CINEMATICA: ISTORIC, PRINCIPII, FORMULE, EXERCIȚII - FIZIC - 2025

The cinematice este (mai precis al mecanicii clasice) zona de fizica care ii pasa de a studia mișcarea corpurilor fără a lua în considerare cauzele acesteia. Se concentrează pe studierea traiectoriilor corpurilor de-a lungul timpului prin utilizarea de mărimi precum deplasarea, viteza și accelerația.

Unele dintre problemele abordate de cinematică sunt viteza cu care circulă un tren, timpul necesar pentru ca un autobuz să ajungă la destinație, accelerația cerută de un avion în momentul decolării pentru a atinge viteza necesară pentru decolare, printre altele.

Pentru a face acest lucru, kinematica utilizează un sistem de coordonate care permite descrierea traiectoriilor. Acest sistem de coordonate spațiale se numește sistem de referință. Ramura fizicii care se ocupă cu studiul mișcărilor, ținând cont de cauzele (forțele) acestora, este dinamica.

Istorie

Etimologic, cuvântul cinematică își are originea în termenul grecesc κινηματικος (kynēmatikos), care înseamnă mișcare sau deplasare. Nu este surprinzător, prima înregistrare a studiilor asupra mișcării corespunde filosofilor și astronomilor greci.

Cu toate acestea, nu a fost până în secolul al XIV-lea când au apărut primele concepte despre cinemică, care se află în doctrina intensității formelor sau a teoriei calculelor (calcule). Aceste evoluții au fost realizate de oamenii de știință William Heytesbury, Richard Swineshead și Nicolas Oresme.

Mai târziu, în jurul anului 1604, Galileo Galilei și-a efectuat studiile asupra mișcării în căderea liberă a corpurilor și a sferelor pe planurile înclinate.

Printre altele, Galileo a fost interesat să înțeleagă cum s-au mișcat planetele și proiectilele de tun.

Contribuția lui Pierre Varignon

Începutul cinematicii moderne este considerat a fi avut loc cu prezentarea lui Pierre Varignon în ianuarie 1700 la Academia Regală de Științe din Paris.

În această prezentare a oferit o definiție a conceptului de accelerație și a arătat cum poate fi dedus din viteza instantanee, folosind doar calcul diferențial.

Mai exact, termenul cinematică a fost creat de André-Marie Ampère, care a specificat care este conținutul cinematicii și l-a plasat în domeniul mecanicii.

În cele din urmă, odată cu dezvoltarea lui Albert Einstein a Teoriei Relativității Speciale, a început o nouă perioadă; Aceasta este ceea ce este cunoscută sub numele de cinematică relativistă, în care spațiul și timpul nu mai au un caracter absolut.

Ce studiezi?

Cinematica se concentrează pe studiul mișcării corpurilor fără a intra în analiza cauzelor sale. Pentru aceasta folosește mișcarea unui punct material, ca reprezentare ideală a corpului în mișcare.

Început

Mișcarea corpurilor este studiată din punctul de vedere al unui observator (intern sau extern) în cadrul unui sistem de referință. Astfel, kinematica exprimă matematic modul în care corpul se deplasează de la variația coordonatelor poziției corpului cu timpul.

În acest fel, funcția care permite exprimarea traiectoriei corpului nu numai că depinde de timp, ci depinde și de viteză și accelerație.

În mecanica clasică spațiul este considerat ca un spațiu absolut. Prin urmare, este un spațiu independent de corpurile materiale și de deplasarea acestora. De asemenea, consideră că toate legile fizice sunt îndeplinite în orice regiune a spațiului.

În același mod, mecanica clasică consideră că timpul este un timp absolut care trece în același mod în orice regiune a spațiului, indiferent de mișcarea corpurilor și de orice fenomen fizic care poate apărea.

Formule și ecuații

Viteză

Viteza este amploarea care ne permite să raportăm spațiul parcurs și timpul folosit pentru a o călători. Viteza poate fi obținută prin derivarea poziției în raport cu timpul.

v = ds / dt

În această formulă s reprezintă poziția corpului, v este viteza corpului și t este timpul.

Accelerare

Accelerarea este mărimea care face posibilă relaționarea variației vitezei cu timpul. Accelerarea poate fi obținută prin derivarea vitezei în timp.

a = dv / dt

În această ecuație a reprezintă accelerația corpului în mișcare.

Mișcare uniformă a liniei

După cum sugerează și numele, este o mișcare în care mișcarea se produce în linie dreaptă. Deoarece este uniformă, este o mișcare în care viteza este constantă și în care, prin urmare, accelerația este zero. Ecuația mișcării rectilinii uniforme este:

s = s ₀ + v / t

În această formulă s ₀ reprezintă poziția inițială.

Mișcare rectilinie accelerată uniform

Din nou, este o mișcare în care mișcarea se produce în linie dreaptă. Deoarece este uniform accelerată, este o mișcare în care viteza nu este constantă, deoarece variază ca urmare a accelerației. Ecuațiile mișcării rectilinii uniform accelerate sunt următoarele:

v = v ₀ + a ∙ t

s = s ₀ + v ₀ ∙ t + 0,5 ∙ la ²

În aceste v ₀ este viteza inițială și este accelerația.

Exercițiu rezolvat

Ecuația de mișcare a unui corp este exprimată prin următoarea expresie: s (t) = 10t + t ² . A determina:

a) Tipul de mișcare.

Este o mișcare accelerată uniform, deoarece are o accelerație constantă de 2 m / s ² .

v = ds / dt = 2t

a = dv / dt = 2 m / s ²

b) Poziția la 5 secunde după începerea mișcării.

s (5) = 10 ∙ 5 + 5 ² = 75 m

c) Viteza când au trecut 10 secunde de la începerea mișcării.

v = ds / dt = 2t

v (10) = 20 m / s

d) Timpul necesar pentru a atinge o viteză de 40 m / s.

v = 2t

40 = 2 t

t = 40/2 = 20 s

Referințe

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Volumul fizicii 1. CECSA.
2. Thomas Wallace Wright (1896). Elemente de mecanică, inclusiv cinemică, cinetică și statică. E și FN Spon.
3. PP Teodorescu (2007). Cinematică. Sisteme mecanice, modele clasice: mecanică de particule. Springer.
4. Cinematică. (Nd). În Wikipedia. Preluat pe 28 aprilie 2018, de pe es.wikipedia.org.
5. Cinematică. (Nd). În Wikipedia. Preluat pe 28 aprilie 2018, de pe en.wikipedia.org.