Prima di iniziare un problema in cinematica, è necessario impostare il sistema di coordinate. Nella cinematica unidimensionale, questo è semplicemente un X-asse e la direzione del movimento è di solito il positivo-X direzione.
Sebbene lo spostamento, la velocità e l'accelerazione siano tutti quantità vettoriali, nel caso monodimensionale possono essere tutti trattati come quantità scalari con valori positivi o negativi per indicare la loro direzione. I valori positivi e negativi di queste quantità sono determinati dalla scelta di come allineare il sistema di coordinate.
Velocità nella cinematica monodimensionale
Velocità rappresenta il tasso di cambiamento di spostamento per un determinato periodo di tempo.
Lo spostamento in una dimensione è generalmente rappresentato rispetto a un punto iniziale di X1 e X2. Il tempo in cui l'oggetto in questione si trova in ciascun punto è indicato come t1 e t2 (sempre supponendo che t2 è dopo di t1, poiché il tempo procede solo in un modo). La variazione di una quantità da un punto all'altro è generalmente indicata con la lettera greca delta, Δ, sotto forma di:
Usando queste notazioni, è possibile determinare il velocità media (vav) nel modo seguente:
vav = (X2 - X1) / (t2 - t1) = ΔX / Δt
Se si applica un limite come Δt si avvicina a 0, si ottiene un velocità istantanea in un punto specifico del percorso. Tale limite nel calcolo è la derivata di X riguardo a t, o dx/dt.
Accelerazione nella cinematica unidimensionale
Accelerazione rappresenta il tasso di variazione della velocità nel tempo. Usando la terminologia introdotta in precedenza, vediamo che accelerazione media (un'av) è:
un'av = (v2 - v1) / (t2 - t1) = ΔX / Δt
Ancora una volta, possiamo applicare un limite come Δt si avvicina a 0 per ottenere un accelerazione istantanea in un punto specifico del percorso. La rappresentazione del calcolo è la derivata di v riguardo a t, o dv/dt. Allo stesso modo, da allora v è il derivato di X, l'accelerazione istantanea è la seconda derivata di X riguardo a t, o d2X/dt2.
Accelerazione costante
In diversi casi, come il campo gravitazionale terrestre, l'accelerazione può essere costante - in altre parole la velocità cambia alla stessa velocità durante il movimento.
Usando il nostro lavoro precedente, imposta l'ora su 0 e l'ora di fine come t (immagine che inizia un cronometro a 0 e termina al momento di interesse). La velocità al tempo 0 è v0 e al momento t è v, ottenendo le seguenti due equazioni:
un' = (v - v0)/(t - 0)
v = v0 + a
Applicando le equazioni precedenti per vav per X0 alle ore 0 e X al momento te applicando alcune manipolazioni (che non dimostrerò qui), otteniamo:
X = X0 + v0t + 0.5a2
v2 = v02 + 2un'(X - X0)
X - X0 = (v0 + v)t / 2
Le equazioni di movimento sopra con accelerazione costante possono essere usate per risolvere qualunque problema cinematico che coinvolge il movimento di una particella in linea retta con accelerazione costante.