Что такое кинематика

Кинематика, наряду с динамикой, является разделом механики, которая, в свою очередь, является частью физики. Механика изучает механическое движение тел, изучает способы его описания, а также исследует причины возникновения механического движения. Кинематика же, как раздел механики, изучает только механическое движение тел и способы его описания безотносительно причин возникновения этого движения. Причины возникновения движения рассматривает другой раздел механики — динамика.

Что такое механическое движение в кинематике, и чем механическое движение отличается от просто движения? Дело в том, что в обиходе под движением мы можем понимать что угодно, в том числе различные метафоры («полет мысли», «ход эволюции» и т. п.). Понятие механического движения более точное. Оно подразумевает изменение положения (движение) какого-либо тела или его частей относительно других тел, происходящее за какой-то промежуток времени.

В кинематике, да и во всей механике, важное место занимает понятие тела. Если его размерами можно пренебречь, то мы имеем дело с точечным телом. Например, если автомобиль едет из города А в город Б, и мы изучаем такие параметры его движения как скорость и время, то нас не будут интересовать его размеры и масса, так как они не играют никакой роли (или почти не играют).

Точечные тела по-другому называют материальными точками. При движении такие тела в каждый конкретный момент времени можно считать находящимися в какой-либо точке пространства.

Понятие точечного тела облегчает исследования в кинематике.

Однако в ряде механических движений использование понятия точечного тела неуместно. Например, требуется описать движение грузовика при повороте. В данном случае, мы не можем принять его за материальную точку, так как здесь нас интересует различие в движении его частей и их положение относительно друг друга в пространстве.

Таким образом, кинематика описывает движения тел, определяет точки пространства, в которых они находятся (или их части), а также моменты времени, когда тела (или их части) находятся в соответствующих точках пространства.

Кинематика изучает механическое движение. Под механическим движением понимается изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. Для описания механического движения вводятся система отсчета, состоящая из системы координат, тела отсчета и часов.

В кинематике движение описывается тремя способами: табличным, графическим и аналитическим (уравнением).

В кинематике в первую очередь изучаются наиболее простые типы движения: равномерное прямолинейное и равноускоренное прямолинейное (в том числе свободное падение).

При равномерном прямолинейном движении тело за любые равные промежутки времени проходит равные расстояния в одном и том же направлении. При таком движении координата тела вычисляется по формуле x = x0 + v · t. При равномерном прямолинейном движении скорость тела остается постоянной, но является векторной величиной. Поэтому может быть как положительной (если скорость направлена в положительном направлении оси X), так и отрицательной (когда скорость направлена в отрицательном направлении оси X). Если тело покоится, то его скорость равна нулю, и координата с течением времени не изменяется.

При равноускоренном прямолинейном движении тело за любые равные промежутки времени изменяет значение своей скорости на одну и ту же величину. Скорость тела вычисляется по формуле v = v0 + a · t. Ускорение определяется как изменение значения скорости за единицу времени. При равноускоренном прямолинейном движении постоянно именно ускорение, но не скорость. Если ускорение больше нуля, то тело разгоняется (его скорость увеличивается). Если ускорение меньше нуля, то тело тормозит (при этом скорость уменьшается).

Свободное падение по вертикали является частным случаем равноускоренного прямолинейного движения. При этом движении ускорение равно 9,8 м/с². Обозначается буквой g и называется ускорением свободного падения.