Що вивчає кінематика? Поняття, значення і завдання

Що вивчає кінематика? З цим питанням майже відразу ж стикаються учні сьомих класів, тільки починаючи вивчення фізики. Сьогодні ми поговоримо про те, що вивчає кінематика, які поняття в ній є найбільш важливими. Розглянемо випадки і основи цього розділу фізики, розберемося з тим, які формули в ній можна застосовувати і в яких випадках це слід робити.

Що вивчає механіка, кінематика, динаміка?

Перш за все давайте проведемо, так би мовити, демаркаційні лінії між цими трьома поняттями. Механіка є одним з фізичних розділів. Про неї можна сказати, що сама механіка займається вивченням законів переміщення тел. Але подібні визначення читач може зустріти і тоді, коли мова йде про кінематику з динамікою.

Так в чому ж різниця?

Давайте спробуємо для початку розібратися з тим, що вивчає кінематика і що ця наука являє собою. По суті справи, кінематика ніколи не була самостійною. Вона є не що інше, як розділ механіки. Всього їх три: кінематика, динаміка та статика. Всі ці три розділу однаково відносяться до механічної категорії, тобто вивчають взаємодії тіл і особливості їх переміщення. Проте кожна з них має характерні особливості.

Тонкощі цих розділів

Кінематика, напевно, є найбільш цікавим розділом з точки зору вирішення завдань. Безліч комбінаторних рішень, дійсно величезний простір для їх планування – все це стає наріжними каменями, на яких базується популярність кінематики. До речі, відкривши навіть тести для підготовки до екзамену в 9-му класі, ми одразу ж можемо натрапити на прості приклади. Говорячи про те, що вивчає кінематика, можемо згадати, що вона розглядає особливості руху тіл без урахування сил взаємодій.


Трохи складніше справа йде з таким розділом механіки, як динаміка. У ній також розглядається рух тіл і фігурують відповідні величини. Це, наприклад, швидкість руху, відстань, час. Але з'являється і ряд сторонніх термінів. Тут простими законами руху не відбудешся, доведеться розглядати механічну систему з урахуванням сил, діючих на те чи інше тіло. А ось статика вже вивчає правила рівноваги в механічних системах. Там з'являються не просто тіла, а важелі та інші елементи.

Що складає основу кінематики?

Отже, ми з'ясували, що кінематика вивчає рух тіл без оглядки на сили, які діють на матеріальні точки. Але що ж лягло в основу цього розділу механіки, крім основних законів? Поняття і визначення - це, звичайно, добре, але адже однією теорією при вирішенні завдань ми не зможемо користуватися. Принаймні, щоб досягти позитивного або підсумкового результату, нам доведеться вдатися до формул. А щоб це зробити, спочатку розберемося з величинами, які у них будуть фігурувати.

Основні величини, які використовуються в задачах по кінематиці

Для початку хочемо нагадати читачам, що вони можуть мати неординарний характер. Давайте почнемо з простої величини, яку ми називаємо відстанню. Це скалярна величина. Тобто має тільки певне значення. Три метри, на які відкотився м'ячик. 25 метрів, які спортсмен проплив. Десять кілометрів, пройдені людиною за цілий день. Все це – числові значення величини, яку ми називаємо відстанню.
Трохи по-іншому справа йде з швидкістю і прискоренням, які в кінематиці (та й взагалі) мають двояку природу. З одного боку, ми можемо дати швидкості чисельне значення. Нехай це буде п'ять, десять, двадцять метрів в секунду. Але ж має швидкість і напрям. Воно збігається з напрямком руху тіла, це ж очевидно. Аналогічно справа йде і з прискоренням. Однак швидкість і прискорення можуть бути спрямовані в різні сторони. При цьому тіло буде сповільнюватися. Уявіть собі, що автомобіль тільки починає їхати, з кожною секундою набираючи швидкість. При цьому швидкість і прискорення направлені в одну сторону, за рахунок чого швидкість тіла збільшується з кожною секундою. А от коли відбувається гальмування, вектора стають спрямованими в різні боки. Кінематика – розділ механіки, який вивчає рух тел. Але яким може бути вивчення, якщо ми не будемо використовувати для цього тимчасові інтервали? Ось вона – ще одна величина, використовувана для вирішення завдань і опису законів у цьому розділі фізики. Вона, поряд з відстанню, прискоренням і швидкістю, входить у деякі формули, найбільш часто використовувані для приведення рішень. Давайте розглянемо досить просту задачу на цю тему, щоб остаточно закріпити на практиці отриману раніше в ході статті теорію.

Завдання

Для перевірки характеристик автомобіля виділяють стометровий відрізок ідеальної дороги. Відомо, що його прискорення дорівнює п'яти метрах на секунду в квадраті. Дізнайтеся, за який час автомобіль зможе пройти певну відстань, взявши до уваги те, що рух починається зі стану спокою. Отже, оскільки кінематика - це розділ механіки, що вивчає закони руху тіл, ми будемо користуватися відповідними формулами. В загальному випадку вона виглядає так: S = V o T +(-)(at^2)/2. Але ми для нашої задачі проведемо зміна виду. Сказано, що рух починається зі стану спокою. Отже, початкова швидкість дорівнює нулю. Отже, добуток швидкості на час V o T буде дорівнювати нулю. Раз вже автомобіль розганяється, для формули властивий знак "+". У підсумку вона прийме наступний вигляд: S = (at^2)/2. Наступною справою виразимо квадрат часу. Для цього помножимо обидві частини отриманого рівняння на двійку, щоб переписати його в рядок. А тепер поділимо подвоєну відстань на прискорення. Останнім кроком для вираження стане витяг квадратного кореня з цього виразу. Ну ось, ми максимально спростили формулу. Тепер вона виглядає так: T = sqrt(2S/a). Залишається тільки підставити числа. В результаті отримаємо, що автомобіль пройшов цю відстань за час, рівний приблизно 632 секунди.