Động học: Lịch sử, Nguyên tắc, Công thức, Bài tập

Động học là lĩnh vực vật lý (cụ thể hơn là cơ học cổ điển) liên quan đến việc nghiên cứu sự chuyển động của cơ thể mà không tính đến nguyên nhân của nó. Nó tập trung vào việc nghiên cứu quỹ đạo của các cơ thể theo thời gian thông qua việc sử dụng các cường độ như chuyển vị, tốc độ và gia tốc.

Một số vấn đề được đề cập trong động học là tốc độ tàu di chuyển, thời gian xe buýt đến đích, gia tốc cần thiết của máy bay tại thời điểm cất cánh để đạt tốc độ cần thiết để cất cánh, trong số những người khác.

Đối với điều này, các khu vực động học đến một hệ thống tọa độ cho phép các quỹ đạo được mô tả. Hệ thống tọa độ không gian này được gọi là hệ quy chiếu. Nhánh vật lý liên quan đến nghiên cứu các chuyển động có tính đến nguyên nhân (lực) của chúng, là động lực học.

Lịch sử

Về mặt từ nguyên học, từ động học có nguồn gốc từ thuật ngữ Hy Lạp κκημ ( kynēmatikos ), có nghĩa là chuyển động hoặc dịch chuyển. Không phải là vô ích, hồ sơ đầu tiên của các nghiên cứu về chuyển động tương ứng với các nhà triết học và thiên văn học Hy Lạp.

Tuy nhiên, phải đến thế kỷ thứ mười bốn, khi những khái niệm đầu tiên về động học xuất hiện, nằm trong học thuyết về cường độ của các hình thức hoặc lý thuyết tính toán ( tính toán ). Những phát triển này được thực hiện bởi các nhà khoa học William Heytesbury, Richard Swineshead và Nicolás Oresme.

Sau đó, vào khoảng năm 1604, Galileo Galilei đã thực hiện các nghiên cứu của mình về sự chuyển động của các vật thể rơi tự do và các quả cầu trên các mặt phẳng nghiêng.

Trong số những thứ khác, Galileo quan tâm đến việc tìm hiểu các hành tinh và đạn pháo di chuyển như thế nào.

Đóng góp của Pierre Varignon

Nó được coi là sự khởi đầu của động học hiện đại xảy ra với sự trình bày của Pierre Varignon vào tháng 1 năm 1700 tại Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia ở Paris.

Trong bài trình bày này, ông đã đưa ra một định nghĩa về khái niệm gia tốc và chỉ ra làm thế nào nó có thể được suy ra từ tốc độ tức thời, chỉ sử dụng phép tính vi phân.

Cụ thể, thuật ngữ điện ảnh được đặt ra bởi André-Marie Ampère, người đã chỉ định nội dung của động học và đặt nó trong lĩnh vực cơ học.

Cuối cùng, với sự phát triển của Albert Einstein về Lý thuyết tương đối đặc biệt, một giai đoạn mới bắt đầu; đó là những gì được gọi là động học tương đối tính, trong đó không gian và thời gian không còn có đặc tính tuyệt đối.

Bạn học gì

Các động học tập trung vào nghiên cứu sự chuyển động của cơ thể mà không đi đến phân tích nguyên nhân của chúng. Đối với điều này, ông sử dụng chuyển động của một điểm vật chất, như một đại diện lý tưởng của cơ thể trong chuyển động.

Nguyên tắc

Chuyển động của các cơ thể được nghiên cứu từ quan điểm của một người quan sát (bên trong hoặc bên ngoài) trong khuôn khổ của một hệ thống tham chiếu. Do đó, động học biểu thị một cách toán học cách cơ thể di chuyển từ sự biến đổi tọa độ của vị trí của cơ thể theo thời gian.

Theo cách này, chức năng cho phép thể hiện quỹ đạo của cơ thể không chỉ phụ thuộc vào thời gian, mà còn phụ thuộc vào tốc độ và gia tốc.

Trong cơ học cổ điển, không gian được coi là một không gian tuyệt đối. Do đó, nó là một không gian độc lập với các vật thể và sự dịch chuyển của chúng. Cũng xem xét rằng tất cả các quy luật vật lý được đáp ứng trong bất kỳ khu vực không gian.

Theo cùng một cách, cơ học cổ điển coi thời gian là thời gian tuyệt đối diễn ra theo cùng một cách trong bất kỳ vùng không gian nào, độc lập với sự chuyển động của cơ thể và của bất kỳ hiện tượng vật lý nào có thể xảy ra.

Công thức và phương trình

Tốc độ

Tốc độ là độ lớn cho phép liên quan đến không gian đã đi và thời gian di chuyển nó. Tốc độ có thể đạt được bằng cách lấy vị trí liên quan đến thời gian.

v = DS / dt

Trong công thức này s đại diện cho vị trí của cơ thể, v là vận tốc của cơ thể và t là thời gian.

Tăng tốc

Gia tốc là độ lớn cho phép liên hệ sự biến đổi của tốc độ với thời gian. Gia tốc có thể đạt được bằng cách lấy tốc độ theo thời gian.

a = dv / dt

Trong phương trình này a đại diện cho gia tốc của cơ thể trong chuyển động.

Chuyển động trực tràng thống nhất

Như tên gọi của nó, nó là một chuyển động trong đó sự dịch chuyển xảy ra theo một đường thẳng. Vì nó là đồng nhất, nó là một chuyển động trong đó tốc độ không đổi và do đó, gia tốc bằng không. Phương trình của chuyển động thẳng đều là:

s = s ₀ + v / t

Trong công thức này s ₀ đại diện cho vị trí ban đầu.

Chuyển động thẳng đều

Một lần nữa, nó là một chuyển động trong đó sự dịch chuyển xảy ra theo một đường thẳng. Vì nó được gia tốc đồng đều, nó là một chuyển động trong đó tốc độ không phải là hằng số, vì nó thay đổi như là hệ quả của gia tốc. Các phương trình của chuyển động thẳng đều tăng tốc đều như sau:

v = v ₀ + a t

s = s ₀ + v ₀ ∙ t + 0, 5 ∙ a t2

Trong các v ₀ này là vận tốc ban đầu đã là gia tốc.