• מהי קינמטיקה?
• אלמנטים של קינמטיקה
• דוגמאות לקינמטיקה

אנו מסבירים מהי קינמטיקה ומה מקורו של ענף זה בפיזיקה. אלמנטים של קינמטיקה ודוגמאות יישום.

גוּפָנִי החוקר את תנועתם של עצמים מוצקים ומסלולם כפונקציה של זמן, מבלי לקחת בחשבון את מקור הכוחות המניעים אותו. לשם כך, המהירות נלקחת בחשבון (השינוי ב תְזוּזָה ליחידה של מזג אוויר) וה תְאוּצָה (שינוי במהירות) של האובייקט הנע.

מקורות הקינמטיקה חוזרים ל- אַסטרוֹנוֹמִיָה בימי קדם, כאשר אסטרונומים ופילוסופים כמו גלילאו גליליי צפו ב תְנוּעָה של כדורים במישורים משופעים ובנפילה חופשית כדי להבין את תנועת ה כוכבים שְׁמֵימִי. מחקרים אלה, יחד עם אלה של ניקולס קופרניקוס, טיכו ברהה ויוהנס קפלר, שימשו כאסמכתא עבור אייזק ניוטון לניסוח שלו שלושה חוקי תנועה, וכל זה ביחד הקים את הקינמטיקה המודרנית בתחילת המאה ה-18.

תרומתם של הצרפתים ז'אן לה רונד ד'אלמבר, לאונרד אוילר ואנדרה-מארי אמפר היו מפתח בביסוס זה משמעת, הוטבל על ידי אמפר עצמו בתור קינמטיקה (מיוונית kinein, לגלול, להזיז).

ההנחה המאוחרת הרבה יותר של תורת היחסות מאת אלברט איינשטיין תהפוך את הדיסציפלינה הזו על פיה ומצאה קינמטיקה רלטיביסטית, שבה זמן ו מֶרחָב הם אינם ממדים מוחלטים, כמו ה מהירות האור.

אלמנטים של קינמטיקה

המרכיבים הבסיסיים של הקינמטיקה הם שלושה: מרחב, זמן ונייד. עלינו לקחת בחשבון כי ב מֵכָנִיקָה קלאסית שני הראשונים (זמן ומרחב) הם ממדים מוחלטים, בלתי תלויים בנייד ולפני קיומו.

החלל מתואר על ידי גיאומטריה אוקלידית, הזמן נחשב לייחודי בכל אזור של עוֹלָם, ומובייל יכול להיות כל גוף בתנועה. הניידים הפשוטים ביותר הם חלקיקים (ומחקרו פותח את התחום של קינמטיקה של חלקיקים), אך לעתים קרובות יותר נחשבים מוצקים קשיחים (בדומה למערכת של חלקיקים ומתאימים למה שאנו מכירים כגופים או עצמים).

במובן זה, הקינמטיקה הקלאסית שוקלת את סוגי התנועה הבאים:

• תנועת קו אחיד. גוף נע במהירות v קבועה, עם תאוצה אפסית בקו ישר.
• תנועה ישרה מואצת באופן אחיד. גוף נע במהירות המשתנה באופן ליניארי (מכיוון שההאצה שלו קבועה) ככל שהזמן מתקדם.
• תנועה הרמונית פשוטה. זוהי תנועה הדדית מחזורית שבה גוף מתנדנד סביב נקודת שיווי משקל ב כתובת נקבע וביחידות זמן קבועות.
• תנועה פרבולית. זהו הרכב של שתי תנועות ישרות שונות: האחת אופקית ובמהירות קבועה, והשנייה מואצת בצורה אנכית ואחידה.
• תנועה מעגלית אחידה. כפי ששמה מעיד, התנועה היא שעוקבת אחר מעגלים מושלמים בדרכה, תוך שמירה על מודול המהירות שלה ללא שינוי לאורך זמן.
• תנועה מעגלית מואצת באופן אחיד.התנועה היא שעוקבת אחר מעגלים מושלמים בדרכה, אך במהירות המשתנה במודול לאורך זמן.
• תנועה הרמונית מורכבת. זהו שילוב של תנועות הרמוניות פשוטות שונות, בכיוונים שונים.

דוגמאות לקינמטיקה

מחוגי השעון ממחישים תנועה מעגלית אחידה.

רוב התנועות הידועות על פני כדור הארץ הן דוגמאות טובות ממחקרי קינמטיקה. נפילת גוף, למשל, היא תנועה המואצת באופן אחיד על ידי ה כוח המשיכה זֶה כדור הארץ מפעיל על כל החפצים. לכוח הזה אנחנו קוראים מִשׁקָל ומצביע על מרכז כדור הארץ.

דוגמה נוספת היא גוף התלוי מגומי, כמו קפיץ, שתנועתו תהיה הרמונית פשוטה או מורכבת בהתאם לכוחות שאנו מפעילים עליו.

לבסוף, תנועת המחוגים של השעון או של חפץ רופף בתוך צנטריפוגה (הבגדים במכונת הכביסה, למשל), מאפשרת להמחיש את התנועה המעגלית האחידה או המואצת בהתאמה.