Chuyển động học

Chuyển động học là một nhánh của cơ học cổ điển, có mục đích mô tả chuyển động của các vật thể trong khi bỏ qua nguyên nhân dẫn đến các chuyển động đó.

Không nên nhầm lẫn chuyển động học với động lực học trong cơ học cổ điển (nghiên cứu mối quan hệ giữa chuyển động của các vật thể và nguyên nhân gây ra các chuyển động đó), vốn đôi khi được chia ra làm động học (nghiên cứu mối quan hệ giữa ngoại lực và chuyển động), và tĩnh học (nghiên cứu các tương quan trong một hệ thống ở mức cân bằng). chuyển động học cũng khác với động lực học trong vật lí hiện đại, vốn được dùng để mô tả thay đổi của một hệ thống theo thời gian.

Thuật ngữ "chuyển động học" ngày nay ít được dùng hơn so với trong quá khứ, nhưng nó vẫn có một vai trò nhất định trong vật lí. "Chuyển động học" cũng được dùng trong sinh cơ học và sinh động học.

Ứng dụng đơn giản nhất của chuyển động học là chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động tròn của chất điểm. Phức tạp hơn là chuyển động của các vật thể rắn, tập hợp các chất điểm mà khoảng cách giữa chúng là không đổi theo thời gian. Vật thể rắn có thể chuyển động tịnh tiến, chuyển động tròn, hay cả hai cùng một lúc. Phức tạp hơn nữa là chuyển động của một nhóm các vật thể rắn, có thể được liên kết bởi các mối nối cơ học.

Một số dạng chuyển động học chất lưu sử dụng một mô hình chuyển động học rất phức tạp, với chất lỏng được nghiên cứu được tượng trưng bởi một nhóm các chất điểm. Tuy nhiên, dòng chất lưu thường được coi là một mô hình cơ học môi trường liên tục hơn là mô hình chuyển động học.

Chuyển động

Khi dùng một lực để đẩy quả bóng, quả bóng sẽ di chuyển từ vị trí đứng yên đến vị trí mới. Sự di chuyển của trái banh được gọi là chuyển động. Vậy, chuyển động là sự di chuyển của một vật từ vị trí này đến vị trí khác do có một lực tác động.

Thể loại chuyển động

Mọi Chuyển động đều nằm trong các loại chuyển động sau

• Chuyển động Thẳng

Mọi loại chuyển động theo một đường thẳng theo một hướng không đổi

• Chuyển động Không Thẳng Hàng

Mọi loại chuyển động không theo một đường thẳng và có hướng thay đổi

• Động luợng

Di chuyển của một Khối lượng ở một vận tốc

• Chuyển động tuần hoàn

Mọi loại chuyển động cứ lặp đi lặp lại trong một chu kỳ thời gian . Thí dụ như Dao Dộng, Chuyển động theo vòng tròn

• Sóng

Mọi loại dao động tuần hoàn mang theo năng lượng

Tính chất chuyển động

Chuyển động là sự di chuyển vị trí của một vật từ nơi này đến nơi khác do có một lực tác động. Mọi Chuyển động thẳng hàng theo một hướng do có một Lực tác động được gọi la1 Chuyển Động Thẳng. Nếu có một Chuyển động theo một hướng thẳng hàng qua một quảng đường dài, s , trong một chu Thời gian , t , do có một lực . F . tác động vậy

Vận tốc

• Vận tốc, Tỉ lệ Đường dài trên Thời gian cho biết Vận tốc di chuyển của vật.

$v = \frac{s}{t}$

Gia tốc

• Gia tốc, Tỉ lệ Vận tốc trên Thời gian cho biết Gia tốc di chuyển của vật.

$a = \frac{v}{t}$

Đường Dài

• Đường Dài, Từ hai công thức trên Đường dài di chuyển

$s = v t = a t^2$

Lực

• Lực, Lực tác động trên vật làm cho vật di chuyển

$F = m a = \frac{mv}{t} = \frac{p}{t}$

Năng Lực

• Năng Lực, khả năng của Lực làm cho vật di chuyển

$W = F s = F v t = p v$

Năng Lượng

• Năng Lượng, Công Lực làm cho vật di chuyển trong một đơm vị thời gian cho biết Năng Lực

$E = \frac{W}{t} = F v = F a t = p a$

Chuyển động với vận tốc V(t)

Mọi chuyển động không thẳng hàng có thể biểu diển dưới dạng môt hàm số toán đại số của vận tốc theo thời gian ,V(t)

Vận Tốc

$v = V(t)$

Gia tốc

$\mathbf{a} = {d\mathbf{v}\over dt}$

Đường Dài

s(t) = $\int V(t) dt$

Lực

$F = m a = m \frac {d}{dt}V(t)$

Năng Lực

$W = F d = F \int V(t) dt$

Công suất

$W = \frac {F d}{t} = \frac {F}{t} \int V(t) dt$

Tính tương đối

vận tốc của cùng một chuyển động có thể có những giá trị khác nhau đối với những quan sát viên khác nhau. Do đó, vận tốc có tính tương đối. Ví dụ, một vật chuyển động (có vận tốc khác không) so với vật khác nhưng lại đứng yên (có vận tốc bằng không) so với chính mình.

Để đo giá trị của vận tốc, người ta gắn với mỗi quan sát viên nói trên một hệ trục tọa độ để xác định vị trí trong không gian và một đồng hồ để xác định thời gian. Hệ trục tọa độ và đồng hồ được gọi là hệ quy chiếu. Các quan sát viên khác nhau có thể có hệ quy chiếu khác nhau và quan sát thấy các vận tốc khác nhau của cùng một vật thể đang chuyển động. Như vậy, vận tốc của chuyển động phụ thuộc vào hệ quy chiếu tại đó vị trí và thời gian được ghi nhận.

Cộng vận tốc trong Cơ học cổ điển

Như đã nói ở trên, vận tốc có tính tương đối và, do đó, có thể nhận các giá trị khác nhau đối với các hệ quy chiếu khác nhau. Để "chuyển đổi" vận tốc từ hệ quy chiếu này sang hệ quy chiếu khác, người ta sử dụng phép cộng vận tốc.

Trong Cơ học cổ điển, công thức cộng vận tốc đơn giản là phép cộng véctơ được thể hiện như sau:

$\vec v_{AB} = \vec v_{AC} + \vec v_{CB}$

Trong đó:

• $\vec v_{AB}$ là vận tốc của A đối với B
• $\vec v_{AC}$ là vận tốc của A đối với C
• $\vec v_{CB}$ là vận tốc của C đối với B

Như vậy, vận tốc của một vật A đối với hệ quy chiếu B bằng vận tốc của A đối với một hệ quy chiếu trung gian C cộng với vận tốc của hệ quy chiếu trung gian đó đối với hệ quy chiếu B.

Thuyết tương đối hẹp

Trong thuyết tương đối hẹp, vận tốc được mở rộng ra thành vận tốc-4 trong không-thời gian. Nó là đạo hàm theo thời gian của véctơ vị trí-4:

$U^a := \frac{dx^a}{d \tau}= \frac{dx^a}{dt}\frac{dt}{d \tau}= \left(\gamma c, \gamma \mathbf{u} \right)$

với u là véctơ vận tốc trong không gian ba chiều thông thường

$u^i = \frac{dx^i}{dt}$

và i = 1, 2, 3. Chú ý rằng:

$U^a U_a = -c^2 \,$