Qu'est-ce que la cinématique ? Pour la première fois, les élèves du secondaire commencent à se familiariser avec sa définition dans les cours de physique. La mécanique (la cinématique est une de ses branches) constitue elle-même une grande partie de cette science. Habituellement, il est d'abord présenté aux étudiants dans les manuels. Comme nous l'avons dit, la cinématique est une sous-section de la mécanique. Mais puisque nous parlons d'elle, parlons-en un peu plus en détail.
La mécanique dans le cadre de la physique
Le mot "mécanique" lui-même est d'origine grecque et se traduit littéralement par l'art de construire des machines. En physique, il est considéré comme une section qui étudie le mouvement des soi-disant corps matériels par nous dans des espaces de tailles différentes (c'est-à-dire que le mouvement peut se produire dans un plan, sur une grille de coordonnées conditionnelles ou dans un espace tridimensionnel). L'étude de l'interaction entre points matériels est l'une des tâches que la mécanique accomplit (la cinématique fait exception à cette règle, puisqu'elle s'occupe de modéliser et d'analyser des situations alternatives sans tenir compte de l'impact des paramètres de force). Avec tout cela, il convient de noter que la branche correspondante de la physiquedésigne par mouvement le changement de position du corps dans l'espace au cours du temps. Cette définition s'applique non seulement aux points ou corps matériels dans leur ensemble, mais aussi à leurs parties.
Le concept de cinématique
Le nom de cette section de la physique est également d'origine grecque et se traduit littéralement par "mouvement". Ainsi, nous obtenons la réponse initiale, pas encore vraiment formée, à la question de savoir ce qu'est la cinématique. Dans ce cas, on peut dire que la section étudie les méthodes mathématiques pour décrire certains types de mouvement de corps directement idéalisés. Nous parlons de corps dits absolument solides, de liquides idéaux et, bien sûr, de points matériels. Il est très important de se rappeler que lors de l'application de la description, les causes du mouvement ne sont pas prises en compte. Autrement dit, les paramètres tels que la masse corporelle ou la force qui affectent la nature de son mouvement ne sont pas pris en compte.
Bases de la cinématique
Ils incluent des concepts tels que le temps et l'espace. Comme l'un des exemples les plus simples, nous pouvons citer une situation où, disons, un point matériel se déplace le long d'un cercle d'un certain rayon. Dans ce cas, la cinématique attribuera l'existence obligatoire d'une telle quantité à l'accélération centripète, qui est dirigée le long du vecteur du corps lui-même au centre du cercle. Autrement dit, le vecteur d'accélération coïncidera à tout moment avec le rayon du cercle. Mais même dans ce cas (avecaccélération centripète) la cinématique n'indiquera pas la nature de la force qui l'a fait apparaître. Ce sont déjà des actions que la dynamique analyse.
À quoi ressemble la cinématique ?
Donc, nous avons en fait donné la réponse à ce qu'est la cinématique. C'est une branche de la mécanique qui étudie comment décrire le mouvement d'objets idéalisés sans étudier les paramètres de force. Parlons maintenant de ce que peut être la cinématique. Son premier type est classique. Il est d'usage de considérer les caractéristiques spatiales et temporelles absolues d'un certain type de mouvement. Dans le rôle des premiers apparaissent les longueurs des segments, dans le rôle des seconds, les intervalles de temps. Autrement dit, on peut dire que ces paramètres restent indépendants du choix du système de référence.
Relativiste
Le deuxième type de cinématique est relativiste. Dans celui-ci, entre deux événements correspondants, les caractéristiques temporelles et spatiales peuvent changer si une transition s'opère d'un référentiel à un autre. La simultanéité de l'origine de deux événements prend ici aussi un caractère exclusivement relatif. Dans ce type de cinématique, deux concepts distincts (et nous parlons d'espace et de temps) fusionnent en un seul. Dans celui-ci, la quantité, généralement appelée intervalle, devient invariante sous les transformations lorentziennes.
L'histoire de la création de la cinématique
Nousréussi à comprendre le concept et à donner une réponse à la question de savoir ce qu'est la cinématique. Mais quelle a été l'histoire de son émergence en tant que sous-section de la mécanique ? C'est de cela dont nous devons parler maintenant. Pendant assez longtemps, tous les concepts de cette sous-section étaient basés sur des œuvres écrites par Aristote lui-même. Ils contenaient des déclarations pertinentes selon lesquelles la vitesse d'un corps lors d'une chute est directement proportionnelle à l'indicateur numérique du poids d'un corps particulier. Il a également été mentionné que la cause du mouvement est directement la force, et en son absence, on ne peut parler d'aucun mouvement.
Expériences de Galileo
Le célèbre scientifique Galileo Galilei s'est intéressé aux travaux d'Aristote à la fin du XVIe siècle. Il a commencé à étudier le processus de chute libre du corps. On peut citer ses expériences sur la tour penchée de Pise. Le scientifique a également étudié le processus d'inertie des corps. En fin de compte, Galilée a réussi à prouver qu'Aristote avait tort dans ses travaux et il a tiré un certain nombre de conclusions erronées. Dans le livre correspondant, Galileo a décrit les résultats des travaux effectués avec la preuve de l'erreur des conclusions d'Aristote.
La cinématique moderne est désormais considérée comme née en janvier 1700. Puis Pierre Varignon s'exprima devant l'Académie française des sciences. Il a également apporté les premiers concepts d'accélération et de vitesse, en les écrivant et en les expliquant sous une forme différentielle. Un peu plus tard, Ampère prend également note de quelques idées cinématiques. Au XVIIIe siècle, il utilisa en cinématique ce qu'on appellecalcul variationnel. La théorie spéciale de la relativité, créée encore plus tard, a montré que l'espace, comme le temps, n'est pas absolu. Dans le même temps, il a été souligné que la vitesse pouvait être fondamentalement limitée. Ce sont ces fondements qui ont poussé la cinématique à se développer dans le cadre et les concepts de la mécanique dite relativiste.
Concepts et quantités utilisés dans la section
Les bases de la cinématique comprennent plusieurs quantités qui sont utilisées non seulement en termes théoriques, mais également dans des formules pratiques utilisées dans la modélisation et la résolution d'un certain nombre de problèmes. Familiarisons-nous plus en détail avec ces quantités et ces concepts. Commençons par les derniers.
1) Mouvement mécanique. Il est défini comme des changements dans la position spatiale d'un certain corps idéalisé par rapport à d'autres (points matériels) au cours du changement de l'intervalle de temps. En même temps, les corps mentionnés ont les forces d'interaction correspondantes les uns avec les autres.
2) Système de référence. La cinématique, que nous avons définie précédemment, est basée sur l'utilisation d'un système de coordonnées. La présence de ses variations est une des conditions nécessaires (la deuxième condition est l'utilisation d'instruments ou de moyens de mesure du temps). En général, un cadre de référence est nécessaire pour réussir la description de tel ou tel type de mouvement.
3) Coordonnées. Étant un indicateur imaginaire conditionnel, inextricablement lié au concept précédent (cadre de référence), les coordonnées ne sont rien de plus qu'une méthode par laquelle la position d'un corps idéalisé dansespace. Dans ce cas, des chiffres et des caractères spéciaux peuvent être utilisés pour la description. Les coordonnées sont souvent utilisées par les éclaireurs et les artilleurs.
4) Vecteur de rayon. Il s'agit d'une grandeur physique qui est utilisée en pratique pour fixer la position d'un corps idéalisé avec un œil sur la position d'origine (et pas seulement). En termes simples, un certain point est pris et il est fixé par convention. C'est le plus souvent l'origine des coordonnées. Donc, après cela, disons, un corps idéalisé à partir de ce point commence à se déplacer le long d'une trajectoire arbitraire libre. À tout moment, nous pouvons relier la position du corps à l'origine, et la ligne droite résultante ne sera rien de plus qu'un vecteur de rayon.
5) La section cinématique utilise le concept de trajectoire. C'est une ligne continue ordinaire, qui est créée lors du mouvement d'un corps idéalisé lors d'un mouvement libre arbitraire dans un espace de différentes tailles. La trajectoire, respectivement, peut être rectiligne, circulaire et brisée.
6) La cinématique du corps est inextricablement liée à une quantité physique telle que la vitesse. En fait, il s'agit d'une grandeur vectorielle (il est très important de rappeler que le concept de grandeur scalaire ne lui est applicable que dans des situations exceptionnelles), qui caractérisera la vitesse de changement de position d'un corps idéalisé. Elle est considérée comme un vecteur du fait que la vitesse détermine la direction du mouvement en cours. Pour utiliser le concept, vous devez appliquer le cadre de référence, comme mentionné précédemment.
7) Cinématique, dont la définition parle dequ'il ne considère pas les causes qui provoquent le mouvement, dans certaines situations, il considère également l'accélération. C'est aussi une quantité vectorielle, qui montre à quel point le vecteur vitesse d'un corps idéalisé changera avec un changement alternatif (parallèle) dans l'unité de temps. Sachant en même temps dans quelle direction les deux vecteurs - vitesse et accélération - sont dirigés, on peut dire de la nature du mouvement du corps. Il peut être soit uniformément accéléré (les vecteurs sont les mêmes) soit uniformément lent (les vecteurs sont dans des directions opposées).
8) Vitesse angulaire. Une autre quantité vectorielle. En principe, sa définition coïncide avec celle analogue que nous avons donnée précédemment. En fait, la seule différence est que le cas précédemment considéré s'est produit lors d'un déplacement le long d'une trajectoire rectiligne. Ici, nous avons un mouvement circulaire. Il peut s'agir d'un cercle net ou d'une ellipse. Un concept similaire est donné pour l'accélération angulaire.
Physique. Cinématique. Formules
Pour résoudre des problèmes pratiques liés à la cinématique des corps idéalisés, il existe toute une liste de formules diverses. Ils permettent de déterminer la distance parcourue, l'instantané, la vitesse finale initiale, le temps pendant lequel le corps a parcouru telle ou telle distance, et bien plus encore. Un cas d'application distinct (privé) sont des situations avec une chute libre simulée d'un corps. Dans ceux-ci, l'accélération (désignée par la lettre a) est remplacée par l'accélération de la gravité (lettre g, numériquement égale à 9,8 m/s^2).
Alors, qu'avons-nous découvert ? Physique - cinématique (dont les formulesdérivés les uns des autres) - cette section est utilisée pour décrire le mouvement de corps idéalisés sans tenir compte des paramètres de force qui deviennent les causes du mouvement correspondant. Le lecteur peut toujours se familiariser avec ce sujet plus en détail. La physique (le sujet "cinématique") est très importante, puisque c'est elle qui donne les concepts de base de la mécanique en tant que section globale de la science correspondante.
