Il cinematica È l'area della fisica (più specificamente meccanica classica) che si occupa di studiare il movimento dei corpi senza tener conto delle sue cause. Si concentra sullo studio delle traiettorie dei corpi nel tempo attraverso l'uso di grandezze come spostamento, velocità e accelerazione.
Alcuni dei problemi coperti dalla cinematica sono la velocità con cui viaggia un treno, il tempo impiegato da un autobus per raggiungere la sua destinazione, l'accelerazione che un aereo richiede al momento del decollo per raggiungere la velocità necessaria per decollare, tra l'altro.
Per fare ciò, la cinematica utilizza un sistema di coordinate che consente di descrivere le traiettorie. Questo sistema di coordinate spaziali è chiamato sistema di riferimento. La branca della fisica che si occupa dello studio dei movimenti tenendo conto delle loro cause (forze), è la dinamica.
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Etimologicamente, la parola cinematica ha la sua origine nel termine greco κινηματικος (kynēmatikos), che significa movimento o spostamento. Non sorprende che il primo record di studi sul movimento corrisponda ai filosofi e agli astronomi greci.
Tuttavia, fu solo nel XIV secolo quando apparvero i primi concetti sulla cinematica, che si trovano all'interno della dottrina dell'intensità delle forme o della teoria dei calcoli (calcoli). Questi sviluppi sono stati fatti dagli scienziati William Heytesbury, Richard Swineshead e Nicolás Oresme.
Successivamente, intorno all'anno 1604, Galileo Galilei compì i suoi studi sul movimento in caduta libera dei corpi e delle sfere su piani inclinati.
Tra le altre cose, Galileo era interessato a capire come si muovevano pianeti e proiettili di cannone.
Si ritiene che l'inizio della cinematica moderna sia avvenuto con la presentazione di Pierre Varignon nel gennaio 1700 all'Accademia reale delle scienze di Parigi..
In questa presentazione ha fornito una definizione del concetto di accelerazione e dimostrato come si possa dedurre dalla velocità istantanea, utilizzando solo il calcolo differenziale..
Nello specifico, il termine cinematica è stato coniato da André-Marie Ampère, che ha specificato quali fossero i contenuti della cinematica e lo ha collocato nel campo della meccanica..
Infine, con lo sviluppo da parte di Albert Einstein della Teoria della Relatività Speciale, iniziò un nuovo periodo; è la cosiddetta cinematica relativistica, in cui spazio e tempo non hanno più un carattere assoluto.
La cinematica si concentra sullo studio del movimento dei corpi senza entrare nell'analisi delle sue cause. Per fare ciò, utilizza il movimento di un punto materiale, come rappresentazione ideale del corpo in movimento..
Il movimento dei corpi è studiato dal punto di vista di un osservatore (interno o esterno) nell'ambito di un sistema di riferimento. Pertanto, la cinematica esprime matematicamente come il corpo si muove dalla variazione delle coordinate della posizione del corpo nel tempo.
In questo modo, la funzione che permette di esprimere la traiettoria del corpo non dipende solo dal tempo, ma dipende anche dalla velocità e dall'accelerazione.
Nella meccanica classica lo spazio è considerato come uno spazio assoluto. Pertanto, è uno spazio indipendente dai corpi materiali e dal loro spostamento. Considera inoltre che tutte le leggi fisiche sono soddisfatte in qualsiasi regione dello spazio..
Allo stesso modo, la meccanica classica ritiene che il tempo sia un tempo assoluto che scorre allo stesso modo in qualsiasi regione dello spazio, indipendentemente dal movimento dei corpi e da qualsiasi fenomeno fisico che possa verificarsi..
La velocità è la grandezza che permette di mettere in relazione lo spazio percorso e il tempo impiegato per percorrerlo. La velocità può essere ottenuta derivando la posizione rispetto al tempo.
v = ds / dt
In questa formula s rappresenta la posizione del corpo, v è la velocità del corpo et è il tempo.
L'accelerazione è l'entità che consente di correlare la variazione di velocità con il tempo. L'accelerazione può essere ottenuta derivando la velocità rispetto al tempo.
a = dv / dt
In questa equazione a rappresenta l'accelerazione del corpo in movimento.
Come suggerisce il nome, è un movimento in cui il movimento avviene in linea retta. Essendo uniforme, è un moto in cui la velocità è costante e in cui, quindi, l'accelerazione è nulla. L'equazione del moto rettilineo uniforme è:
s = s0 + v / t
In questa formula s0 rappresenta la posizione di partenza.
Ancora una volta, è un movimento in cui il movimento avviene in linea retta. Poiché è uniformemente accelerato, è un movimento in cui la velocità non è costante, poiché varia in conseguenza dell'accelerazione. Le equazioni del moto rettilineo uniformemente accelerato sono le seguenti:
v = v0 + a ∙ t
s = s0 + v0 ∙ t + 0,5 ∙ a tDue
In questi v0 è la velocità iniziale e a è l'accelerazione.
L'equazione del moto di un corpo è espressa dalla seguente espressione: s (t) = 10t + tDue. Determinare:
a) Il tipo di movimento.
È un moto uniformemente accelerato, poiché ha un'accelerazione costante di 2 m / sDue.
v = ds / dt = 2t
a = dv / dt = 2 m / sDue
b) La posizione 5 secondi dopo l'inizio del movimento.
s (5) = 10 ∙ 5 + 5Due= 75 m
c) La velocità quando sono trascorsi 10 secondi dall'inizio del movimento.
v = ds / dt = 2t
v (10) = 20 m / s
d) Il tempo necessario per raggiungere una velocità di 40 m / s.
v = 2t
40 = 2 t
t = 40/2 = 20 s
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