Kinematik: Geschichte, Prinzipien, Formeln, Übungen

Die Kinematik ist das Gebiet der Physik (genauer gesagt der klassischen Mechanik), das sich mit der Untersuchung der Bewegung von Körpern befasst, ohne deren Ursachen zu berücksichtigen. Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Flugbahnen von Körpern im Zeitverlauf unter Verwendung von Größen wie Verschiebung, Geschwindigkeit und Beschleunigung.

In der Kinematik geht es unter anderem um die Geschwindigkeit, mit der sich ein Zug bewegt, die Zeit, die ein Bus benötigt, um sein Ziel zu erreichen, die Beschleunigung, die ein Flugzeug zum Zeitpunkt des Starts benötigt, um die zum Abheben erforderliche Geschwindigkeit zu erreichen. unter anderem.

Die Kinematik greift dazu auf ein Koordinatensystem zurück, mit dem sich die Trajektorien beschreiben lassen. Dieses System von Raumkoordinaten wird als Bezugssystem bezeichnet. Der Zweig der Physik, der sich mit der Untersuchung von Bewegungen unter Berücksichtigung ihrer Ursachen (Kräfte) befasst, ist die Dynamik.

Geschichte

Etymologisch hat das Wort Kinematik seinen Ursprung im griechischen κινηματικος ( kynēmatikos ), was Bewegung oder Verschiebung bedeutet. Nicht umsonst entspricht die erste Aufzeichnung von Bewegungsstudien den griechischen Philosophen und Astronomen.

Erst im 14. Jahrhundert tauchten jedoch die ersten Konzepte zur Kinematik auf, die in der Lehre von der Intensität der Formen oder der Theorie der Berechnungen ( Berechnungen ) liegen. Diese Entwicklungen wurden von den Wissenschaftlern William Heytesbury, Richard Swineshead und Nicolás Oresme gemacht.

Später, um das Jahr 1604 herum, führte Galileo Galilei seine Studien über die Bewegung der Körper und der Kugeln in geneigten Ebenen im freien Fall durch.

Galileo war unter anderem daran interessiert zu verstehen, wie sich Planeten und Kanonengeschosse bewegten.

Beitrag von Pierre Varignon

Es wird angenommen, dass der Beginn der modernen Kinematik mit der Präsentation von Pierre Varignon im Januar 1700 an der Königlichen Akademie der Wissenschaften in Paris erfolgte.

In dieser Präsentation gab er eine Definition des Konzepts der Beschleunigung und zeigte, wie es aus der momentanen Geschwindigkeit abgeleitet werden kann, indem nur die Differenzialberechnung verwendet wird.

Der Begriff der Kinematik wurde insbesondere von André-Marie Ampère geprägt, die den Inhalt der Kinematik spezifizierte und in den Bereich der Mechanik einordnete.

Schließlich begann mit der Entwicklung der Relativitätstheorie durch Albert Einstein eine neue Periode; es ist die sogenannte relativistische Kinematik, in der Raum und Zeit keinen absoluten Charakter mehr haben.

Was studierst du

Die Kinematik konzentriert sich auf die Untersuchung der Bewegung von Körpern, ohne deren Ursachen zu analysieren. Dabei nutzt er die Bewegung eines materiellen Punktes als ideale Darstellung des Körpers in Bewegung.

Prinzipien

Die Bewegung von Körpern wird aus Sicht eines (internen oder externen) Beobachters im Rahmen eines Bezugssystems untersucht. Somit drückt die Kinematik mathematisch aus, wie sich der Körper aus der Veränderung der Koordinaten der Position des Körpers mit der Zeit bewegt.

Auf diese Weise hängt die Funktion, die es ermöglicht, die Flugbahn des Körpers auszudrücken, nicht nur von der Zeit ab, sondern auch von der Geschwindigkeit und der Beschleunigung.

In der klassischen Mechanik wird der Raum als absoluter Raum betrachtet. Daher ist es ein Raum, der von den materiellen Körpern und ihrer Verschiebung unabhängig ist. Bedenken Sie auch, dass alle physikalischen Gesetze in jeder Region des Weltraums eingehalten werden.

In gleicher Weise ist die klassische Mechanik der Auffassung, dass Zeit eine absolute Zeit ist, die in jeder Region des Raumes auf die gleiche Weise abläuft, unabhängig von der Bewegung des Körpers und von irgendwelchen physikalischen Phänomenen, die auftreten können.

Formeln und Gleichungen

Geschwindigkeit

Die Geschwindigkeit ist die Größe, die es ermöglicht, den zurückgelegten Raum und die Zeit, die sie benötigt, in Beziehung zu setzen. Die Geschwindigkeit kann durch Ableiten der Position in Bezug auf die Zeit erhalten werden.

v = ds / dt

In dieser Formel repräsentiert s die Position des Körpers, v ist die Geschwindigkeit des Körpers und t ist die Zeit.

Beschleunigung

Die Beschleunigung ist die Größe, die es ermöglicht, die Änderung der Geschwindigkeit mit der Zeit in Beziehung zu setzen. Die Beschleunigung kann erhalten werden, indem die Geschwindigkeit in Bezug auf die Zeit abgeleitet wird.

a = du / dt

In dieser Gleichung repräsentiert a die Beschleunigung des Körpers in Bewegung.

Gleichmäßige geradlinige Bewegung

Wie der Name schon sagt, handelt es sich um eine Bewegung, bei der die Verschiebung in einer geraden Linie erfolgt. Da es gleichmäßig ist, ist es eine Bewegung, in der die Geschwindigkeit konstant ist und in der folglich die Beschleunigung Null ist. Die Gleichung der gleichförmigen geradlinigen Bewegung lautet:

s = s ₀ + v / t

In dieser Formel steht s ₀ für die Ausgangsposition.

Gleichmäßig beschleunigte geradlinige Bewegung

Auch hier handelt es sich um eine Bewegung, bei der die Verschiebung in einer geraden Linie erfolgt. Da es gleichmäßig beschleunigt wird, handelt es sich um eine Bewegung, bei der die Geschwindigkeit nicht konstant ist, da sie sich infolge der Beschleunigung ändert. Die Gleichungen der gleichmäßig beschleunigten geradlinigen Bewegung lauten wie folgt:

v = v ₀ + a ∙ t

s = s ₀ + v ₀ ≤ t + 0, 5 ≤ a t2

In diesen v ₀ ist die Anfangsgeschwindigkeit bereits die Beschleunigung.