Определение слова «кинематика»

Толковый словарь Ефремовой:

кинематика ж.
Раздел механики, изучающий геометрические свойства движения тел без учёта их массы и действующих на них сил.

Толковый словарь Ушакова:

КИНЕМА́ТИКА, кинематики, мн. нет, ·жен. (от ·греч. kinema — движение) (мех.). Отдел механики — учение о движении независимо от причин, его производящих.

Большой энциклопедический словарь:

КИНЕМАТИКА (от греч. kinema, родительный падеж kinematos — движение) — раздел механики, в котором изучаются геометрические свойства движения тел без учета их массы и действующих на них сил.

Большая советская энциклопедия:

Кинематика
(от греч. knema, родительный падеж kinematos — движение)
раздел механики (См. Механика), посвященный изучению геометрических свойств движений без учета их масс и действующих на них сил. Излагаемое ниже относится к К. движений, рассматриваемых в классической механике (движение макроскопических тел со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света). О К. движений со скоростями, близкими к скоростям света, см. Относительности теория, а о движениях микрочастиц — Квантовая механика.
Устанавливаемые в К. методы и зависимости используются при кинематических исследованиях движений, в частности при расчётах передач движений в различных механизмах, машинах и др., а также при решении задач динамики (См. Динамика). В зависимости от свойств изучаемого объекта К. разделяют на К. точки, К. твёрдого тела и К. непрерывной изменяемой среды (деформируемого тела, жидкости, газа).
Движение любого объекта в К. изучают по отношению к некоторому телу (тело отсчёта); с ним связывают так называемую систему отсчёта (оси х, у, z на рис. 1), с помощью которой определяют положение движущегося объекта относительно тела отсчёта в разные моменты времени. Выбор системы отсчёта в К. произволен и зависит от целей исследования. Например, при изучении движения колеса вагона по отношению к рельсу систему отсчёта связывают с землёй, а при изучении движения того же колеса по отношению к кузову вагона — с кузовом и т.д. Движение рассматриваемого объекта считается заданным (известным), если известны уравнения, называемые уравнениями движения (или графики, таблицы), позволяющие определить положение этого объекта по отношению к системе отсчёта в любой момент времени.
Основная задача К. заключается в установлении (при помощи тех или иных математических методов) способов задания движения точек или тел и в определении по уравнениям их движений соответствующих кинематических характеристик движения, таких, как траектории, скорости и ускорения движущихся точек, угловые скорости и угловые ускорения вращающихся тел и др. Для задания движения точки пользуются одним из 3 способов: естественным, координатным или векторным:
а) естественный (или траекторный), применяемый, когда известна траектория точки по отношению к выбранной системе отсчёта. Положение, точки определяется расстоянием s = O1M от выбранного на траектории начала отсчёта O1, измеренным вдоль дуги траектории и взятым с соответствующим знаком (рис. 1), а закон движения даётся уравнением s = f (t), выражающим зависимость s от времени t. Например, если задано, что s = 3t2—1, то в начальный момент времени t0 = 0, S0 = —1 м (точка находится слева от начала О на расстоянии 1 м), в момент t1 = 1 сек, S1 = 2 м (точка справа от O1 на расстоянии 2 м) и т.д. Зависимость s от t может быть также задана графиком движения, на котором в выбранном масштабе отложены вдоль оси t время, а вдоль оси s — расстояние (рис. 2), или таблицей, где в одном столбце даются значения t, а в другом соответствующие им значения s (подобный способ применяется, например, в железнодорожном расписании движения поезда).
б) Координатный, при котором положение точки относительно системы отсчёта определяется какими-нибудь тремя координатами, например прямоугольными декартовыми х, у, z, а закон движения задаётся 3 уравнениями х = f1(t), у = f2(t), z = f3(t). Исключив из этих уравнений время t, можно найти траекторию точки.
в) Векторный, при котором положение точки по отношению к системе отсчёта определяется её радиус-вектором r, проведённым от начала отсчёта до движущейся точки, а закон движения даётся векторным уравнением r = r (t). Траектория точки — Годограф вектора r.
Основными кинематическими характеристиками движущейся точки являются её скорость и ускорение, значения которых определяются по уравнениям движения через первые и вторые производные по времени от s или от х, у, z, или от r (см. Скорость, Ускорение).
Способы задания движения твёрдого тела зависят от вида, а число уравнений движения — от числа степеней свободы тела (см. Степеней свободы число). Простейшими являются Поступательное движение и Вращательное движение твёрдого тела. При поступательном движении все точки тела движутся одинаково, и его движение задаётся и изучается так же, как движение одной точки. При вращательном движении вокруг неподвижной оси z (рис. 3) тело имеет одну степень свободы; его положение определяется углом поворота , а закон движения задаётся уравнением = f (t). Основными кинематическими характеристиками являются угловая скорость =d/dt и угловое ускорение = d/dt тела. Величины и изображаются в виде векторов, направленных вдоль оси вращения. Зная и , можно определить скорость и ускорение любой точки тела.
Более сложным является движение тела, имеющего одну неподвижную точку и обладающего 3 степенями свободы (например, Гироскоп, или волчок). Положение тела относительно системы отсчёта определяется в этом случае какими-нибудь 3 углами (например, Эйлера углами: углами прецессии, нутации и собственного вращения), а закон движения — уравнениями, выражающими зависимость этих углов от времени. Основными кинематическими характеристиками являются мгновенная угловая скорость и мгновенное угловое ускорение тела. Движение тела слагается из серии элементарных поворотов вокруг непрерывно меняющих своё направление мгновенных осей вращения ОР, проходящих через неподвижную точку О (рис. 4).
Самым общим случаем является движение свободного твёрдого тела, имеющего 6 степеней свободы. Положение тела определяется 3 координатами одной из его точек, называемых полюсом (в задачах динамики за полюс принимается центр тяжести тела), и 3 углами, выбираемыми так же, как для тела с неподвижной точкой; закон движения тела задаётся 6 уравнениями, выражающими зависимости названных координат и углов от времени. Движение тела слагается из поступательного вместе с полюсом и вращательного вокруг этого полюса, как вокруг неподвижной точки. Таким, например, является движение в воздухе артиллерийского снаряда или самолета, совершающего фигуры высшего пилотажа, движение небесных тел и др. Основными кинематическими характеристиками являются скорость и ускорение поступательной части движения, равные скорости и ускорению полюса, и угловая скорость и угловое ускорение вращения тела вокруг полюса. Все эти характеристики (как и кинематические характеристики для тела с неподвижной точкой) вычисляются по уравнениям движения; зная эти характеристики, можно определить скорость и ускорение любой точки тела. Частным случаем рассмотренного движения является плосконаправленное (или плоское) движение твёрдого тела, при котором все его точки движутся параллельно некоторой плоскости. Подобное движение совершают звенья многих механизмов и машин.
В К. изучают также сложное движение точек или тел, то есть движение, рассматриваемое одновременно по отношению к двум (и более) взаимно перемещающимся системам отсчета. При этом одну из систем отсчета рассматривают как основную (ее еще называют условно неподвижной), а перемещающуюся по отношению к ней систему отсчёта называют подвижной; в общем случае подвижных систем отсчёта может быть несколько.
При изучении сложного движения точки её движение, а также скорость и ускорение по отношению к основной системе отсчёта называют условно абсолютными, а по отношению к подвижной системе — относительными. Движение самой подвижной системы отсчёта и всех неизменно связанных с ней точек пространства по отношению к основной системе называют переносным движением, а скорость и ускорение той точки подвижной системы отсчёта, с которой в данный момент совпадает движущаяся точка, называют переносной скоростью и переносным ускорением. Например, если основную систему отсчета связать с берегом, а подвижную с пароходом, идущим по реке, и рассмотреть качение шарика по палубе парохода (считая шарик точкой), то скорость и ускорение шарика по отношению к палубе будут относительными, а по отношению к берегу — абсолютными; скорость же и ускорение той точки палубы, которой в данный момент касается шарик, будут для него переносными. Аналогичная терминология используется и при изучении сложного движения твёрдого тела.
Основные задачи К. сложного движения заключаются в установлении зависимостей между кинематическими характеристиками абсолютного и относительного движений точки (или тела) и характеристиками движения подвижной системы отсчета, то есть переносного движения. Для точки эти зависимости являются следующими: абсолютная скорость точки равна геометрической сумме относительной и переносной скоростей, т. е.
a= oтн+ пер,
а абсолютное ускорение точки равно геометрической сумме трёх ускорений — относительного, переносного и поворотного, или кориолисова (см. Кориолиса ускорение), т. е.
wa = woтн+wпер+wkop.
Для твердого тела, когда все составные (то есть относительные и переносные) движения являются поступательными, абсолютное движение также является поступательным со скоростью, равной геометрической сумме скоростей составных движений. Если составные движения тела являются вращательными вокруг осей, пересекающихся в одной точке (как, например, у гироскопа), то результирующее движение также является вращательным вокруг этой точки с мгновенной угловой скоростью, равной геометрической сумме угловых скоростей составных движений. Если же составными движениями тела являются и поступательные, и вращательные, то результирующее движение в общем случае будет слагаться из серии мгновенных винтовых движений (см. Винтовое движение).
В К. непрерывной среды устанавливаются способы задания движения этой среды, рассматривается общая теория деформаций и определяются так называемые уравнения неразрывности, отражающие условия непрерывности среды.
Лит. см. при ст. Механика.
С. М. Тарг.

Рис. 1 к ст. Кинематика.

Рис. 2 к ст. Кинематика.

Рис. 3 к ст. Кинематика.

Рис. 4 к ст. Кинематика.

Толковый словарь Кузнецова:

кинематика
КИНЕМАТИКА -и; ж. [от греч. kinma (kinmatos) — движение] Раздел теоретической механики, изучающий геометрические свойства механического движения тел без учёта их массы и действующих на них сил.
Кинематический, -ая, -ое. К. метод. К-ие схемы.

Малый академический словарь:

кинематика
-и, ж.
Раздел теоретической механики, изучающий геометрические свойства механического движения тел без учета их массы и действующих на них сил.
[От греч. , — движение]

Орфографический словарь Лопатина:

орф.
кинематика, -и

Толковый словарь Ожегова:

КИНЕМАТИКА, и, ж. Раздел механики, изучающий движение тел без учёта их массы и действующих на них сил.
| прил. кинематический, ая, ое.

Физический энциклопедический словарь:

(от греч. kinema, род. п. kinematos — движение), раздел механики, посвящённый изучению геом. св-в движений тел, без учёта их масс и действующих на них сил. Методы и зависимости, устанавливаемые в К., используются при кинематич. исследованиях движений, в частности при расчётах передач движений в разл. механизмах, машинах и др., а также при решении задач динамики. В зависимости от св-в изучаемого объекта К. разделяют на К. точки, К. тв. тела и К. непрерывной изменяемой среды (деформируемого тв. тела, жидкости, газа).
Движение любого объекта в К. изучают по отношению к нек-рому телу (тело отсчёта), с к-рым связывают т. н. систему отсчёта (оси х, у, г на рис. 1), позволяющую определять положение движущегося объекта в разные моменты времени относительно тела отсчёта.
Выбор системы отсчёта в К. произволен и зависит от целей исследования. Напр., при изучении движения колеса вагона по отношению к рельсу систему отсчёта связывают с Землёй, а при изучении движения того же колеса по отношению к кузову вагона — с кузовом и т. д. Движение рассматриваемого объекта считается заданным (известным), если известны ур-ния (или графики, таблицы), позволяющие определить положение этого объекта по отношению к системе отсчёта в любой момент времени.
Осн. задача К.— установление (при помощи тех или иных матем. методов) способов задания движения точек или тел и определение соответствующих кинематич. хар-к этих движений (траектории, скорости и ускорения движущихся точек, угл. скорости и угл. ускорения вращающихся тел и др.).
Движение точки может быть задано одним из трёх способов: векторным, координатным или естественным. При векторном способе положение точки по отношению к системе отсчёта определяется её радиусом-вектором r, проведённым от начала отсчёта до движущейся точки, а закон движения даётся векторным ур-нием: r=r(t). Траекторией точки явл. годограф вектора r. При координатном способе положение точки относительно системы отсчёта определяется к.-л. тремя координатами, напр. прямоугольными декартовыми х, у, z, а закон движения задаётся тремя ур-ниями: x=f1(t), y=f2(t), z=f3(t). Исключив из этих ур-ний время t, можно найти траекторию точки. Естественный (или траекториый) способ применяется обычно, когда известна траектория точки по отношению к выбранной системе отсчёта. Положение точки определяется расстоянием s=О1М от выбранного на траектории начала отсчёта O1, измеренным вдоль траектории и взятым с соответствующим знаком (рис. 1), а закон движения даётся ур-нием s=f(t), выражающим зависимость s от времени t. Зависимость s от t может быть также задана графиком движения, на к-ром в выбранном масштабе вдоль оси t отложено время, а вдоль s — расстояние (рис. 2), или таблицей, где в одном столбце даются значения t, а в другом — соответствующие им значения s. Осн. кинематич. хар-ками движущейся точки явл. её скорость и ускорение.
Способы задания движения тв. тела зависят от вида его движения, а число ур-ний движения — от числа степеней свободы тела (см. СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ ЧИСЛО). Простейшими явл. поступательное движение и вращательное движение тв. тела. При поступат. движении все точки тела движутся одинаково, и его движение задаётся и изучается так же, как движение одной точки. При вращат. движении вокруг неподвижной оси АВ (рис. 3) тело имеет одну степень свободы; его положение определяется углом поворота j, а закон движения задаётся ур-нием: j=f(t). Осн. кинематич. хар-ками явл. угловая скорость w и угловое ускорение e тела. Зная w и e, можно определить скорость и ускорение любой точки тела.
Более сложным явл. движение тела, имеющего одну неподвижную точку и обладающего тремя степенями свободы (напр., гироскоп). В этом случае положение тела относительно системы отсчёта определяется к.-н. тремя углами (напр., Эйлеровыми углами), а закон движения — ур-ниями, выражающими зависимость этих углов от времени. Осн. кинематич. хар-ками явл. w и e тела. Движение тела слагается из серии элем. поворотов вокруг непрерывно меняющих своё направление мгновенных осей вращения ОР, проходящих через неподвижную точку О (рис. 4).
Самый общий случай — движение свободного тв. тела, имеющего шесть степеней свободы. Положение тела определяется тремя координатами одной из его точек, наз. полюсом (в задачах динамики за полюс принимается обычно центр тяжести тела), и тремя углами, к-рые выбираются так же, как для тела с неподвижной точкой. Закон движения тела задаётся шестью ур-ниями, выражающими зависимости названных координат и углов от времени. Движение тела слагается из поступательного вместе с полюсом и вращательного вокруг этого полюса, как вокруг неподвижной точки. Такими, напр., являются: движение в воздухе артиллерийского снаряда или самолёта, совершающего фигуры высш. пилотажа, движения небесных тел. Осн. кинематич. хар-ки — скорость и ускорение поступат. части движения, равные скорости и ускорению полюса, и угл. скорость и угл. ускорение вращения тела вокруг полюса. Все названные хар-ки (как и кинематич. хар-ки для тела с неподвижной точкой) определяются по ур-ниям движения; зная эти хар-ки, можно вычислить скорость и ускорение любой точки тела. Частным случаем рассмотренного движения явл. плосконаправленное (или плоское) движение тв. тела, при к-ром все его точки движутся параллельно нек-рой плоскости. Подобное движение совершают звенья многих механизмов и машин.
В К. изучают также сложное движение точек или тел, т. е. движение, рассматриваемое одновременно по отношению к двум (или более) взаимно перемещающимся системам отсчёта. При этом одну из систем отсчёта рассматривают как основную (её условно наз. неподвижной), а перемещающуюся по отношению к ней систему отсчёта наз. подвижной; в общем случае подвижных систем отсчёта может быть несколько. При изучении сложного движения точки её движение, а также скорость и ускорение по отношению к осн. системе отсчёта наз. условно абсолютными, а по отношению к подвижной системе — относительными. Движение самой подвижной системы отсчёта и всех неизменно связанных с нею точек np-ва по отношению к осн. системе наз. п е р е н о с н ы м движением. Осн. задачи К. сложного движения заключаются в установлении зависимостей между кинематич. хар-ками абс. и относит. движений точки (или тела) и хар-ками движения подвижной системы отсчёта, т. е. переносного движения (см. ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ).
Для тв. тела, когда все составные (т. е. относительные и переносные) движения явл. поступательными, абс. движение также поступательное со скоростью, равной геом. сумме скоростей составных движений. Если составные движения тела явл. вращательными вокруг осей, пересекающихся в одной точке (как, напр., у гироскопа), то результирующее движение также явл. вращательным вокруг этой точки с угл. скоростью, равной геом. сумме угл. скоростей составных движений. Если же составными движениями тела явл. и поступательные и вращательные, то результирующее движение в общем случае будет слагаться из серии мгновенных винтовых движений.
В К. сплошной среды устанавливаются способы задания движения этой среды, рассматривается общая теория деформаций и определяются т. н. ур-ния неразрывности (сплошности) среды (подробнее (см. ГИДРОМЕХАНИКА, УПРУГОСТИ ТЕОРИЯ)).

Грамматический словарь Зализняка:

Кинематика, кинематики, кинематики, кинематик, кинематике, кинематикам, кинематику, кинематики, кинематикой, кинематикою, кинематиками, кинематике, кинематиках

Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона:

Наука, изучающая состояние движения независимо от вызывающих его сил и получившая название от греческого слова — состояние движения и составляющая часть общей науки о движении — механики. Цель ее состоит в изучении геометрических свойств движения, скоростей и ускорений: для достижения этой цели пользуются анализом и геометрией. К. называют геометрией четырех измерений, так как она имеет дело с тремя координатами пространства и еще с четвертым переменным, представляющим собой время. Скорости представляются первыми производными от координат по времени, ускорение — вторыми производными и еще, кроме того, рассматриваются производные от координат по времени высших порядков, называемые ускорениями высших порядков. С аналитической точки зрения вся К. сводится к изучению соотношений, существующих между этими величинами. В последнее время появилось стремление к изучению К. чисто геометрическими способами. Первые, весьма общие кинематические теоремы, чисто геометрического характера даны были знаменитым Пуансо (Poinsot) в его "Thorie nouvelle de rotation des corps" в 1834 году. Если рассматривать движение таких систем, все точки которых движутся в плоскостях, параллельных между собой, то дело приводится к рассмотрению движения плоских фигур в плоскости (К. на плоскости). Перемещение неизменяемой фигуры в плоскости вполне определяется перемещением неизменяемо соединенного с той фигурой прямолинейного отрезка. Всякое же перемещение в плоскости прямолинейного отрезка из одного положения в другое может быть произведено вращением отрезка около некоторой точки, называемой центром перемещения.

Действительно: пусть A1B1 и А2В2 будут два положения отрезка AB; восставим из середин А1А2 и В1В2 перпендикуляры ар и bq, которые пересекутся в некоторой точке P. Из равенства треугольников не трудно видеть, что PA1=PA2 и PB1=PB2 и что, следовательно, точка A может быть переведена из положения A1 в положение А2 вращением прямой PA около точки P; точно так же доказывается, что точка B может быть переведена из положения В1 в положение B2 вращением прямой PB около точки P. Следовательно, весь отрезок AB может быть перемещен из положения А1В1 в положение А2В2 вращением треугольника PAB около точки P, которая и называется центром перемещения. В случае взаимной параллельности положений А1В1 и А2В2 центр перемещения лежит в бесконечности.
Непрерывное движение плоской фигуры в ее плоскости рассматривается как ряд бесконечно малых перемещений фигур из одного положения в соседнее; для каждых двух соседних положений существует свой центр перемещения, называемый, в случае непрерывного движения фигуры, мгновенным центром, потому что фигура переходит из одного положения в соседнее (бесконечно мало отличающееся от первого) в бесконечно малый промежуток времени, в течение которого она, по доказанному, вращается около мгновенного центра; в следующий момент фигура переходит из второго положения в третье, вращаясь около другого мгновенного центра, и т. д. Последовательный ряд мгновенных центров образует в неподвижной плоскости кривую, называемую неподвижной полодией. В плоскости, совпадающей с неподвижной, но неизменяемо соединенной с фигурой и увлекаемой ею в ее движении, ряд мгновенных центров образует кривую, называемую подвижной полодией, и движение данной фигуры происходит так, как будто фигура эта, неизменяемо соединенная с подвижной полодией, увлекалась в движение тем, что подвижная полодия катится (см. Катание) по неподвижной полодии. Итак, движение плоских неизменяемых фигур в их плоскости приводится к катанию кривых. В каждый данный момент мгновенный центр находится в точке взаимного прикосновения полодий, и фигура вращается на бесконечно малый угол около этой точки. Поэтому скорости всех точек движущейся фигуры и точек, неизменяемо соединенных с нею, пропорциональны прямым (радиус-векторам), проведенным из этих точек в мгновенный центр, соответствующий данному моменту, и направлены по перпендикулярам к упомянутым радиус-векторам. Подобным же образом движение твердого тела около неподвижной точки и исследование скорости этого движения приводится к изучению катания одного конуса по другому, причем вершины обоих конусов находятся в неподвижной точке, а конусам этим присваивается название аксоидов. Самое общее (всякое) движение твердого тела приводится к катанию одной линейчатой поверхности (см.) по другой, соединенному со скольжением (см.). Движение около точки и общее движение изучаются К. в пространстве. К. изучает и движение изменяемых систем. Скорости поступательные, скорости вращения и ускорения изображаются прямолинейными отрезками и складываются по правилам сложения векторов (см. Сложение векторов). Доказывается, что в бесконечно малый момент всякое движение неизменяемой системы приводится к винтовому. К. жидкого тела опирается главнейшим образом на исследование деформаций бесконечно малого параллелепипеда и на конформное преобразование плоскостей мнимого переменного.
Выделение К., как особой науки, из общего цикла наук о движении произведено было Ампером в его "Essai sur la philosophie des sciences" в 1834 г. Чисто аналитическую обработку К. получила в сочинении Резаля: "Trait de cinmatique pure". В следующих сочинениях: Бобылев, "Курс аналитической механики"; Schel, "Theorie der Bewegung und der Krfte"; Collignon, "Trait de mecanique"; Сомов, "Теоретическая механика" и во многих других методы аналитический и геометрический взаимно дополняются. Превосходное, чисто геометрическое изложение К. дается в книге Бурместра "Lehrbuch der Kinematik". В связи с приложением к теории механизмов К. трактуется в классическом сочинении Reuleaux "Theoretische Kinematik" (1888), а также в следующих: Willis, "Principles of Mechanism" (1841); Giulio, "Elementi di cinmatica applicata alle arti" (1847); Laboulaye, "Trait de cinmatique" (1849, 1864, 1878); Morin, "Notion gomtriques sur les mouvements et leurs transformations" (1851); Girault, "Elments de Gomtrie applique la transformation du mouvement dans les machines" (1858); Belanger, "Trait de cinmatique" (1864); Haton de la Goupillire, "Trait de mcanismes" (1864); Bour, "Cours de mcanique et machines" (1865) и Streinz, "Physikalische Grundlagen der Mechanik" (1883). К. жидкого тела изложена в сочинении профессора Жуковского: "Кинематика жидкого тела" (1876).
H. Делоне.

Смотреть другие определения →