل تحدث أيضًا في الصيغ العملية المستخدمة في نمذجة وحل مجموعة معينة من المشكلات. دعنا نتعرف على هذه الكميات والمفاهيم بمزيد من التفصيل. لنبدأ مع آخرها.
1) حركة ميكانيكية. يتم تعريفه على أنه تغييرات في الموقع المكاني لجسم مثالي معين بالنسبة للآخرين (النقاط المادية) في سياق تغيير الفاصل الزمني. في الوقت نفسه ، تمتلك الهيئات المذكورة قوى التفاعل المقابلة مع بعضها البعض.
2) النظام المرجعي. تعتمد علم الحركة ، التي حددناها سابقًا ، على استخدام نظام إحداثيات. وجود تبايناته هو أحد الشروط الضرورية (الشرط الثاني هو استخدام أدوات أو وسائل لقياس الوقت). بشكل عام ، يعد الإطار المرجعي ضروريًا لوصف ناجح لنوع أو آخر من أنواع الحركة.
3) الإحداثيات. كونه مؤشرًا تخيليًا شرطيًا ، مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بالمفهوم السابق (الإطار المرجعي) ، فإن الإحداثيات ليست أكثر من طريقة يتم من خلالها وضع الجسم المثالي فيالفراغ. في هذه الحالة ، يمكن استخدام الأرقام والأحرف الخاصة للوصف. غالبًا ما يستخدم الكشافة والمدفعي الإحداثيات.
4) متجه نصف القطر. هذه كمية مادية تُستخدم عمليًا لضبط موضع الجسم المثالي بعينه على الموضع الأصلي (وليس فقط). ببساطة ، يتم أخذ نقطة معينة ويتم إصلاحها للاتفاقية. غالبًا ما يكون هذا هو أصل الإحداثيات. لذلك ، بعد ذلك ، دعنا نقول ، يبدأ الجسم المثالي من هذه النقطة في التحرك على طول مسار تعسفي حر. في أي وقت ، يمكننا ربط موضع الجسم بالأصل ، والخط المستقيم الناتج لن يكون أكثر من متجه نصف قطر.
5) يستخدم قسم علم الحركة مفهوم المسار. إنه خط عادي مستمر ، يتم إنشاؤه أثناء حركة الجسم المثالي أثناء الحركة الحرة التعسفية في مساحة ذات أحجام مختلفة. يمكن أن يكون المسار ، على التوالي ، مستقيماً ودائرياً ومكسوراً.
6) ترتبط حركيات الجسم ارتباطًا وثيقًا بكمية فيزيائية مثل السرعة. في الواقع ، هذه كمية متجهة (من المهم جدًا أن نتذكر أن مفهوم الكمية القياسية لا ينطبق عليها إلا في حالات استثنائية) ، والتي ستحدد سرعة التغيير في موضع الجسم المثالي. يعتبر متجهًا نظرًا لحقيقة أن السرعة تحدد اتجاه الحركة المستمرة. لاستخدام المفهوم ، يجب تطبيق الإطار المرجعي ، كما ذكر سابقاً.
7) علم الحركة ، تعريف التي يتحدث عنهاأنه لا يأخذ في الاعتبار الأسباب التي تسبب الحركة ، وفي بعض المواقف يعتبر أيضًا التسارع. إنها أيضًا كمية متجهية ، تُظهر مدى شدة تغير متجه السرعة لجسم مثالي مع تغيير بديل (موازٍ) في وحدة الوقت. مع العلم في نفس الوقت الذي يتم فيه توجيه كلا المتجهين - السرعة والتسارع - يمكننا القول عن طبيعة حركة الجسم. يمكن تسريعها بشكل موحد (المتجهات هي نفسها) أو بطيئة بشكل موحد (المتجهات في اتجاهين متعاكسين).
8) السرعة الزاوية. كمية ناقلات أخرى. من حيث المبدأ ، يتطابق تعريفه مع التعريف المماثل الذي قدمناه سابقًا. في الواقع ، الاختلاف الوحيد هو أن الحالة التي تم النظر فيها سابقًا حدثت عند التحرك على طول مسار مستقيم. هنا لدينا حركة دائرية. يمكن أن تكون دائرة أنيقة ، وكذلك القطع الناقص. يتم إعطاء مفهوم مماثل للتسارع الزاوي.
الفيزياء. معادلات الحركة. الصيغ
لحل المشكلات العملية المتعلقة بحركية الأجسام المثالية ، توجد قائمة كاملة من الصيغ المختلفة. إنها تسمح لك بتحديد المسافة المقطوعة ، والسرعة اللحظية ، والسرعة النهائية الأولية ، والوقت الذي قطع خلاله الجسم هذه المسافة أو تلك ، وأكثر من ذلك بكثير. حالة تطبيق منفصلة (خاصة) هي حالات يتم فيها محاكاة السقوط الحر لجسم. في نفوسهم ، يتم استبدال العجلة (المشار إليها بالحرف أ) بعجلة الجاذبية (الحرف ز ، عدديًا يساوي 9.8 م / ث ^ 2).
إذن ماذا اكتشفنا؟ الفيزياء - علم الحركة (الصيغ التيمشتق من بعضها البعض) - يستخدم هذا القسم لوصف حركة الأجسام المثالية دون مراعاة معايير القوة التي أصبحت أسباب الحركة المقابلة. يمكن للقارئ دائمًا التعرف على هذا الموضوع بمزيد من التفصيل. الفيزياء (موضوع "علم الحركة") مهمة للغاية ، لأنها تعطي المفاهيم الأساسية للميكانيكا كقسم عالمي من العلوم المقابلة.
