سینماتیک حرکت

[kab]

سینماتیک به توصیف هندسی محض حرکت ( یا مسیرهای) اجسام ،بدون توجه به نیروهایی که این حرکت را ایجاد کرده‌اند ، می‌پردازد. در این بررسیعاملین حرکت (نیروهای وارد بر جسم) مد نظر نیست و با مفاهیم مکان ،سرعت ،شتاب،زمانو روابط بین آنها سروکار دارد. در اینعلم ابتدا اجسام را بصورت ذره نقطه‌ای بررسی نموده و سپس با مطالعه حرکت جسم صلبحرکت واقعی اجسام دنبال می‌شود.

حرکت اجسام به دو صورت موردبررسی است :

• سینماتیک انتقالی:
  در این نوع حرکت پارامترهای سیستم به صورت خطیهستند و مختصات فضایی سیستم‌ها فقط انتقال می‌یابد. از اینروحرکت انتقالی مجموعه مورد بررسی قرار می‌گیرد. کمیت مورد بحث در سینماتیک انتقالیشاملجابه‌جایی،سرعت خطی،شتاب خطی،اندازه حرکت خطیو...می‌باشد.
  

• سینماتیک دورانی:
  در این نوع حرکت برخلاف حرکت انتقالی پارامتر اصلیحرکت تغییر زاویه می‌باشد. به عبارتی از تغییر جهت حرکت ،سرعت وشتاب زاویه‌ایحاصل می‌شود. و مختصات فضاییسیستم ‌ها فقط دوران می‌یابند. جابه‌جایی زاویه‌ای ،سرعت زاویه‌ای،شتاب زاویه‌ایواندازه حرکت زاویه‌ایاز جمله کمیات موردبحث در این حرکت می‌باشند.
  

دینامیک حرکت :

دینامیک به نیروهایی که موجب تغییر حرکت یا خواص دیگر ، ازقبیل شکل و اندازه اجسام می‌شوند می‌پردازد. این بخش ما را با مفاهیم نیرو و جرم وقوانین حاکم بر حرکتاجسام هدایت می‌کند. یکمورد خاص در دینامیکایستاشناسیاست که با اجسامی که تحت تاثیرنیروهای خارجی در حال س هستند سروکار دارد.



پایه گذاران مکانیک کلاسیک:

• با این که شروع مکانیک از کمیت سرچشمه می‌گیرد ، در زمانارسطو فرایند فکری مربوط به آن گسترش سریعی پیدا کرد. اما از قرن هفدهم به بعد بود کهمکانیک توسطگالیله،هویگنسواسحاق نیوتن بدرستی پایه‌گذاری شد. آنها نشان دادند که اجسام طبق قواعدی حرکت می‌کنند، و این قواعد به شکلقوانین حرکتبیان شدند. مکانیک کلاسیک یانیوتنی عمدتا با مطالعه پیامدهای قوانین حرکت سروکار دارد.
  

• <LI style="TEXT-ALIGN: right; MARGIN: 0in 0in 12pt; mso-margin-top-alt: auto; tab-stops: list .5in; mso-list: l3 level1 lfo4" class=MsoNormal>قوانین سه گانه اسحاق نیوتن راه مستقیم و سادهای به موضوع مکانیک کلاسیکمی‌گشاید.این قوانین عبارتند از:
  
  
  • <LI style="TEXT-ALIGN: right; MARGIN: 0in 0in 12pt; mso-margin-top-alt: auto; tab-stops: list 1.0in; mso-list: l3 level2 lfo4" class=MsoNormal>قانون اول نیوتن:
    هر جسمی به حالتس یا حرکت یکنواخت خود در روی یک خط مستقیم ادامه می‌دهد مگر اینکه یک نیرویخارجی خالص به آن داده شود و آن حالت را تغییر دهد.
  • قانون دوم نیوتن:
    آهنگ تغییر تکانهخطی یک جسم با برآیند نیروهای وارد بر آن متناسب بوده و در جهت آن قراردارد.
  • قانون سوم نیوتن:
    این قانون که بهقانون عمل و عکس‌العمل معروف است ، اینگونه بیان می‌شود. هر عملی را عکس العملی است، مساوی با آن و در خلاف جهت آن.

فرمولبندی لاگرانژی مکانیک کلاسیک:

در برسی حرکت اجسام به کمک قوانین نیوتوناجسام به صورت ذره‌ای در نظر گرفته می‌شود. بنابراین ، بررسی حرکات سیستم های چندذره‌ای ، اجسام صلب، دستگاه‌های با جرم متغیر ،حرکات جفت شده و ... به کمک قوانین اسحاق نیوتن به سختی صورت می‌گیرد. لاگرانژ وهامیلتوندو روش مستقلی را برای حل این مشکلپیشنهاد کردند. در این روشها برای هر سیستم یک لاگرانژین (هامیلتونین) تعریف کرده ،سپس به کمک معادلات اویلر-لاگرانژ (هامیلتون-ژاکوپی) حرکات محتمل سیستمها موردبررسی قرار می‌گیرد.









موارد شکست فرمولبندی اسحاق نیوتن:

اجسام بسیار سریع:
اجسامی که با سرعت نزدیک بهسرعت نور حرکت می‌کنند.




اجسام با ابعاد میکروسکوپی مانند الکترونها در اتم‌ها.


شکستمکانیک کلاسیک در این وضعیتها ، نتیجه نارسایی مفاهیم کلاسیکی فضاو زمان است.



مکمل مکانیک کلاسیک:




مشکلات موجود در سر راه مکانیک کلاسیک منجربه پیدایش دو نظریه زیر شد:

فرمولبندی نظریهنسبیت خاص برای اجسام متحرک با سرعت زیاد

فرمولبندیمکانیک کوانتومی برای اجسام با ابعاد میکروسکوپی