KINEMATICA: GESCHIEDENIS, PRINCIPES, FORMULES, OEFENINGEN - FYSIEK - 2026

De kinematica is (meer specifiek van de klassieke mechanica) een gebied van de fysica dat de beweging van lichamen wil bestuderen zonder rekening te houden met de oorzaken ervan. Het richt zich op het bestuderen van de trajecten van lichamen in de loop van de tijd door het gebruik van grootheden zoals verplaatsing, snelheid en versnelling.

Enkele van de kwesties die onder kinematica vallen, zijn de snelheid waarmee een trein reist, de tijd die een bus nodig heeft om zijn bestemming te bereiken, de versnelling die een vliegtuig nodig heeft op het moment van opstijgen om de nodige snelheid te bereiken om op te stijgen, onder andere.

Om dit te doen, gebruikt kinematica een coördinatensysteem waarmee de trajecten kunnen worden beschreven. Dit ruimtelijke coördinatensysteem wordt het referentiesysteem genoemd. De tak van de fysica die zich bezighoudt met de studie van bewegingen waarbij rekening wordt gehouden met hun oorzaken (krachten), is dynamica.

Geschiedenis

Etymologisch gezien heeft het woord kinematica zijn oorsprong van de Griekse term κινηματικος (kynēmatikos), wat beweging of verplaatsing betekent. Het is niet verrassend dat het eerste verslag van bewegingsstudies overeenkomt met de Griekse filosofen en astronomen.

Pas in de veertiende eeuw verschenen de eerste concepten over kinematica die binnen de leer van de intensiteit van vormen of de theorie van berekeningen (berekeningen) vallen. Deze ontwikkelingen zijn gemaakt door wetenschappers William Heytesbury, Richard Swineshead en Nicolas Oresme.

Later, rond het jaar 1604, voerde Galileo Galilei zijn studies uit over de beweging in vrije val van lichamen en van bollen op hellende vlakken.

Galileo wilde onder andere begrijpen hoe planeten en kanonprojectielen bewogen.

Bijdrage van Pierre Varignon

Aangenomen wordt dat het begin van de moderne kinematica heeft plaatsgevonden met de presentatie van Pierre Varignon in januari 1700 aan de Koninklijke Academie van Wetenschappen in Parijs.

In deze presentatie gaf hij een definitie van het concept versnelling en liet hij zien hoe het kan worden afgeleid uit de momentane snelheid, met alleen differentiaalrekening.

Concreet werd de term kinematica bedacht door André-Marie Ampère, die specificeerde wat de inhoud van kinematica was en deze in het veld van de mechanica plaatste.

Ten slotte brak met de ontwikkeling door Albert Einstein van de speciale relativiteitstheorie een nieuwe periode aan; Dit is wat bekend staat als relativistische kinematica, waarin ruimte en tijd geen absoluut karakter meer hebben.

Wat studeer jij?

De kinematica richt zich op de studie van de beweging van lichamen zonder in te gaan op de analyse van de oorzaken ervan. Hiervoor gebruikt hij de beweging van een materieel punt, als ideale weergave van het lichaam in beweging.

Begin

De beweging van lichamen wordt bestudeerd vanuit het standpunt van een waarnemer (intern of extern) in het kader van een referentiesysteem. Kinematica drukt dus wiskundig uit hoe het lichaam beweegt door de variatie van de coördinaten van de lichaamspositie in de tijd.

Op deze manier is de functie waarmee het traject van het lichaam kan worden uitgedrukt niet alleen afhankelijk van de tijd, maar ook van snelheid en versnelling.

In de klassieke mechanica wordt de ruimte als een absolute ruimte beschouwd. Daarom is het een ruimte die onafhankelijk is van materiële lichamen en hun verplaatsing. Evenzo is het van mening dat alle fysieke wetten in elk gebied van de ruimte worden vervuld.

Op dezelfde manier beschouwt de klassieke mechanica dat tijd een absolute tijd is die op dezelfde manier in elk gebied van de ruimte voorbijgaat, ongeacht de beweging van lichamen en elk fysiek fenomeen dat zich kan voordoen.

Formules en vergelijkingen

Snelheid

Snelheid is de omvang die ons in staat stelt om de afgelegde ruimte en de tijd die we hebben gebruikt om deze af te leggen met elkaar in verband te brengen. Snelheid kan worden verkregen door positie af te leiden in relatie tot tijd.

v = ds / dt

In deze formule staat s voor de positie van het lichaam, v is de snelheid van het lichaam en t is de tijd.

Versnelling

Versnelling is de grootte die het mogelijk maakt om de variatie in snelheid te relateren aan de tijd. Versnelling kan worden verkregen door snelheid af te leiden in de tijd.

een = dv / dt

In deze vergelijking vertegenwoordigt a de versnelling van het bewegende lichaam.

Uniforme lijnbeweging

Zoals de naam doet vermoeden, is het een beweging waarbij de beweging in een rechte lijn plaatsvindt. Omdat het uniform is, is het een beweging waarbij de snelheid constant is en waarin de versnelling dus nul is. De vergelijking van uniforme rechtlijnige beweging is:

s = s ₀ + v / t

In deze formule staat s ₀ voor de beginpositie.

Gelijkmatig versnelde rechtlijnige beweging

Nogmaals, het is een beweging waarbij de beweging in een rechte lijn plaatsvindt. Omdat het gelijkmatig wordt versneld, is het een beweging waarbij de snelheid niet constant is, omdat deze varieert als gevolg van versnelling. De vergelijkingen van de gelijkmatig versnelde rechtlijnige beweging zijn als volgt:

v = v ₀ + een ∙ t

s = s ₀ + v ₀ ∙ t + 0,5 ∙ bij ²

In deze v ₀ is de beginsnelheid en is de versnelling.

Oefening opgelost

De bewegingsvergelijking van een lichaam wordt uitgedrukt door de volgende uitdrukking: s (t) = 10t + t ² . Bepalen:

a) Het type beweging.

Het is een gelijkmatig versnelde beweging, aangezien het een constante versnelling heeft van 2 m / s ² .

v = ds / dt = 2t

een = dv / dt = 2 m / s ²

b) De positie 5 seconden na het starten van de beweging.

s (5) = 10 ∙ 5 + 5 ² = 75 m

c) De snelheid wanneer 10 seconden zijn verstreken sinds het begin van de beweging.

v = ds / dt = 2t

v (10) = 20 m / s

d) De tijd die nodig is om een ​​snelheid van 40 m / s te bereiken.

v = 2t

40 = 2 t

t = 40/2 = 20 s

Referenties

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fysica Deel 1. Cecsa.
2. Thomas Wallace Wright (1896). Elementen van mechanica, waaronder kinematica, kinetica en statica. E en FN Spon.
3. PP Teodorescu (2007). Kinematica. Mechanische systemen, klassieke modellen: deeltjesmechanica. Springer.
4. Kinematica. (zd). Op Wikipedia. Opgehaald op 28 april 2018, via es.wikipedia.org.
5. Kinematica. (zd). Op Wikipedia. Opgehaald op 28 april 2018, via en.wikipedia.org.