24.02.197017.07.2021

Кинематика механика: Кинематика. Основные понятия кинематики: механическое движение, материальная точка

• by alexxlab
• Комментариев к записи Кинематика механика: Кинематика. Основные понятия кинематики: механическое движение, материальная точка нет
• Разное

Кинематика. Основные понятия кинематики: механическое движение, материальная точка

Содержание и основные понятия кинематики. Чтобы обработать де­таль на металлорежущем станке, необходимо предварительно настроить станок. В коробке скоростей и в механизмах подачи детали, передающие вращение от электродвигателя, соединяют так, что обеспечиваются вполне определенные перемещения детали и инструмента в течении некоторого времени. Перемещение одних тел или частей тела относительно других на­зывается механическим движением. Раздел механики, изуча­ющий механическое движение на основании законов геометрии, называют кинематикой. При этом не принимаются во внимание ни свойства движущихся тел, ни силы, под воздействием которых происходит движе­ние. Так как при движении тела различные его точки могут двигаться по- разному, то в кинематике сначала изучается движение более простого объ­екта, а именно материальной точки.

Материальной точкой называют такое тело, размерами и формой которого можно пренебречь в данной задаче. Например, изучая движение искусственного спутника Земли, можно пренебречь его линейны­ми размерами по сравнению с теми большими расстояниями, которые он преодолевает. В такой задаче спутник может рассматриваться как матери­альная точка.

Введение понятия материальной точки вносит значительное упрощение в исследование движения тел. Для решения задач о движении тела в целом достаточно знать движение одной или двух его точек.

Движущееся тело всегда проходит определенный путь в пространстве от начальной до конечной точки движения, на что затрачивается определен­ное время.

Таким образом, механическое движение есть пере­мещение тел в пространстве и во времени.

Пространство и время являются такими же необходимыми условиями существования окружающего нас мира, как и движение.

Изучая движение в пространстве и во времени, устанавливают геометри­ческие показатели движения — пройденный путь и траекторию движения. В то же время определяют качественные зависимости движения — быстро­ту движения и интенсивность ее изменения. Рассматривая тело в движе­нии, отмечают начало и конец движения, и на этом отрезке определяют осо­бенности движения.

В материальном мире покой и движение относительны. Наблюдаемые нами неподвижные тела (здания, сооружения, неработающие машины) на­ходятся лишь в относительном покое, то есть в покое относительно Земли. В действительности они осуществляют сложное движение вместе с Землей в мировом пространстве.

В относительном покое можно рассматривать и некоторые подвижные те­ла. К примеру, неподвижный пассажир в движущемся вагоне находится в движении лишь по отношению к Земле, а по отношению к вагону он в покое.

Отсюда следует, что всякое движение относительно, так как рассматривается по отношению к определенным телам. Принцип отно­сительности движения позволяет установить особенности его различных видов. Так, конец педали велосипеда по отношению к раме описывает ок­ружность, а по отношению к Земле — сложную кривую.

Используя принцип относительности, можно неподвижное тело принять за подвижное, если рассматривать его относительно движущегося тела.

Именно такой эффект можно наблюдать из неподвижного вагона в тот мо­мент, когда рядом расположенный состав находится в движении: нам ка­жется, что состав неподвижен, а в движении находится вагон, в котором мы находимся.

Таким образом, всякий покой и движение относительны, и рассматри­вать механическое движение необходимо в каждом случае с учетом кон­кретных условий движения и времени.

К основным понятиям кинематики относятся: траектория движения, его продолжительность, пройденный путь, скорость, ускорение.

Траекторией называют линию, которую описывает движущаяся точка в пространстве (рис. 15). Траектории весьма разнообразны: они могут иметь вид прямой линии, окружности, эллипса, параболы (I), цикло­иды (II) и других кривых. Длина траектории при движении материальной точки характеризует пройденный путь. При движении по прямой от од­ной точки пространства к другой пройденный путь равен расстоянию между точками, при движении по другим траекториям путь получается больше расстояния.

Рис. 15

Величина пути и продолжительность движения во времени определяют скорость движения.

Скорость есть быстрота перемещения тел от одной точки простран­ства к другой, которая определяется величиной пути, проходимого за еди­ницу времени.

Движение тела с постоянной скоростью называют равномерным, движение с переменной скоростью — переменным.

Величина, определяющая изменение скорости с течением времени, на­зывается ускорением.

Рис. 16

Из рассмотрения основных понятий кинематики следует, что между кине­матическими величинами механического движения существует тесная связь.

Пройденный путь, скорость и ускорение зависят от времени: с течением времени путь возрастает, а скорость и ускорение могут оставаться постоян­ными или меняться в большую или меньшую сторону.

Закон движения точки может быть выражен графически прямой или кривой линией в координатных осях пути и времени. На рис, 16, I график движения представлен кривой AB, каждая точка которой соответствует оп­ределенному пути и времени. Например, точка а показывает, что к концу 4-й секунды движения пройден путь 35 м.

Используя графический метод, можно построить график пути в зави­симости от скорости и времени (рис. 16, II), график ускорения в зависи­мости от времени, график скорости в зависимости от времени и ускоре­ния (рис. 16, III и IV). Следует иметь в виду, что график движения опре­деляет не форму траектории, а зависимость между указанными величи­нами.

Кинематика имеет большое прикладное значение. На ее основе изучает­ся движение звеньев механизмов и рабочих органов машин, делаются выво­ды, которые используются при проектировании новых механизмов, ма­шин, приборов и других механических устройств.

Простейшие движения твердого тела. Простейшим видом движения тела является равномерное прямолинейное движение. В таком движении, к примеру, находится поезд на Прямом участке пути и т. д. Движение, при ко­тором тело перемещается по прямой и за равные отрезки времени проходит одинаковые пути, называется равномерным прямолиней­ным (рис. 17, I).

Рис. 17

Скорость равномерного движения определяется отношением пройденно­го пути ко времени движения. Единицы скорости устанавливаются по еди­ницам пути и времени. Если, например, путь выражен в метрах, а время в секундах, то скорость получается в м/с. В таких единицах измеряют ско­рость течения воды по трубам, движение воздуха под действием вентилято­ра и т. д. Скорость резания металла на станках измеряют в м/мин, а ско­рость транспортных машин — в км/ч.

В движении тело может совершать различные перемещения с различны­ми скоростями и ускорениями. Одно из таких перемещений — прямолиней­ное возвратно-поступательное движение (рис. 17, II). Наибо­лее типичный пример такого движения — поршень механизма двигателя внутреннего сгорания. Но в отличие от равномерного движения тела в пер­вом примере, поршень движется неравномерно, так как при повороте кри­вошипа (коленчатого вала), с которым он сочленен, на равные углы, пор­шень проходит неравные пути.

Движение, при котором за равные отрезки времени тело проходит нерав­ные пути, называют переменным или неравномерным. Та­кое движение происходит во время разбега машин или торможения.

В переменном движении скорость изменяется непрерывно, ее величина различна в каждый момент времени. Поэтому такую скорость называют мгновенной.

Движение, при котором скорость возрастает, называют ускорен­ны м, а прирост скорости за единицу времени называют ускорением. Численная величина ускорения определяется отношением разности мгно­венных скоростей между рассматриваемыми точками пути ко времени, в течении которого происходило изменение скорости.

Движение тела по отношению к неподвижной системе отсчета называет­ся абсолютным движением. Движение тела по отношению к движущейся системе отсчета называется относительным дви­жением (рис. 17, III).

Криволинейное движение является одним из самых распространен­ных видов движения в механизмах многих машин. В криволинейном движении тело также занимает последовательные положения на траектории и в каждый момент времени имеет определенную мгновенную ско­рость.

Криволинейным (рис. 17, IV) принято называть такое движение, при котором тело при перемещении описывает кривую линию — траекто­рию относительно выбранной системы отсчета.

Рассматривая положения тела через бесконечно малые отрезки времени, можно считать, что вектор скорости совпадает с направлением движения. Но так как направление в криволинейном движении непрерывно меняется, то и вектор скорости тела при переходе его в каждое новое положение изме­няет свое направление по отношению к предыдущему направлению.

Таким образом, вектор скорости тела в криволинейном движении непре­рывно изменяет свое направление со­ответственно форме траектории, оста­ваясь все время касательным к ней.

Этот вывод подтверждается много­численными примерами из практики: раскаленные частицы камня и метал­ла отлетают от точильного круга при его вращении по касательным; потоки воды в работающем центробежном на­сосе устремляются из колеса по каса­тельным к ее окружностям; частицы при отрыве от общей массы тела на криволинейной траектории также от­летают по касательной к траектории в месте отрыва.

3.3. Поступательное и вращатель­ное движения твердого тела. Поступательным называют такое движение, при котором все точки тела имеют одинаковые траектории. Если соединить две любые точки поступательно движущегося тела прямой лини­ей, то эта прямая остается все время параллельна самой себе (рис. 18).

Рис. 18

Сохранение параллельности прямых во всех положениях тела — глав­ный признак поступательного движения.

В большинстве случаев точки поступательно движущегося тела имеют прямолинейные траектории (рис. 18, I). В таком движении находятся, на­пример, поршни компрессоров и насосов, транспортные машины на прямом участке пути и т. п.

Но могут быть случаи криволинейного поступательного движения (рис. 18, II). Так движется, например, рычаг, соединяющий ведущие колеса па­ровоза. Он прикреплен к колесам шарнирно на равном расстоянии от осей.

Благодаря этому при перекатывании колес по рельсам рычаг остается па­раллельным самому себе, а все точки (см. рис. 18) описывают в пространст­ве кривые векторного переноса (одинаковые кривые со сдвигом).

Сохранение параллельности линий движущегося тела возможно в том случае, когда все точки этих линий, перемещаясь из одного положения в другое, проходят одинаковый путь. Отсюда следует, что в поступательном движении все точки тела имеют одинаковые скорости и ускорения, поэтому для характеристики поступательно движущегося тела достаточно знать скорость и ускорение какой-либо одной его точки.

Вращательное движение широко распространено в природе и технике. Планеты Солнечной системы вращаются во­круг своей оси. Во многих меха­низмах и машинах так движутся валы, шкивы, зубчатые колеса, маховики и другие детали.

Вращательное движение харак­теризуется тем, что все точки тела описывают концентрические ок­ружности относительно непо­движной оси, расположенной в пределах тела. Осью вращения на­зывается геометрическое место то­чек, остающихся неподвижными при вращении тела (рис. 19).

Рис. 19

Кинематическими параметрами вращающегося тела являются угло­вое перемещение, угловая скорость и угловое ускорение. Угловое перемеще­ние измеряется величиной угла, на который поворачивается тело за время вращения. За единицу углового перемещения принят радиан — центральный угол, длина дуги которого равна радиусу этой дуги. 1 рад = 57,3°. Централь­ный угол содержит 360°: 57,3° = 6,28 или 2п рад.

Вращательное движение может быть равномерным и неравномерным. Равномерным называют такое вращение, при котором за равные промежут­ки времени тело поворачивается на равные углы. Величина поворота тела за единицу времени определяет угловую скорость.

Численная величина угловой скорости в равномерном вращательном движении определяется отношением углового перемещения ко времени, в течении которого происходит это перемещение.

В практических расчетах угловая скорость обычно выражается числом оборотов тела за одну минуту времени.

Кинематика – наука о движении.

Кинематика



Кинематика точки

Кинематика – часть теоретической механики, в которой изучаются движения материальных тел без учета их масс и действующих на них сил.

Когда в механике говорят о движении тела, то подразумевают под этим изменение с течением времени его положения в пространстве по отношению к другим телам.
Обычно с телом, по отношению к которому изучают движение, связывают какую-нибудь систему координат, которую вместе с выбранным способом измерения времени называют системой отсчета. Если координаты всех точек тела в выбранной системе отсчета остаются неизменными во времени, то тело находится в покое.
Если рассматривается движение тела по отношению к условно неподвижной системе отсчета, то движение называют абсолютным; движение тела по отношению к подвижной системе отсчета называют относительным.

В мире все находится в непрерывном движении, поэтому все движения являются относительными, однако условно можно представить себе и абсолютное движение, например, движение по отношению к Земле.

Итак, движение тело совершается в пространстве с течением времени. Пространство и время, как и движение, согласно учению диалектического материализма – формы существования материи.

Классическая механика полагает, что пространство и время имеют абсолютный, независимый друг от друга характер, и что их свойства не зависят от распределения и движения материи.

Такая точка мировоззрения господствовала в науке до начала XX века, пока гениальный А. Эйнштейн (1879-1955) не поставил ее под сомнение своей теорией относительности. Этот человек сломал вековое представление человечества о самом главном – об абсолютности времени и пространства. Теория относительности Эйнштейна – это современная физическая теория пространства и времени, связывающая эти доселе незыблемые независимые постулаты с движением, массой и энергией.

До А. Эйнштейна считалось, что все в мире относительно. Если тело движется по отношению к какой-либо подвижной системе, то оно имеет другой характер движения по отношению к той системе, относительно которой движется данная система. Это утверждение являлось одним из китов, на которых восседала наука до начала прошлого века.
Теория относительности Эйнштейна основывается на том, что скорость света является постоянной величиной, не зависящей от скорости источника этого света. На основании этого противоречащего здравому смыслу вывода можно утверждать, что и пространство, и время – суть понятия относительные, зависящие от скорости света.
Гениальность Эйнштейна заключается в том, что он увидел и объял неочевидное. Современная физика, на основании множества экспериментов, опытов и исследований полностью подтвердила его теорию.

Тем не менее, несмотря на открытия Эйнштейна, классическая механика не потеряла свою актуальность, так как при скоростях движения, далеких от скорости света, результаты, даваемые классической механикой, ничтожно мало отличаются от результатов механики теории относительности и вполне пригодны для практики. Можно сказать, что классическая механика является частным случаем механики теории относительности, предполагающая упрощенные расчеты с допустимыми погрешностями.

***

Основные определения кинематики

Чтобы понять смысл определений кинематики следует ознакомиться с понятиями и определениями другого раздела технической механики – теорией механизмов и машин, которая занимается приложением законов теоретической механики для практических расчетов деталей, механизмов и машин.

Механизмом называется совокупность связанных между собой тел, имеющих определенные движения и служащих для передачи и преобразования движения.

Машиной называют механизм или сочетание механизмов, служащих для преобразования энергии (энергетические машины), изменения формы, свойств, состояния и положения предмета труда (рабочие машины), или для сбора, переработки и использования информации (информационные машины).
Таким образом, любая машина состоит из одного или нескольких механизмов, но не всякий механизм является машиной, т. е. машина – понятие более широкое.

Простейшей частью любой машины является ее звено – одно тело или неизменяемое во время работы машины сочетание группы тел.
Два звена, соединенные между собой и допускающие относительное движение, называются кинематической парой.
Кинематические пары бывают низшие и высшие. Звенья низших пар соприкасаются по поверхностям (поступательные, вращательные и винтовые пары), звенья высших пар соприкасаются по линиям и точкам (зубчатые пары, подшипники качения и т. п.).

Совокупность кинематических пар называется кинематической цепью.
Кинематические пары и цепи могут быть плоскими и пространственными. Механизм – это кинематическая цепь, у которой одно из звеньев лишено движения (закреплено). Такое звено называют станиной или стойкой.
Звено, вращающееся вокруг неподвижной оси, называют кривошипом, качающееся вокруг неподвижной оси – балансиром или коромыслом.
Звено, совершающее сложное движение параллельно какой-то плоскости, называют шатуном. Звено, совершающее возвратно-поступательное движение по станине или стойке, называют ползуном.

Ведущим звеном механизма считается то, которому извне сообщается определенное движение, передаваемое посредством этого звена другим звеньям, называемым ведомыми.

Кинематика изучает закономерности относительного движения и перемещения отдельных звеньев механизмов, без учета сил, вызывающих эти движения и перемещения.

Основными физическими величинами, которыми оперирует кинематика, являются расстояние (длина) и время. Единицей измерения длины в системе СИ является метр (м), единицей измерения времени – секунда (с).

***



Способы задания движения точки

Знание законов движения тела означает знание законов движения каждой его точки, поэтому изучение кинематики основывается на изучении геометрии движения точки.

Траекторией точки называется множество (геометрическое место) положений движущейся точки в рассматриваемой системе отсчета. Проще говоря, траектория движения – это линия, которую описывает подвижная точка относительно выбранной системы отсчета. В зависимости от формы траектории различают прямолинейное и криволинейное движение.

Движение любой точки тела можно описать (задать) тремя способами – естественным, векторным и координатным (см. рисунок 1).

Естественный способ (рис. 1а) заключается в том, что движение точки задается ее траекторией, началом отсчета и уравнением движения по этой траектории (законом движения).
В общем виде уравнение движения записывается так: s = f(t), где s – расстояние от точки до начального положения (начала отсчета), являющееся функцией времени; t – время движения точки от начального отсчета.

Зная траекторию и закономерность (уравнение) движения точки по этой траектории, можно в любой момент времени определить, где она находится.

При своем движении точка проходит некоторый путь, который также является функцией времени. Следует отметить, что путь, пройденный точкой, совпадает с расстоянием от начала отсчета лишь в том случае, если траектория движения точки представляет собой прямую линию, и точка движется по ней в одном направлении, а начало движения точки совпадает с началом отсчета.

Векторный способ (рис. 1б) основывается на том, что положение точки в пространстве однозначно определяется радиусом-вектором r, проведенным из некоторого неподвижного центра к данной точке. При этом положение точки в данный момент времени определяется направлением и модулем вектора. Математически функция изменения радиуса-вектора от времени записывается так:

r = rf(t)

Координатный способ (рис. 1в) заключается в том, что движение точки задается движением ее проекций вдоль осей координат. В общем виде уравнение движения точки можно записать следующим образом:

x = f(t),      y = f₁(t),      z = f₂(t).

Зная уравнения движения точки в координатной форме, можно, подставив в эти уравнения время, определить положение проекций точки, а следовательно, и самой точки в любой момент времени.
Если точка движется в плоскости, то для определения ее местоположения в данный момент времени достаточно знать две координаты, если движение происходит по прямой – достаточно одной координаты.

***

Скорость и ускорение



Главная страница

Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Правильные ответы на тестовые вопросы раздела “Кинематика”:
Тест №1    1-4-1-2-3
Тест №2    3-3-2-4-1
Тест №3    2-3-1-4-4
Тест №4    4-1-2-3-2
Тест №5    2-4-1-1-4
Тест №6    3-1-2-4-4

Учебная работа (кафедра Теоретической механики)

 

Учебная работа

Кафедра традиционно преподает дисциплину «Теоретическая механика» для студентов НГАСУ (Сибстрин). Механика – одна из важнейших дисциплин, изучаемых в техническом ВУЗе. Она, будучи научной основой практически всех направлений развития современной техники, является хорошо отработанной замкнутой аксиоматической фундаментальной наукой, развивающей в том числе и логику мышления. На знаниях, полученных при изучении теоретической механики, базируется большая часть изучаемых на старших курсах технических дисциплин.

Значимость дисциплины диктует уровень требований, предъявляемых ее профессорско-преподавательским составом к знаниям студентов. В то же время кафедра делает все, чтобы обеспечить студента необходимым учебно-методическим материалом. Только за последние десять лет были изданы учебник «Лекции по теоретической механике» (В.Я. Рудяк, В.А. Юдин), более десяти учебных пособий, необходимые методические указания. Эта литература позволила обеспечить планомерный переход к системе «бакалавриат – магистратура». На кафедре разработан мультимедийный курсы теоретической механики, который все преподаватели используют при проведении занятий. Кафедра первой в Университете ввела в учебный процесс рейтинговую систему оценку знаний, мотивирующую студента к регулярному изучению дисциплины. В настоящее время ведется работа над интерактивными учебными пособиями.

Особое внимание преподаватели кафедры уделяют индивидуальной работе с студентами, не боящимися решать задачи нестандартные, требующие не только отличного знания предмета, но и смекалки, фантазии, умения найти оптимальный путь к решению. Студентам доступны задачи повышенной сложности и реферативный материал. Под руководством В.А. Юдина работает специализированная учебная группа, проводятся Олимпиады по ТМ.

Одной из целей кафедры является расширение перечня преподаваемых дисциплин, созданию актуальных и востребованных учебных программ, С 2019 года ППС кафедры ТМ преподает дисциплины «Основы строительной механики» (П.В. Александров, Е.Г. Борд), «Основы научных исследований» (В.Я. Рудяк, А.А. Белкин).

 

 

Кафедра теоретической механики в 2020-21 учебном году

предлагает студентам НГАСУ (Сибстрин) следующие

темы научно-исследовательской работы:

 

 

1. Моделирование методом молекулярной динамики вязкости и теплопроводности наножидкостей на основе воды (руководитель Краснолуцкий С.Л.).

2. Молекулярно-динамическое моделирование вязкости жидкости в наноканалах (руководитель Белкин А.А.).

3. Стохастический алгоритм моделирования процесса диффузии наночастицы в разреженном газе (руководитель Лежнев Е.В.).

4. Изучение структуры наножидкостей (руководитель Белкин А.А.).

5. Устойчивость обводненных оснований в условиях циклического теплообмена (руководитель Борд Е.Г.).

 

 

На кафедре в 2020-21 учебном году работают два научных студенческих кружка:

 

1. Кружок углубленного изучения теоретической механики. На занятиях решаются нестандартные задачи, задачи повышенной сложности, помогающие студенту лучше освоить курс механики, формируются и готовятся команды для участия в Олимпиадах по ТМ. Руководит занятиями доктор физ.-мат. наук профессор В.А. Юдин.

2. Научно-исследовательский кружок по изучению свойств переноса в газах, жидкостях и наножидкостях. Руководит занятиями доктор физ.-мат. наук, завкафедрой А.А. Белкин. Время занятий может изменяться, информация размещается на странице https://vk.com/club171787929.

 

В 2020-21 учебном году планируется участие студентов в следующих мероприятиях:

 

1. Международная и Всероссийская олимпиады по теоретической механике.

2. Региональная олимпиада по теоретической механике.

3. Олимпиады НГАСУ (Сибстрин) по теоретической механике.

4. Научно техническая студенческая конференция НГАСУ (Сибстрин).

 

 

Планируется участие студентов в грантах РФФИ и НГАСУ (Сибстрин), публикация по крайней мере одной совместной со студентами статьи в изданиях из списка ВАК и три публикации в материалах конференции НГАСУ (Сибстрин).

 

 

читать .pdf файл

 

 

 

 

    Памятка для студентов первого курса всех специальностей дневной формы обучения.

    Памятка для студентов второго курса 3 сем СУЗС.

    Памятка для студентов второго курса 3 семестр прикладной бакалавриат. Строительство.

    Памятка для студентов второго курса 3 семестр академический баклавриат. ПиВ.

    Памятка для студентов второго курса 3 семестр академический бакалавриат. Строительство.

 

 

1. ЛЕКЦИИ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ. СТАТИКА. Лекция 1 – Лекция 4.
2. ЛЕКЦИИ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ. СТАТИКА. Лекция 5 – Лекция 8.
3. СБОРНИК ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ. СТАТИКА. 2004.
4. СБОРНИК ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ. СТАТИКА. 2018.
5. ПЛОСКАЯ СИСТЕМА СХОДЯЩИХСЯ СИЛ. 2007.
6. ЛЕКЦИИ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ. КИНЕМАТИКА. ЛЕКЦИЯ 9 – ЛЕКЦИЯ 12.
7. ЛЕКЦИИ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ. КИНЕМАТИКА. ЛЕКЦИЯ 13 – ЛЕКЦИЯ 14.
8. СБОРНИК ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ. КИНЕМАТИКА. 2007.
9. ПЛОСКОЕ ДВИЖЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА. 2013.
10. СБОРНИК ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ. ДИНАМИКА.
11. СБОРНИК ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ. ДИНАМИКА ТОЧКИ. 2015.
12. ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ. 2016.
13. КОЛЕБАНИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ. 2017.
14. ЛЕКЦИИ ПО ДИНАМИКЕ ТОЧКИ. 2014.
15. ЛЕКЦИИ ПО ОБЩИМ ТЕОРЕМАМ ДИНАМИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ. 2015.
16. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЛЕКЦИИ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ. 2017.
17. ОБЩЕЕ УРАВНЕНИЕ ДИНАМИКИ. УРАВНЕНИЯ ЛАГРАНЖА ВТОРОГО РОДА. 2013.
18. В.А.Юдин ЛЕКЦИИ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ, 2016
19. В.А.Юдин, Е.В.Лежнев Задачи для углубленного изучения теоретической механики. Статика, 2018
20. В.А.Юдин, Е.В.Лежнев Задачи для углубленного изучения теоретической механики. Кинематика, 2019
21. В.А.Юдин, Т.А.Перегутова Задачи для углубленного изучения теоретической механики. Динамика, 2021

 

Что такое кинематика

☰

Кинематика, наряду с динамикой, является разделом механики, которая, в свою очередь, является частью физики. Механика изучает механическое движение тел, изучает способы его описания, а также исследует причины возникновения механического движения. Кинематика же, как раздел механики, изучает только механическое движение тел и способы его описания безотносительно причин возникновения этого движения. Причины возникновения движения рассматривает другой раздел механики — динамика.

Что такое механическое движение в кинематике, и чем механическое движение отличается от просто движения? Дело в том, что в обиходе под движением мы можем понимать что угодно, в том числе различные метафоры («полет мысли», «ход эволюции» и т. п.). Понятие механического движения более точное. Оно подразумевает изменение положения (движение) какого-либо тела или его частей относительно других тел, происходящее за какой-то промежуток времени.

В кинематике, да и во всей механике, важное место занимает понятие тела. Если его размерами можно пренебречь, то мы имеем дело с точечным телом. Например, если автомобиль едет из города А в город Б, и мы изучаем такие параметры его движения как скорость и время, то нас не будут интересовать его размеры и масса, так как они не играют никакой роли (ну или почти не играют).

Точечные тела по-другому называют материальными точками. При движении такие тела в каждый конкретный момент времени можно считать находящимися в какой-либо точке пространства.

Понятие точечного тела облегчает исследования в кинематике.

Однако в ряде механических движений использование понятия точечного тела неуместно. Например, требуется описать движение грузовика при повороте. В данном случае, мы не можем принять его за материальную точку, так как здесь нас интересует различие в движении его честей и их положение относительно друг друга в пространстве.

Таким образом, кинематика описывает движения тел, определяет точки пространства, в которых они находятся (или их части), а также моменты времени, когда тела (или их части) находятся в соответствующих точках пространства.

Кинематика изучает механическое движение. Под механическим движением понимается изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. Для описания механического движения вводятся система отсчета, состоящая из системы координат, тела отсчета и часов.

В кинематике движение описывается тремя способами: табличным, графическим и аналитическим (уравнением).

В кинематике в первую очередь изучаются наиболее простые типы движения: равномерное прямолинейное и равноускоренное прямолинейное (в том числе свободное падение).

При равномерном прямолинейном движении тело за любые равные промежутки времени проходит равные расстояния в одном и том же направлении. При таком движении координата тела вычисляется по формуле x = x₀ + v · t. При равномерном прямолинейном движении скорость тела остается постоянной, но является векторной величиной. Поэтому может быть как положительной (если скорость направлена в положительном направлении оси X), так и отрицательной (когда скорость направлена в отрицательном направлении оси X). Если тело покоится, то его скорость равна нулю, и координата с течением времени не изменяется.

При равноускоренном прямолинейном движении тело за любые равные промежутки времени изменяет значение своей скорости на одну и ту же величину. Скорость тела вычисляется по формуле v = v₀ + a · t. Ускорение определяется как изменение значения скорости за единицу времени. При равноускоренном прямолинейном движении постоянно именно ускорение, но не скорость. Если ускорение больше нуля, то тело разгоняется (его скорость увеличивается). Если ускорение меньше нуля, то тело тормозит (при этом скорость уменьшается).

Свободное падение по вертикали является частным случаем равноускоренного прямолинейного движения. При этом движении ускорение равно 9,8 м/с². Обозначается буквой g и называется ускорением свободного падения.

Кинематика (физика) – это… Что такое Кинематика (физика)?

У этого термина существуют и другие значения, см. Кинематика.

Кинема́тика (греч. κινειν — двигаться) в физике — раздел механики, изучающий математическое описание (средствами геометрии, алгебры, математического анализа…) движения идеализированных тел (материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальная жидкость), без рассмотрения причин движения (массы, сил и т. д.). Исходные понятия кинематики — пространство и время. Например, если тело движется по окружности, то кинематика предсказывает необходимость существования центростремительного ускорения без уточнения того, какую природу имеет сила, его порождающая. Причинами возникновения механического движения занимается другой раздел механики — динамика.

Различают классическую кинематику, в которой пространственные (длины отрезков) и временные (промежутки времени) характеристики движения считаются абсолютными, то есть не зависящими от выбора системы отсчёта, и релятивистскую. В последней длины отрезков и промежутки времени между двумя событиями могут изменяться при переходе от одной системы отсчёта к другой. Относительной становится также одновременность. В релятивистской механике вместо отдельных понятий пространство и время вводится понятие пространства-времени, в котором инвариантным относительно преобразований Лоренца является величина, называемая интервалом.

История кинематики

Долгое время понятия о кинематике были основаны на работах Аристотеля, в которых утверждалось, что скорость падения пропорциональна весу тела, а движение в отсутствие сил невозможно. Только в конце XVI века этим вопросом подробно занялся Галилео Галилей. Изучая свободное падение (знаменитые опыты на Пизанской башне) и инерцию тел, он доказал неправильность идей Аристотеля. Итоги своей работы по данной теме он изложил в книге «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению»^[1].

Рождением современной кинематики можно считать выступление Пьера Вариньона перед Французской Академией наук 20 января 1700 года. Тогда впервые были даны понятия скорости и ускорения в дифференциальном виде.

В XVIII веке Ампер первый использовал вариационное исчисление в кинематике.

После создания СТО, показывающей, что время и пространство не абсолютны и скорость имеет принципиальное ограничение, кинематика вошла в новый этап развития в рамках релятивистской механики (см. Релятивистская кинематика).

Основные понятия кинематики

Задачи кинематики

Главной задачей кинематики является математическое (уравнениями, графиками, таблицами и т. п.) определение положения и характеристик движения точек или тел во времени. Любое движение рассматривается в определённой системе отсчёта. Также кинематика занимается изучением составных движений (движений в двух взаимно перемещающихся системах отсчёта).

Положение точки (или тела) относительно заданной системы отсчёта определяется некоторым количеством взаимно независимых функций координат:

,

где определяется количеством степеней свободы. Так как точка не может быть в нескольких местах одновременно, все функции должны быть однозначными. Также в классической механике выдвигается требование их дифференцируемости на промежутках. Производные этих функций определяют скорость тела^[2].

Скорость движения определяется как производная координат по времени:

,

где  — единичные векторы, направленные вдоль соответствующих координат.

Ускорение определяется как производная скорости по времени:

Следовательно, характер движения можно определить, зная зависимость скорости и ускорения от времени. А если кроме этого известны ещё и значения скорости/координат в определённый момент времени, то движение полностью задано.

Деление кинематики по типам объекта исследования

В зависимости от свойств изучаемого объекта, кинематика делится на кинематику точки, кинематику твёрдого тела, кинематику деформируемого тела, кинематику газа, кинематику жидкости и т. д.

Кинематика точки

Основная статья: Кинематика точки

Кинематика точки изучает движение материальных точек — тел, размерами которых можно пренебречь по сравнению с характерными размерами изучаемого явления. Поэтому в кинематике точки скорость, ускорение, координаты всех точек тела считаются равными.

Частные случаи движения в кинематике точки:

• Если ускорение равно нулю, движение прямолинейное (траектория представляет собой прямую) и равномерное (скорость постоянна).

,

где  — длина пути траектории за промежуток времени от до ,  — проекции на соответствующие оси координат.

• Если ускорение постоянно и лежит в одной прямой со скоростью, движение прямолинейное, равнопеременное (равноускоренное, если ускорение и скорость направлены в одном направлении; равнозамедленное — если в разные).

,

где  — длина пути траектории за промежуток времени от до ,  — проекции на соответствующие оси координат,  — проекции на соответствующие оси координат.

• Если ускорение постоянно и перпендикулярно скорости, движение происходит по окружности — вращательное движение.

,

где  — радиус окружности, по которой движется тело.

Если выбрать систему декартовых координат xyz так, чтобы центр координат был в центре окружности, по которой движется точка, оси y и x лежали в плоскости этой окружности, так чтобы движение осуществлялось против часовой стрелки, то значения координат можно вычислить по формулам:

Для перехода в другие системы координат используются преобразования Галилея для скоростей намного меньших скорости света, и преобразования Лоренца для скоростей, сравнимых со скоростью света.

• Если ускорение постоянно и не лежит на одной прямой с начальной скоростью, движение параболическое.

Если выбрать систему декартовых координат xyz так, чтобы ускорение и начальная скорость лежали в плоскости xy и ускорение было сонаправленно с осью y, то значения координат можно вычислить по формулам:

,

где и  — проекции на соответствующие оси.

Для перехода в другие системы координат используются преобразования Галилея для скоростей намного меньших скорости света, и преобразования Лоренца для скоростей, сравнимых со скоростью света.

• Если тело выполняет разные движения в разных направлениях, то эти движения могут рассчитываться отдельно и складываться по принципу суперпозиции. Например, если в одной плоскости тело совершает вращательное движение, а по оси, перпендикулярной этой плоскости — равномерное поступательное, то вид движения — винтовая линия с постоянным шагом.

• В общем виде скорость, ускорение и координаты вычисляются по общим формулам (см. задачи кинематики), путь вычисляется по формуле:

Кинематика твёрдого тела

Кинематика твёрдого тела изучает движение абсолютно твёрдых тел (тел, расстояние между двумя любыми точками которого не может изменяться).

Так как любое тело ненулевого объёма имеет бесконечное число точек, и соответственно бесконечное число фиксированных связей между ними, тело имеет 6 степеней свободы и его положение в пространстве определяется шестью координатами (если нет дополнительных условий).

Связь скорости двух точек твердого тела выражается через формулу Эйлера:

,

где  — вектор угловой скорости тела.

Кинематика деформируемого тела, Кинематика жидкости

Основные статьи: Кинематика деформируемого тела, Кинематика жидкости

Кинематика деформируемого тела и кинематика жидкости относятся к кинематике непрерывной среды.

Кинематика газа

Основная статья: Кинематика газа

Кинематика газа изучает деление газа на скопления при движении и описывает движение этих скоплений. В рамках кинематики газа описываются не только основные параметры движения, но и типы движения газа.

Примечания

Литература

• Алешкевич В. А., Деденко Л. Г., Караваев В. А. Механика твердого тела. Лекции. — М.: Изд-во Физического факультета МГУ, 1997.
• Матвеев. А. Н. Механика и теория относительности. — М.: Высшая школа, 1986. (3-е изд. М.: ОНИКС 21 век: Мир и Образование, 2003. — 432с.)
• Павленко Ю. Г. Лекции по теоретической механике. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. — 392 с.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. В 5 т. Том I. Механика. 4-е изд. — М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2005. — 560с.
• Стрелков С. П. Механика. — М.: Наука, 1975.
• Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов (4-е изд.). — М.: Наука, 1968.

Механика 3 (классика). Кинематика, динамика, энергия, импульсы, колебания

Новые масштабы

Разработкой нового цифрового таймера и соответствующих фотоэлектрических барьеров компания ФГОС устанавливает новые масштабыклассического снятия показаний в опытах не толькопо кинематике и динамике, но и по темам энергии,импульсов и механических колебаний. Кроме того,этот новый способ измерений позволяет, наконец,провести в школе опыты по законам взаимодействия тел и закону сохранения импульса.

Универсальная шина

Эта шина может использоваться как ходовая поверхность и как штатив. Она не входит в объем поставки, поскольку она предназначена для самых разныхэкспериментов.

Отличие от комплекта МЕХАНИКА 3

Набор для экспериментов МЕХАНИКА 3 классика дополнительно содержит в сравнении с набором МЕХАНИКА 3 измерительные салазки, опорный штифт и вторую измерительную насадку, моток бечевки и бритвенные лезвия с ручкой. Это позволяет использовать его вместе с набором МЕХАНИКА 2 для проведения удивительно наглядных и, в то же время, точных экспериментов по закону сохранения импульса и законам взаимодействия тел. Фотоэлектрические барьеры надежно крепятся специально разработанными скобами вертикально к поверхности движения и позволяют удобно считывать результаты измерений.

Комплект поставки:

1. Коробка для хранения
2. Вкладыш с углублениями MK
3. 2 фотоэлектрических барьера
4. Цифровой таймер
5. 2 подкладки для шины MK
6. Шнур 100 см в баночке
7. Шарики в баночке
8. 2 измерительные насадки
9. Винтовая пружина 3 Н/м
10. Винтовая пружина 10 Н/м
11. 2 крепления для фотоэлектрических барьеров
12. Ролик на опоре
13. Измерительные салазки MK
14. Штифт с крючком 7 см
15. Опорный штифт
16. Маятниковый шарик, деревянный
17. Маятниковый шарик, стальной
18. Падающая дужка
19. Фиксатор для ролика
20. Моток бечевки
21. 5 бритвенных лезвий с ручкой
22. 2 скобы для фотоэлектрических барьеров
23. Отбойная пружина M2

Эксперименты:

1. Базовая система отсчета
2. Равномерное движение
3. Мгновенная скорость
4. Движение с постоянным ускорением
5. Свободное падение
6. Сила и ускорение
7. Масса и ускорение
8. Маятник, укрепленный на нити
9. Закон сохранения энергии в механике
10. Кинетическая энергия
11. Маятник с винтовой пружиной 1
12. Маятник с винтовой пружиной 2
13. Негармонические колебания
14. Закон сохранения импульса
15. Неупругий удар
16. Упругий удар 1
17. Упругий удар 2

Дополнительное оборудование:

Основы кинематики | Безграничная физика

Определение кинематики

Кинематика – это исследование движения точек, объектов и групп объектов без учета причин их движения.

Цели обучения

Определить кинематику

Основные выводы

Ключевые моменты

• Для описания движения кинематика изучает траектории точек, линий и других геометрических объектов.
• Изучение кинематики можно абстрагировать в чисто математических выражениях.
• Кинематические уравнения могут использоваться для расчета различных аспектов движения, таких как скорость, ускорение, смещение и время.

Ключевые термины

• кинематика : Раздел механики, имеющий отношение к движущимся объектам, но не к задействованным силам.

Кинематика – это раздел классической механики, который описывает движение точек, объектов и систем групп объектов без ссылки на причины движения (т.е., силы). Изучение кинематики часто называют «геометрией движения».

Объекты вращаются вокруг нас. Все, от теннисного матча до полета космического зонда над планетой Нептун, связано с движением. Когда вы отдыхаете, ваше сердце перемещает кровь по венам. Даже в неодушевленных предметах есть непрерывное движение в колебаниях атомов и молекул. Могут возникнуть интересные вопросы о движении: сколько времени потребуется космическому зонду, чтобы добраться до Марса? Куда приземлится футбольный мяч, если его бросить под определенным углом? Однако понимание движения также является ключом к пониманию других концепций физики.Например, понимание ускорения имеет решающее значение для изучения силы.

Для описания движения кинематика изучает траектории точек, линий и других геометрических объектов, а также их дифференциальные свойства (такие как скорость и ускорение). Кинематика используется в астрофизике для описания движения небесных тел и систем; и в машиностроении, робототехнике и биомеханике для описания движения систем, состоящих из соединенных частей (таких как двигатель, роботизированная рука или скелет человеческого тела).

Формальное изучение физики начинается с кинематики. Слово «кинематика» происходит от греческого слова «kinesis», означающего движение, и связано с другими английскими словами, такими как «cinema» (фильмы) и «kinesiology» (изучение движения человека). Кинематический анализ – это процесс измерения кинематических величин, используемых для описания движения. Изучение кинематики можно абстрагировать в чисто математических выражениях, которые можно использовать для расчета различных аспектов движения, таких как скорость, ускорение, смещение, время и траектория.

Кинематика траектории частицы : кинематические уравнения могут использоваться для расчета траектории частиц или объектов. Физические величины, относящиеся к движению частицы, включают: массу m, положение r, скорость v, ускорение a.

Системы отсчета и смещение

Чтобы описать движение объекта, необходимо указать его положение относительно удобной системы отсчета.

Цели обучения

Оценить смещение в системе координат.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Выбор системы отсчета требует решения, где находится исходное положение объекта и какое направление будет считаться положительным.
• Допустимые системы отсчета могут отличаться друг от друга перемещением друг относительно друга.
• Опорные рамки особенно важны при описании смещения объекта.
• Смещение – это изменение положения объекта относительно его системы отсчета.

Ключевые термины

• смещение : векторная величина, которая обозначает расстояние с направленным компонентом.
• рамка отсчета : система координат или набор осей, в пределах которых можно измерить положение, ориентацию и другие свойства объектов в ней.

Чтобы описать движение объекта, вы должны сначала описать его положение – где он находится в любой конкретный момент времени. Точнее, нужно указать его положение относительно удобной системы отсчета.Земля часто используется в качестве системы отсчета, и мы часто описываем положение объектов, связанных с их положением на Землю или от нее. Математически положение объекта обычно представлено переменной x .

Справочная информация

Есть два варианта, которые вы должны сделать, чтобы определить переменную положения x . Вы должны решить, где поставить x = 0 и какое направление будет положительным. Это называется выбором системы координат или выбором системы отсчета.Пока вы последовательны, любой фрейм одинаково действителен. Но вы не хотите менять систему координат во время расчета. Представьте, что вы сидите в поезде на станции и вдруг замечаете, что станция движется назад. Большинство людей сказали бы, что они просто не заметили, что поезд движется – только казался , как движение станции. Но это показывает, что существует третий и произвольный выбор, связанный с выбором системы координат: действительные системы отсчета могут отличаться друг от друга, перемещаясь друг относительно друга.Может показаться странным использовать систему координат, движущуюся относительно земли, но, например, система координат, движущаяся вместе с поездом, может быть гораздо более удобной для описания вещей, происходящих внутри поезда. Рамки отсчета особенно важны при описании смещения объекта.

СПРАВОЧНИКИ профессора Хьюма и профессора Дональда Айви из Университета Торонто

В этом классическом фильме профессора Хьюм и Айви умело иллюстрируют системы отсчета и различают фиксированные и подвижные системы отсчета.

Frames of Reference (1960) Обучающий фильм : Frames of Reference – образовательный фильм 1960 года, созданный Комитетом по изучению физических наук. Фильм предназначен для показа на курсах физики в средней школе. В фильме профессора физики Университета Торонто Паттерсон Хьюм и Дональд Айви объясняют различие между инерциальной и неинтерциальной системами отсчета, демонстрируя эти концепции с помощью юмористических трюков с камерой. Например, фильм открывается с Доктора.Хьюм, который кажется перевернутым, обвиняет доктора Айви в том, что он перевернут. Только когда пара подбрасывает монету, становится очевидно, что доктор Айви – и камера – действительно перевернуты. Юмор фильма служит как для заинтересованности студентов, так и для демонстрации обсуждаемых концепций. В этом фильме PSSC используется увлекательный набор, состоящий из вращающегося стола и мебели, занимающих неожиданно непредсказуемые места в зоне просмотра. Прекрасная кинематография Авраама Морочника и забавное повествование профессоров Университета Торонто Дональда Айви и Паттерсона Хьюма – прекрасный пример того, как творческая группа кинематографистов может весело провести время с предметом, который другие, менее творческие люди могут найти в прохожих.Продюсер: Ричард Ликок Продюсерская компания: Educational Development Corp. Спонсор: Эрик Престамон

Рабочий объем

Смещение – это изменение положения объекта относительно его системы отсчета. Например, если автомобиль движется из дома в продуктовый магазин, его перемещение – это относительное расстояние продуктового магазина до системы отсчета или дома. Слово «смещение» означает, что объект переместился или был перемещен. Смещение – это изменение положения объекта, которое математически можно представить следующим образом:

[латекс] \ Delta \ text {x} = \ text {x} _ \ text {f} – \ text {x} _0 [/ latex]

, где Δ x – смещение, x _f – конечное положение, а x ₀ – начальное положение.

показывает важность использования системы координат при описании перемещения пассажира в самолете.

Смещение в системе ведения : Пассажир перемещается со своего места на заднюю часть самолета. Его расположение относительно самолета указано x. Смещение пассажира на -4,0 м относительно самолета показано стрелкой в ​​направлении задней части самолета. Обратите внимание, что стрелка, обозначающая его перемещение, вдвое длиннее стрелки, обозначающей перемещение профессора (он перемещается вдвое дальше).

Введение в скаляры и векторы

Вектор – это любая величина, имеющая как величину, так и направление, тогда как скаляр имеет только величину.

Цели обучения

Определите разницу между скалярами и векторами

Основные выводы

Ключевые моменты

• Вектор – это любая величина, имеющая величину и направление.
• Скаляр – это любая величина, которая имеет величину, но не имеет направления.
• Смещение и скорость – это векторы, а расстояние и скорость – скаляры.

Ключевые термины

• скаляр : величина, имеющая величину, но не направление; сравнить вектор.
• вектор : Направленная величина, имеющая как величину, так и направление; между двумя точками.

В чем разница между расстоянием и смещением? В то время как смещение определяется как направлением, так и величиной, расстояние определяется только величиной. Смещение – это пример векторной величины. Расстояние – это пример скалярной величины.Вектор – это любая величина, имеющая как величину, так и направление. Другие примеры векторов включают скорость 90 км / ч на восток и силу 500 ньютонов прямо вниз.

Скаляры и векторы : Г-н Андерсен объясняет различия между скалярными и векторными величинами. Он также использует демонстрацию, чтобы показать важность векторов и сложения векторов.

В математике, физике и технике вектор – это геометрический объект, который имеет величину (или длину) и направление и может быть добавлен к другим векторам в соответствии с векторной алгеброй.Направление вектора в одномерном движении задается просто знаком плюс (+) или минус (-). Вектор часто представлен отрезком линии с определенным направлением или графически в виде стрелки, соединяющей начальную точку A с конечной точкой B, как показано на.

Векторное представление : Вектор часто представляется отрезком линии с определенным направлением или графически в виде стрелки, соединяющей начальную точку A с конечной точкой B.

Некоторые физические величины, например расстояние, либо не имеют направления, либо не имеют определенного направления.В физике скаляр – это простая физическая величина, которая не изменяется при поворотах или перемещениях системы координат. Это любая величина, которая может быть выражена одним числом и имеет величину, но не направление. Например, температура 20ºC, 250 килокалорий (250 калорий) энергии в шоколадном батончике, ограничение скорости 90 км / ч, рост человека 1,8 м и расстояние 2,0 м – все это скаляры или количества, не указанные. направление. Обратите внимание, однако, что скаляр может быть отрицательным, например, температура –20ºC.В этом случае знак минус указывает точку на шкале, а не направление. Скаляры никогда не изображаются стрелками. (Сравнение скаляров и векторов показано на.)

Скаляры и векторы : Краткий список величин, которые являются либо скалярами, либо векторами.

Разделение кинематики и механики раскрывает кодирующие свойства нейронов тройничного ганглия в вибриссальной системе крысы

Мы просим вас внести эти изменения до принятия решения о принятии или отклонении рукописи:

1) Редактор-рецензент запрашивает примеры средних значений спайковой реакции, вызванных стимулом, в масштабе высокого разрешения, которые следует добавить на рис. 1.

Мы предоставили запрошенные примеры в виде рисунка 4 – приложения к рисунку 1. При рассмотрении общей структуры рукописи мы нашли этот материал более подходящим в качестве дополнения к рисунку 4, а не к рисунку 1, и надеемся, что редактор согласен с этим размещением.

2) Добавьте вдумчивое и убедительное обсуждение, возможно, с повторным анализом данных по мере необходимости, сравнивая текущую работу с работой Campagner et al.

Мы тщательно отредактировали раздел «Обсуждение» нашей рукописи, чтобы включить в него сравнение нашей работы с работой Кампагнера и др.Изменения были настолько обширными, что мы перерисовали заголовок «Обсуждение» вместо всех отдельных изменений в этом разделе рукописи.

3) В дополнение к вышеизложенному, убедительно рассмотрите критический вопрос, поднятый рецензентом №2 относительно различий с исследованием Кампагнера и др .: «Результат здесь противоположный: механические переменные предсказывают возбуждение нейронов Vg лучше, чем кинематические переменные для пассивного отклонения, но не для активного касания.Я не понимаю этот результат, но он может быть результатом ограничения подхода GLM (см. подраздел ‘3.3. Ограничения текущего подхода »и низкие значения R на рисунке 6A).»

Мы рассмотрели этот вопрос в пересмотренном разделе «Обсуждение» нашей статьи; см. также наш ответ рецензенту №2.

4) Обращайтесь ко всем пунктам двух рецензентов.

См. Ниже.

Рецензент № 1:

Это технически надежная рукопись. Главный вывод заключается в том, что первичные сенсорные нейроны в системе усов кодируют в основном механические переменные (силы и моменты), а не кинематические переменные (скорость и т. Д.).) это важно. Подход, основанный на анализе первичных афферентных реакций с помощью обобщенной линейной модели, является количественным и строгим.

Мы благодарим рецензента за положительную оценку нашей рукописи.

К сожалению, очень похожий набор результатов только что был опубликован в eLife группой Петерсена (Campagner et al., 2016). Используя записи первичных нейронов бодрствующих мышей (а не крыс), эти авторы связали реакции нейронов с кинематикой и силами усов.Для этого они также приняли подход обобщенной линейной модели, как в Campagner et al. [NB – GLM использовались группой Петерсена и в более ранней работе (Bale et al., 2013).] Выводы Campagner et al. очень похожи на настоящую рукопись. Первичные сенсорные нейроны в системе усов (бодрствующих животных) кодируют в первую очередь силы вращения, а не угол или скорость усов. Исследование Campagner также включает сравнение активной и пассивной стимуляции. В нынешней форме Bush et al.рукописи, нет никаких отличительных дополнительных или более широких результатов по сравнению с Campagner et al.

Ряд важных отличий отличает настоящую работу от работы Campagner et al.

Наиболее существенное различие между двумя исследованиями заключается в выборе переменных для представления кинематической и механической информации. Учитывая, что нейроны Vg с гораздо большей вероятностью сработают при контакте, чем при бесконтактном, любая переменная, выбранная для объяснения срабатывания Vg – геометрическая или механическая – должна нести контактную информацию.

Campagner et al. использовать механическую переменную (изменение кривизны), которая несет важную информацию о контакте и бесконтактности, но использует геометрическую переменную ( θ _{, головка} ), которая не несет информации о контакте или бесконтактности. Следовательно, очевидно, что изменение кривизны будет лучшим предиктором Vg сгорания, чем θ _{головка} . Campagner et al. обнаружение того, что механические переменные являются лучшими предикторами Vg срабатывания, чем кинематические переменные, объясняется неправильным выбором кинематической переменной.

Настоящая работа также отдает предпочтение механическим, а не геометрическим переменным в качестве предикторов срабатывания Vg, но мы использовали геометрические переменные, которые содержат информацию о контакте или бесконтактности. Угловые переменные θ _push (во время активного перемешивания) и θ _{отклонение} (во время пассивного отклонения) ненулевые только во время контакта, как и их механические аналоги. Таким образом, в настоящей работе сравнение относительной предсказательной силы кинематических и механических переменных является объективным.

Второе важное различие между результатами, представленными Campagner et al. и наши результаты являются результатом подхода, используемого для вычисления коэффициента корреляции Пирсона (R). В периоды отсутствия контакта частота возбуждения большинства нейронов Vg очень низкая. Как модели, предложенные нами, так и предложенные Campagner et al. очень хорошо предсказывают периоды покоя в активности Vg при отсутствии контакта. Мы решили количественно оценить качество наших моделей, сосредоточив внимание на их способности предсказывать срабатывание Vg во время контакта; таким образом, мы использовали только данные срабатывания во время контакта для вычисления значений R.Используя данные срабатывания как во время контакта, так и без контакта для вычисления значений R, Campagner et al. повысить точность прогнозов своих моделей.

Третье различие между двумя исследованиями заключается в том, что Campagner et al. строить модели, основанные на единственной объясняющей переменной для срабатывания Vg; они выбирают изменение кривизны для механики и θ _{головки} для кинематики. Эти модели с одним входом игнорируют вклад других компонентов кинематики (радиальное расстояние до объекта, скорость) и механики ( F _x ), которые, как было продемонстрировано, важны не только для объяснения реакции нейронов Vg (Stüttgen et al. .2008; Lottem et al., 2015), но также и для поведения (Pammer et al., 2013). Наша работа учитывает эти дополнительные затраты.

Четвертый, Campagner et al. утверждают, что имеют «измеренные силы» или «расчетные силы», когда на самом деле они измеряют геометрическую величину – изменение кривизны в основании – и используют ее как показатель изгибающего момента. Этот прокси полагается на точное определение кривизны основания, которое очень подвержено ошибкам отслеживания и может легко стать неточным. В своей работе мы используем проверенную механическую модель, которая использует квазистатическое приближение для количественной оценки сил и моментов, приложенных к основанию усов (Solomon and Hartmann, 2006; Quist et al., 2012; Huet et al., 2015; Huet and Hartmann, 2016).

Наконец, результаты, представленные здесь, показывают, что механика предсказывает стрельбу Vg лучше во время пассивной стимуляции, чем во время активного контакта, в то время как Campagner et al. покажите прямо противоположное. Как указывает рецензент 2, два исследования, таким образом, прямо противоречат друг другу. Мы предлагаем объяснение этого очевидного противоречия: несоответствие связано не с активным и пассивным прикосновением, а с тем, разделены ли механика и геометрия в данном сценарии.

Есть разница между статьями в анализе, причем в Bush et al. механические переменные предсказывают возбуждение нейронов лучше, чем кинетические переменные при ручной стимуляции, но не при активном прикосновении, тогда как в Campagner et al. механические переменные лучше предсказывают активное прикосновение. Два типа переменных лучше разделяются во время ручной стимуляции у Буша и др., Но во время активного прикосновения у Кампагнера и др. Вероятно, это результат различий в дизайне эксперимента и диапазоне параметров стимуляции.Качество соответствия GLM для обеих бумаг находится в одинаковом диапазоне.

Очевидное несоответствие между двумя работами было подробно рассмотрено в пересмотренном разделе «Обсуждение».

Мы объясняем различия в первую очередь неправильным выбором θ _{головки} в качестве кинематического предиктора в Campagner et al. Как обсуждалось выше, θ _{головка} не несет информации о контакте; он значительно меняется во время взбивания, независимо от того, происходит ли контакт.Напротив, изменения кривизны будут происходить только во время контакта. Если контакт происходит в разных положениях по отношению к головке, очевидно, что θ _{головка} и изменения кривизны будут развязаны. Однако в экспериментальной схеме, использованной Campagner et al., Пассивное смещение всегда происходит в одном и том же угловом положении; это предотвращает разъединение между θ _{головкой} и изменениями кривизны. Напротив, экспериментальная схема, в которой пассивная стимуляция применялась в различных угловых положениях, позволила бы изменить кривизну и разъединить θ _{головки} .Кампагнер и др. Не исследовали этот сценарий, в то время как наш экспериментальный подход к пассивному отклонению был специально разработан, чтобы отделить кинематику от механических переменных.

Поскольку настоящая версия представленной рукописи делает очень похожие выводы (хотя и на крысах, а не на мышах), а основной методологический вклад снова аналогичен (использование GLM), к сожалению, я должен рекомендовать не принимать рукопись в eLife в ее нынешнем виде. .

В наших аргументах выше и в пересмотренном сеансе обсуждения мы утверждаем, что есть изъян в выборе кинематической переменной Campagner et al.- выбор головки θ делает предрешенным вывод, что механическая переменная будет иметь большую способность прогнозировать срабатывание Vg во время активного взбивания. Кроме того, их неспособность отделить кинематические от механических переменных во время пассивного отклонения приводит к тому, что они ошибочно приписывают разницу между активными и пассивными состояниями.

Рецензент № 2:

Буш и др. определить, насколько хорошо ответы нейронов Vg в системе вибрисс объясняются либо механическими сигналами в основании усов (F _x , F _y и M), либо кинематическими переменными (углы толчка или отклонения θ, точка контакта r и угловая скорость V; ускорение не учитывается в отличие от предыдущих исследований).Для этого они разрабатывают статистическую модель GLM. Они обнаружили, что нейроны Vg более непосредственно кодируют механический сигнал, когда усы отклоняются, но нет явного предпочтения кинематическим или механическим моделям во время активного прикосновения.

Мы благодарим рецензента за точное описание нашей работы.

Механорецепторы в фолликуле чувствительны к их непосредственному окружению. В прошлом последний автор (и другие) изучали свойства изгиба усов, которые прочно удерживаются в квазистатическом приближении.Они показали, что переменные F _x , F _y и M могут быть вычислены, если θ и r известны, и наоборот. В этом случае информация о частотах возбуждения нейронов Vg из механических переменных должна быть равна информации, извлеченной из кинематических переменных.

Мы согласны с рецензентом (только M и F _x необходимы для вычисления θ и r ), однако отметим, что связь между механическими и кинематическими переменными существенно нелинейна.В настоящей работе используется простая модель нейронного кодирования: нейроны Vg реагируют на линейную комбинацию соответствующих характеристик стимула, за которой следует статическая нелинейность, которая просто учитывает статистику Пуассона процесса генерации спайков. Это концептуальная основа, лежащая в основе выбора моделей GLM. Задаваясь вопросом о том, какой набор переменных, кинематический или механический, являются лучшими предикторами активности Vg при использовании в качестве входных данных для модели GLM, мы спрашиваем, какой набор переменных является более информативным в рамках гипотезы линейно-нелинейного (LNL) кодирования. .

усы, однако, выходят из загадочной подушки, и основание усов может перемещаться под действием контактных сил. Следовательно, кинематические переменные не определяют силы однозначно, если свойства прокладки меняются со временем. Ожидается, что силы и моменты, которые непосредственно влияют на механорецепторы, предсказывают возбуждающие свойства нейронов Vg лучше, чем кинематические переменные.

Я ожидаю, что у животных, находящихся под наркозом, свойства «мистициальной подушки» не будут существенно меняться со временем.У бодрствующих животных двигательная система животного может изменять свойства подушечки. Следовательно, кинематическая и механическая переменные дадут более похожие результаты для анестезированных животных, чем для бодрствующих животных. Это результат статьи в eLife, опубликованной 15 февраля Campagner et al. (и поэтому авторы не могли знать об этом, когда они представили настоящую рукопись), хотя есть различия между двумя исследованиями (например, Campagner et al. рассматривают только угол усов, а не r и V).Результат здесь противоположный: механические переменные предсказывают срабатывание нейронов Vg лучше, чем кинематические переменные для пассивного отклонения, но не для активного прикосновения. Я не понимаю этот результат, но он может быть результатом ограничения подхода GLM (см. Подраздел «3.3. Ограничения текущего подхода» и низкие значения R на рисунке 6A).

Различия между текущей работой и Campagner et al. работа была подробно рассмотрена в ответе Рецензенту 1 (см. выше), а также в пересмотренном разделе «Обсуждение».

Вопреки тому, как это может показаться, то, являются ли отклонения усов активными / пассивными, не является тем, что определяет относительную способность механических и геометрических переменных предсказывать зажигание Vg. Вместо этого мы рассматриваем ответы Vg в режиме, в котором механические и геометрические переменные не связаны.

Как предполагает рецензент, свойства мистической подушки могут, при некоторых условиях, способствовать этому разъединению, но эти свойства не являются единственным источником декорреляции между кинематикой и механикой.Собственная кривизна, деформируемость и различная жесткость усов – все это способствует сложной взаимосвязи между кинематикой и механикой.

Как подробно описано в разделе «Обсуждение», в стандартных подходах обычно используется пассивная стимуляция под небольшим углом, очень близко к основанию усов. В этой области усы жесткие и ведут себя по существу как твердое тело. Настоящая работа ослабляет предположения о твердом теле и обращается к тому, как кривизна, деформируемость и жесткость влияют на кинематику и механику с помощью нового протокола стимуляции.Этот подход позволяет нам соотносить нейронные реакции с гораздо более широким и более естественным диапазоном входных стимулов, который ранее не тестировался.

Чтобы обобщить аргумент, представленный в пересмотренном разделе «Обсуждение»: Campagner et al. используйте кинематическую переменную θ _голова , которая измеряется относительно средней линии головы животного. Они сравнивают это с изменением кривизны, которое измеряется независимо от положения усов относительно головы.Эти переменные будут развязаны в экспериментах с бодрствованием, потому что контакт с объектом может происходить в разных положениях относительно головы. Такое же удлинение относительно штифта, расположенного, например, под 70 ° и 110 °, будет иметь очень похожие изменения кривизны, но с очень разными значениями для θ _{головки} . Напротив, в Campagner et al. эксперименты под наркозом, θ _{головка} и кривизна всегда сильно коррелированы, потому что усы обрезаны (до 5 мм), углы отклонения относительно малы (10 °), и отклонение всегда применяется при той же θ _{головке} .Если бы они использовали отклонения большой амплитуды и / или отклонения дальше от основания усов, θ _{головка} , вероятно, не зависела бы от изменений кривизны.

В наших экспериментах мы определяем кинематику и механику независимо от положения усов относительно головы. В наших экспериментах на бодрствующем человеке реже и менее надежно наблюдать разделение кинематики и механики. Напротив, конструкция нашего протокола отклонения делает гораздо более вероятным, что кинематика и механика будут разделены в наших экспериментах под наркозом.

Это комбинация подходящего выбора переменных и другой схемы наших экспериментов на анестезированном животном, которая объясняет очевидную разницу между двумя работами.

Можно подумать о публикации этой рукописи, чтобы противопоставить ее рукописи Campagner et al. В эпоху, когда ученые заботятся о «воспроизводимости», совместная публикация двух статей может намекнуть на проблематичность статистических методов, таких как подход GLM.

Мы ценим рекомендацию рецензента и обращаемся к нашему отредактированному разделу «Обсуждение», который теперь включает подробное сравнение работ Campagner et al.с нашей работой и конкретно обсуждает очевидные противоречия между двумя исследованиями.

Комментарий:

Рисунок 3B, слева: значения F _x широко распределены для одного и того же θ _push . В частности, они иногда положительны, а иногда отрицательны для одного и того же θ _push . Как это может быть?

Действительно, F _x иногда бывает положительным, а иногда отрицательным для одного и того же θ _push .Этот эффект возникает из-за перемещений базовой точки, движений головы и изменений ориентации усов (вогнутый вперед или вогнутый назад) во время θ _толчка . Более конкретно, когда вогнутый вперед ус протягивается относительно штифта, растяжение будет иметь тенденцию вытягивать ус из фолликула; F _x , таким образом, положительный. Когда усы, вогнутые назад, вытягиваются относительно штифта, вытягивание будет иметь тенденцию толкать усы в фолликул, поэтому значение F _x отрицательно.

Мы благодарим рецензента за этот критический комментарий относительно рисунка 3B. Наша повторная проверка этих данных выявила небольшую ошибку в вычислении геометрических переменных, используемых в разных анализах. Эта ошибка была выявлена ​​и исправлена, и все данные были повторно проанализированы. Это привело к изменениям на рисунках с 3 по 6; примечательно, что эти исправления не повлияли ни на какие выводы, представленные в этой рукописи, или их значение.

Обратите внимание, что теперь мы показываем другой нейрон на рисунке 3B.Причина этого выбора заключается в том, что цель этого рисунка – продемонстрировать, что кинематика и механика не обязательно тесно связаны у бодрствующего животного. После исправления наших данных мы обнаружили, что другой нейрон лучше иллюстрирует этот эффект.

https://doi.org/10.7554/eLife.13969.019

Теория кинематики | Механика | Физические упражнения

Кинематика – это раздел классической механики, который описывает движение тел (объектов) и систем (групп объектов) без учета сил, вызывающих движение.

Когда мы изучаем движение тела, мы всегда должны делать это в соответствии с Системой отсчета, которая представляет собой точку или набор точек, через которые мы описываем движение тела.
Мы говорим, что тело движется относительно системы отсчета, когда оно меняет свое положение с течением времени; если оно не меняется, мы скажем, что оно находится в состоянии покоя. Движение относительное, то есть оно будет зависеть от выбранной нами системы отсчета.
Если мы соединим все точки, где проходит тело, мы получим кривую под названием траектория , на которой мы можем определить положение точки, которая после соединения ее с осями OX и OY, мы получим в результате вектор, называемый положением . вектор .

Bioprofe | Теория кинематики | 01

Длина или модуль этого вектора положения вычисляется по формуле:

Bioprofe | Теория кинематики | 02

ОБЗОР ФОРМУЛЫ:

Скалярная средняя скорость

Bioprofe | Теория кинематики | 03

Скалярная мгновенная скорость

Bioprofe | Теория кинематики | 04

Средняя векторная скорость

Bioprofe | Теория кинематики | 05

Векторная мгновенная скорость

Bioprofe | Теория кинематики | 06

Среднее ускорение

Bioprofe | Теория кинематики | 07

Мгновенное ускорение

Bioprofe | Теория кинематики | 08

Касательное ускорение

Bioprofe | Теория кинематики | 09

Нормальное ускорение

Bioprofe | Теория кинематики | 10

Прямолинейное равномерное движение

Bioprofe | Теория кинематики | 11

Прямолинейное равномерно переменное движение

Bioprofe | Теория кинематики | 12

Свободное падение

Bioprofe | Теория кинематики | 13

Угловые величины

Bioprofe | Теория кинематики | 14

Угловая скорость

Bioprofe | Теория кинематики | 15

Угловое ускорение

Bioprofe | Теория кинематики | 16

Равномерное круговое движение (T = период; f = частота)

Bioprofe | Теория кинематики | 17

Bioprofe | Теория кинематики | 18

Равномерное круговое переменное движение

Bioprofe | Теория кинематики | 19

Вибрационное гармоническое движение (s = удлинение; A = амплитуда; ω = пульсация)

Bioprofe | Теория кинематики | 20

СОСТАВ ДВИЖЕНИЙ

Пуск снарядов вертикальный

Bioprofe | Теория кинематики | 21

Пуск снарядов горизонтальный

Bioprofe | Теория кинематики | 22

Пуск снарядов под углом

Уравнение траектории

Bioprofe | Теория кинематики | 23

Максимальная высота

Bioprofe | Теория кинематики | 24

Окончательный объем

Bioprofe | Теория кинематики | 25

Механика против кинематики – в чем разница?

В контексте | Physics | lang = en terms разница между механикой и кинематикой

заключается в том, что механика (физика) является разделом физики, который имеет дело с действием сил на материальные объекты с массой, а кинематика (физика) раздел механики, имеющий отношение к движущимся объектам, но не к задействованным силам.

Как существительные, разница между механикой

и кинематикой состоит в том, что механика (физика) является разделом физики, который имеет дело с действием сил на материальные объекты с массой, а кинематика (физика) является ветвью физики. механика связана с движущимися объектами, но не с задействованными силами.

Другие сравнения: в чем разница?

Английский существительное (–) (физика) Раздел физики, изучающий действие сил на материальные объекты с массой Проектирование и производство станков. (письмо) Орфография и пунктуация. эксплуатация в целом; выработки механика настольной игры английское множественное число Производные термины ( Производные термины ) * аэромеханика * аналитическая механика * биомеханика * кузовная механика * небесная механика * классическая механика * электромеханика * механика жидкости * газовая механика * наследственная механика * гидромеханика * магнитомеханика * матричная механика * микромеханика * молекулярная механика * Ньютоновская механика * неквантовая механика * нерелятивистская механика * механика частиц * квантовая механика * рациональная механика * релятивистская механика * механика горных пород * механика грунтов * статистическая механика * волновая механика Анаграммы *

Существительное (–) (физика) Раздел механики, связанный с движущимися объектами, но не с задействованными силами. Связанные термины * кинематическая См. Также * динамика

терминология – В чем разница между «кинематикой» и «динамикой»?

Кинематика – это диапазон движения или изменения, которому может подвергаться система, или пространство состояний, в котором она действует. Динамика – это движение, которому она подвергается в соответствии с законами движения.

Например, кинематика твердого тела в пространстве описывает его возможные координатные положения и ориентации, а также диапазон скоростей и угловых скоростей и т. Д.Динамика описывает, как они изменятся под влиянием данной системы сил.

Это означает, что сохранение энергии и других величин является динамическим, потому что оно выполняется только тогда, когда действуют уравнения движения.

Хотя кинематика и динамика чаще всего используются в классической механике, вы можете распространить эту идею на квантовую механику, где кинематика описывается фазовым пространством и операторами, а динамика – это эволюция под влиянием данного гамильтониана.

Принято считать, что различие между кинематикой и динамикой является абсолютно четким, но, возможно, самое важное, что нужно понять, это то, что это не всегда так. В качестве простого примера рассмотрим случай частицы, которая может двигаться по фиксированной траектории. Вы можете рассматривать ограничение, удерживающее его на треке, как кинематическое, и только его фактическое движение по треку будет частью динамики, но мы знаем, что на более глубоком уровне частица удерживается на треке динамическими силами.

Другой пример – сохранение заряда. Если вы рассмотрите уравнение Дирака для заряженной частицы в присутствии электромагнитного поля, вы обнаружите, что заряд сохраняется только под влиянием уравнений движения. При квантовании системы заряд определяется суммой квантованных зарядов позитронов и электронов, которые могут быть созданы и уничтожены только парами. Это можно рассматривать как кинематическое ограничение, когда динмаика учитывает только движение частиц.

Пожалуй, лучший пример – электродинамика, где векторный потенциал описывает кинематику поля с электрическими и магнитными полями, задаваемыми подходящими производными. В этом случае уравнение Максвелла, которое говорит нам, что магнитное поле имеет нулевую дивергенцию, является кинематическим, потому что оно следует без использования уравнений движения, но дивергенция электрического поля равна электрическому току согласно уравнениям движения. Итак, некоторые уравнения Максвелла кинематические, а некоторые – динамические.В более глубокой теории эти поля могут быть получены из системы, которая демонстрирует электромагнитную дуальность, в которой магнитные монополи действуют как источники магнитного поля. В этом случае кинематическая и динамическая части уравнения Максвелла меняются местами под действием дуальности, поэтому мы вынуждены понимать, что первоначальное различие между кинематикой и динамикой было иллюзией.

В конечном счете, эволюция Вселенной не делает того же различия между кинематикой и динамикой, которое делают физики, и важно понимать, что на более глубоком уровне кинематика может оказаться динамикой или наоборот.Так что любая попытка определить разницу в некоторой степени произвольна и может не выдержать испытания временем.

Психическая кинематика: динамика и механика нейрокогнитивных систем

Абрахамсен А. и Бехтель В. (2012). От реактивных к эндогенно-активным динамическим представлениям о мозге. В К. Плезанс и Т. Рейдон (ред.), Философия поведенческой биологии (стр. 329–366). Дордрехт: Спрингер.

Google Scholar

Остин, К.J. (2016). Онтология организмов: механистические модули или структурированные процессы? Биология и философия , 31 (5), 639–662.

Google Scholar

Барак, Д. Л. (2019). Ментальные машины. Биология и философия , 34 (6), 63.

Google Scholar

Bechtel, W. (2002). Разложение разума и мозга: долгосрочное занятие. Мозг и разум, 3 (2), 229–242.

Google Scholar

Bechtel, W. (2008). Психические механизмы: философские взгляды на когнитивную нейробиологию . Рутледж: Тейлор и Фрэнсис.

Google Scholar

Bechtel, W. (2012). Понимание эндогенно активных механизмов: научная и философская проблема. Европейский журнал философии науки, 2 (2), 233–248.

Google Scholar

Bechtel, W., & Abrahamsen, A. (2005). Пояснение: Альтернатива механизму. Исследования по истории и философии науки Часть C: Исследования по истории и философии биологических и биомедицинских наук, 36 (2), 421–441.

Google Scholar

Bechtel, W., & Abrahamsen, A. (2010). Динамическое механистическое объяснение: компьютерное моделирование циркадных ритмов как образец для когнитивной науки. Исследования по истории и философии науки, часть A, 41 (3), 321–333.

Google Scholar

Бир, Р. Д. (2000). Динамические подходы к когнитивной науке. Тенденции в когнитивных науках, 4 (3), 91–99.

Google Scholar

Блатт, Г. Дж., Андерсен, Р. А., и Стоунер, Г. Р. (1990). Организация зрительного рецептивного поля и корково-корковые связи латеральной интрапариетальной области (области LIP) у макака. Журнал сравнительной неврологии, 299 (4), 421–445.

Google Scholar

Бокулич А.А. (2011). Как научные модели могут объяснить. Synthese, 180 (1), 33–45.

Google Scholar

Бун В. и Пиччинини Г. (2016). Механистическая абстракция. Философия науки, 83 (5), 686–697.

Google Scholar

Бриттен, К. Х., Шадлен, М. Н., Ньюсом, В. Т., и Мовшон, Дж. А. (1992). Анализ визуального движения: сравнение нейрональных и психофизических характеристик. Journal of Neuroscience, 12 (12), 4745–4765.

Google Scholar

Бриттен, К. Х., Шадлен, М. Н., Ньюсом, В. Т., и Мовшон, Дж. А. (1993).Ответы нейронов МТ макака на стохастические сигналы движения. Визуальная неврология, 10 (6), 1157–1169.

Google Scholar

Броуди, К. Д. и Хэнкс, Т. Д. (2016). Нейронные основы накопителя доказательств. Current Opinion in Neurobiology, 37, 149–157.

Google Scholar

Кэмпбелл, Дж. (2008).Интервенционизм, контрольные переменные и причинно-следственная связь в качественном мире. Philosophical Issues, 18 (1), 426–445.

Google Scholar

Chemero, A. (2011). Радикальная воплощенная когнитивная наука . Кембридж: MIT Press.

Google Scholar

Chemero, A., & Silberstein, M. (2008). После философии разума: Замена схоластики наукой *. Философия науки, 75 (1), 1-27.

Google Scholar

Чиримуута, М. (2014). Минимальные модели и канонические нейронные вычисления: отчетливость вычислительного объяснения в нейробиологии. Synthese, 191 (2), 127–153.

Google Scholar

Чиримуута, М. (2017). Объяснение в вычислительной нейробиологии: причинное и не причинное. Британский журнал философии науки, 69, 849–880.

Google Scholar

Craver, C.F. (2001). Ролевые функции, механизмы и иерархия. Философия науки, 68 (1), 53–74.

Google Scholar

Craver, C.F. (2007a). Конститутивная объяснительная релевантность. Journal of Philosophical Research, 32, 3–20.

Google Scholar

Craver, C.F. (2007b). Объясняя мозг . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.

Google Scholar

Крейвер, К. Ф., и Каплан, Д. М. (2018). Больше деталей лучше? О нормах полноты механистических объяснений. Британский журнал философии науки, 71, 287–319.

Google Scholar

Дарден, Л.(2006). Рассуждения в биологических открытиях . Кембридж: Издательство Кембриджского университета.

Google Scholar

Ding, L., & Gold, J. I. J. C. C. (2011). Нейронные корреляты перцептивного принятия решений до, во время и после принятия решения в лобном поле глаза обезьяны. Кора головного мозга, 22 (5), 1052–1067.

Google Scholar

Дин, Л., & Голд, Дж. И. Дж. Н. (2012). Отдельные, причинные роли хвостатого тела в саккадическом выборе и исполнении в задаче перцептивного решения. Neuron, 75 (5), 865–874.

Google Scholar

Дин, Л., и Голд, Дж. И. Дж. Н. (2013). Вклад базальных ганглиев в процесс принятия решений. Нейрон, 79 (4), 640–649.

Google Scholar

Диттерич, Дж.(2006). Стохастические модели решений о направлении движения: поведение и физиология. Нейронные сети, 19 (8), 981–1012.

Google Scholar

Дюпре, Дж. (2013). I – Живые причины. Дополнительная информация Аристотелевского общества, 87 (1), 19–37.

Google Scholar

Иган Ф. (2017). Теоретико-функциональное объяснение. В Д.М. Каплан (ред.), Объяснение и интеграция в разуме и науке о мозге (стр. 145–163). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.

Google Scholar

Феллине, Л. (2018). Механизмы встречаются со структурным объяснением. Synthese, 195 (1), 99–114.

Google Scholar

Франклин-Холл, Л. Р. (2016). Новое механистическое объяснение и необходимость объяснительных ограничений.В K. Aizawa & C. Gillett (Eds.), Научная композиция и метафизическая основа (стр. 41–74). Берлин: Springer.

Google Scholar

Джунти, М. (1997). Вычисление, динамика и познание . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.

Google Scholar

Гленнан, С. С. (1996). Механизмы и природа причинно-следственной связи. Erkenntnis, 44 (1), 49–71.

Google Scholar

Гленнан, С. (2008). Механизмы. В С. Гленнане и П. Иллари (ред.), The Routledge, напарник по философии науки (стр. 404–412). Абингдон: Рутледж.

Google Scholar

Гленнан, С. (2017). Новая механическая философия . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.

Google Scholar

Золото, J.И., и Шадлен М. Н. (2007). Нейронная основа принятия решений. Annual Review of Neuroscience, 30, 535–574.

Google Scholar

Goldman, M. S., Compte, A., & Wang, X.-J. (2010). Модели нейронных интеграторов. В Л. Р. Сквайре (ред.), Энциклопедия нейробиологии (стр. 165–178). Амстердам: Эльзевир.

Google Scholar

Хэнкс, Т.Д., Копек, К. Д., Брантон, Б. В., Дуан, К. А., Эрлих, Д. К., и Броуди, К. Д. Дж. Н. (2015). Отчетливые отношения теменной и префронтальной коры к накоплению доказательств. Природа, 520 (7546), 220.

Google Scholar

Хемпель, К. Г., & Оппенгейм, П. (1948). Исследования логики объяснения. Философия науки, 15 (2), 135–175.

Google Scholar

Гук, А.К., и Шадлен М. Н. (2005). Нейронная активность теменной коры макака отражает временную интеграцию сигналов зрительного движения во время принятия перцептивного решения. Journal of Neuroscience, 25 (45), 10420–10436.

Google Scholar

Хьюман, П. (2018). Очертания теории структурных объяснений. Философские исследования, 175 (3), 665–702.

Google Scholar

Иллари, П.М. и Уильямсон Дж. (2012). Что такое механизм? Размышляя о механизмах в разных науках. Европейский журнал философии науки, 2 (1), 119–135.

Google Scholar

Каплан Д. М. (2011). Объяснение и описание в вычислительной нейробиологии. Synthese, 183 (3), 339–373.

Google Scholar

Каплан, Д.М. (2015). Движущиеся части: естественный союз динамического и механистического подходов к моделированию. Биология и философия, 30 (6), 757–786.

Google Scholar

Каплан Д. М. (2017). Объяснение и интеграция в разуме и науке о мозге . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.

Google Scholar

Каплан, Д. М., & Крейвер, К.Ф. (2011). Объясняющая сила динамических и математических моделей в нейробиологии: механистическая перспектива *. Философия науки, 78 (4), 601–627.

Google Scholar

Кац, Л. Н., Йейтс, Дж. Л., Пиллоу, Дж. У., и Хук, А. С. (2016). Диссоциированное функциональное значение активности, связанной с принятием решений, в спинном потоке приматов. Nature, 535 (7611), 285–288.

Google Scholar

Кляйн, К.(2017). Области мозга как факторы, определяющие различия. Философская психология, 30 (1–2), 1–20.

Google Scholar

Кульман, М. (2014). Объяснение финансовых рынков с точки зрения сложных систем. Философия науки, 81 (5), 1117–1130.

Google Scholar

Латимер, К. В., Йейтс, Дж. Л., Мейстер, М. Л., Хук, А.К. и Подушка Дж. У. (2015). Единичные испытания спайков в теменной коре выявляют дискретные шаги во время принятия решения. Science, 349 (6244), 184–187.

Google Scholar

Леви А. и Бехтель В. (2016). На пути к механизму 2.0: Расширение возможностей механистического объяснения .

Лира, Х. (2017). Структуры, динамика и механизмы в нейробиологии: интегративный счет. Synthese, 195, 5141–5158.

Google Scholar

Machamer, P., Darden, L., & Craver, C.F. (2000). Думая о механизмах. Философия науки, 67 (1), 1–25.

Google Scholar

Мазурек М. Э., Ройтман Дж. Д., Диттерич Дж. И Шадлен М. Н. (2003). Роль нейронных интеграторов в принятии перцептивных решений. Кора головного мозга, 13 (11), 1257–1269.

Google Scholar

Майстер, М. Л., Хенниг, Дж. А., и Хук, А. С. (2013). Мультиплексирование сигналов и вычисления одного нейрона в латеральной интрапариетальной области во время принятия решений. Journal of Neuroscience, 33 (6), 2254–2267.

Google Scholar

Милковски, М. (2016).Объяснительная полнота и идеализация в больших моделированиях мозга: механистическая перспектива. Synthese, 193 (5), 1457–1478.

Google Scholar

Паз, А. У. (2017). Механистический взгляд на канонические нейронные вычисления. Философская психология, 30, 213–234.

Google Scholar

Пиччинини, Г. (2007).Вычислительные механизмы. Философия науки, 74 (4), 501–526.

Google Scholar

Пиччинини, Г. (2010). Разум как нейронный софт? Понимание функционализма, вычислителя и вычислительного функционализма. Философия и феноменологические исследования, 81 (2), 269–311.

Google Scholar

Пиччинини, Г., & Craver, C. (2011). Интеграция психологии и нейробиологии: функциональный анализ как эскизы механизмов. Synthese, 183 (3), 283–311.

Google Scholar

Platt, M. L., & Glimcher, P. W. (1999). Нейронные корреляты переменных решения в теменной коре. Nature, 400 (6741), 233–238.

Google Scholar

Порт, R.Ф. и ван Гелдер Т. (1995). Разум как движение: исследования динамики познания . Кембридж: MIT Press.

Google Scholar

Куайн, В. В. О. (1960). Слово и объект . Кембридж: MIT Press.

Google Scholar

Ройтман, Дж. Д., & Шадлен, М. Н. (2002). Ответ нейронов в латеральной интрапариетальной области во время комбинированной задачи на время реакции визуального различения. Journal of Neuroscience, 22 (21), 9475–9489.

Google Scholar

Лосось, W. C. (1984). Научное объяснение и причинная структура мира . Принстон: Издательство Принстонского университета.

Google Scholar

Shadlen, M. N., Kiani, R., Newsome, W. T., Gold, J. I., Wolpert, D. M., Zylberberg, A., et al. (2016). Комментарий к теме «Единичные испытания спайков в теменной коре выявляют дискретные шаги во время принятия решений». Science, 351 (6280), 1406–1406.

Google Scholar

Шагрир, О., & Бехтель, В. (2017). Вычислительный уровень Марра и очерчивание явлений. В Д. М. Каплан (ред.), Объяснение и интеграция в сознании и науке о мозге (стр. 190–214). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.

Google Scholar

Шапиро, Л. А. (2013).Динамика и познание. Minds and Machines, 23 (3), 353–375.

Google Scholar

Шапиро, Л. А. (2016). Механизм или перебор? Разъяснение по психологии. Британский журнал философии науки, 68 (4), 1037–1059.

Google Scholar

Зильберштейн, М., и Чемеро, А. (2012). Сложность и расширенные феноменолого-когнитивные системы. Темы когнитивной науки, 4 (1), 35–50.

Google Scholar

Зильберштейн, М., и Чемеро, А. (2013). Ограничения на локализацию и декомпозицию как объяснительные стратегии в биологических науках. Философия науки, 80 (5), 958–970.

Google Scholar

Стросон, П. Ф. (1959). Физические лица .Лондон: Метуэн.

Google Scholar

Строгац, С. (2001). Нелинейная динамика и хаос: с приложениями к физике, биологии, химии и технике (исследования нелинейности) . Боулдер: Westview Press.

Google Scholar

Usher, M., & McClelland, J. L. (2001). Временной ход перцептивного выбора: модель протекающего конкурирующего аккумулятора. Психологическое обозрение, 108 (3), 550.

Google Scholar

ван Гелдер Т. (1995). Что может быть познанием, если не вычислением? Журнал философии, 92 (7), 345–381.

Google Scholar

ван Гелдер Т. (1998). Динамическая гипотеза в когнитивной науке. Behavioral Brain Sciences, 21 (5), 615–628.

Google Scholar

Wald, A., & Wolfowitz, J. (1948). Оптимальный характер последовательного теста отношения вероятностей. Анналы математической статистики, 19 (3), 326–339.

Google Scholar

Уолмсли, Дж. (2008). Объяснение в динамической когнитивной науке. Minds and Machines, 18 (3), 331–348.

Google Scholar

Ван Х.J. (2002). Вероятностное принятие решения за счет медленной реверберации в корковых цепях. Neuron, 36 (5), 955–968.

Google Scholar

Вайсберг, М. (2013). Моделирование и подобие: использование моделей для понимания мира . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.

Google Scholar

Вейскопф, Д. А. (2011). Функциональное единство специальных видов науки. Британский журнал философии науки, 62, 233–258.

Google Scholar

Вейскопф, Д. А. (2017). Объяснительная автономия когнитивных моделей. В Д. М. Каплан (ред.), Объяснение и интеграция в сознании и науке о мозге . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.

Google Scholar

Wimsatt, W. C. (1997). Агрегативность: редуктивная эвристика для обнаружения эмерджентности. Философия науки, 64, S372 – S384.

Google Scholar

Вонг, К.-Ф., и Хук, А.С. (2008). Временная динамика, лежащая в основе перцептивного принятия решений: понимание взаимодействия между моделью аттрактора и париетальной нейрофизиологией. Frontiers in Neuroscience, 2, 245.

Google Scholar

Вонг, К.-F., & Wang, X.-J. (2006). Повторяющийся сетевой механизм интеграции времени в перцептивных решениях. Журнал неврологии, 26 (4), 1314–1328.

Google Scholar

Вудворд, Дж. (2003). Создание вещей: теория причинного объяснения . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.

Google Scholar

Вудворд, Дж.(2017). Разъяснение по нейробиологии. В Д. М. Каплан (ред.), Объяснение и интеграция в сознании и науке о мозге (стр. 70–100). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.

Google Scholar

Райт, К. Д., и Бехтель, В. П. (2007). Механизмы и психологическое объяснение. В П. Тагард (ред.), Философия психологии и когнитивной науки . Амстердам: Эльзевир.

Google Scholar

Зедник, С.(2011). Природа динамического объяснения *. Философия науки, 78 (2), 238–263.

Google Scholar

Зеки, С. М. (1974). Функциональная организация зрительной зоны заднего берега верхней височной борозды макаки-резуса. Журнал физиологии, 236 (3), 549.

Google Scholar

Зеки, С.(1991). Церебральная акинетопсия (зрительная слепота). Brain, 114 (2), 811–824.

Google Scholar

Разделение кинематики и механики раскрывает кодирующие свойства нейронов тройничного ганглия в вибриссальной системе крысы

DOI: 10.7554 / eLife.13969.

Принадлежности Расширять

Принадлежности

• ¹ Межведомственная программа нейробиологии, Северо-Западный университет, Эванстон, США.
• ² Департамент биомедицинской инженерии Северо-Западного университета, Эванстон, США.
• ³ Кафедра физики и астрономии Северо-Западного университета, Эванстон, США.
• ⁴ Кафедра машиностроения Северо-Западного университета, Эванстон, США.
• ⁵ Кафедра физиологии Северо-Западного университета, Чикаго, США.

Бесплатная статья PMC

Элемент в буфере обмена

Николас Буш и др. Элиф. 2016 .

Бесплатная статья PMC Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

DOI: 10.7554 / eLife.13969.

Принадлежности

• ¹ Межведомственная программа нейробиологии, Северо-Западный университет, Эванстон, США.
• ² Департамент биомедицинской инженерии Северо-Западного университета, Эванстон, США.
• ³ Кафедра физики и астрономии Северо-Западного университета, Эванстон, США.
• ⁴ Кафедра машиностроения Северо-Западного университета, Эванстон, США.
• ⁵ Кафедра физиологии Северо-Западного университета, Чикаго, США.

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplay

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Тактильная информация, доступная для вибриссальной системы крысы, начинается с внешних сил, вызывающих деформации усов, которые, в свою очередь, возбуждают механорецепторы в фолликуле.Несмотря на фундаментальное механическое происхождение тактильной информации, первичные сенсорные нейроны в ганглии тройничного нерва (Vg) часто описываются как кодирующие кинематику (геометрию) контакта с объектом. Здесь мы стремились определить степень, в которой нейроны Vg кодируют кинематику и механику контакта. Мы использовали модели изгиба усов для количественной оценки механических сигналов (сил и моментов) в основании усов, одновременно отслеживая кинематику усов и записывая отдельные единицы Vg как у анестезированных крыс, так и у бодрствующих крыс с ограниченным телом.Мы использовали новую технику ручной стимуляции, чтобы отклонить усы таким образом, чтобы кинематика отделялась от механики, и использовали обобщенные линейные модели (GLM), чтобы показать, что нейроны Vg более непосредственно кодируют механические сигналы, когда усы отклоняются в этом изолированном пространстве стимулов.

Ключевые слова: активное прикосновение; вычислительная биология; механика; естественное поведение; нейронное кодирование; нейробиология; крыса; соматосенсибилизация; системная биология; усы.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Цифры

Рисунок 1 .. Пример записи Vg с обоих…

Рисунок 1.. Пример записи Vg как у анестезированных, так и у бодрствующих крыс.

Данные от пяти нейронов…

Рис. 1. Пример записи Vg как у анестезированных, так и у бодрствующих крыс.

Данные для пяти нейронов анестезированного животного ( A – C ) и двух нейронов бодрствующего животного ( D – E ). Слева: тепловые карты отдельных спайковых волн по всем записям каждого нейрона. Две формы волны в A и B указывают одновременно зарегистрированные нейроны.Шкала: 20 мкВ, 200 мкс; ширина осциллограмм 1,5 мс. Справа: сегменты необработанных нейронных следов после полосовой фильтрации (300–6000 Гц) в периоды пассивного отклонения у анестезированного животного ( A – C ) или активного контакта у бодрствующего животного ( D – E ). Серым цветом обозначены периоды контакта. DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.13969.003

Рисунок 2.. Связанные механические и кинематические переменные…

Рисунок 2 .. Механические и кинематические переменные, связанные с контактом.

( A ) Схема…

Рисунок 2 .. Механические и кинематические переменные, связанные с контактом.

( A ) Схема кинематических переменных контакта.Форма и положение усов в покое серого цвета. Переменная r указывает расстояние по прямой от базовой точки до точки контакта. Во время пассивных отклонений соответствующим углом является θdeflection, угол между линейным сегментом, который соединяет базовую точку с текущей точкой контакта, и сегментом линии, который соединяет базовую точку с начальной точкой контакта. Скорость V (не показана) является временной производной отклонения θ. ( B ) Схема механических переменных контакта: изгибающий момент (M), а также поперечная (Fy) и осевая (Fx) составляющие приложенной силы (Fapplied).Все переменные вычисляются на основании усов. ( C ) Примеры механических и кинематических переменных во время шести введенных вручную пассивных отклонений у анестезированной крысы. Затенением обозначены эпизоды контакта. Стимуляции похожи, но не идентичны друг другу; это придает натуралистическую изменчивость тактильным входам. Единицы измерения Fx и Fy – мкН; M выражается в мкН-м; r в мм; θ в градусах; и V в градусах / с. ( D ) У бодрствующей крысы θ-отклонение больше не определено четко, и релевантным углом является θpush, угол, сметаемый касательной к усу у его основания, когда ус отклоняется от объекта.Скорость V является временной производной от θpush. На рисунке показано, что θhead, угол между касательной к усу в его основании и срединно-сагиттальной плоскостью, не является допустимой кинематической переменной для объяснения нейронных реакций, потому что он изменяется независимо от контакта. DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.13969.004

Рисунок 3.. Ручная стимуляция надежно разделяет механическую…

Рисунок 3 .. Ручная стимуляция надежно разделяет механические и кинематические переменные.

Механические и кинематические переменные…

Рисунок 3 .. Ручная стимуляция надежно разделяет механические и кинематические переменные.

Механические и кинематические переменные контакта показаны в испытаниях активного взбивания (ряды A и B, усы C1 и Gamma соответственно) и пассивной ручной стимуляции (ряды C и D, усы B1 и D1 соответственно). Продолжительность испытаний в состоянии бодрствования составляла 3,02 с ( A ) и 12,9 с ( B ); продолжительность пассивных испытаний составила 64,67 с ( C ) и 114,53 с ( D ). Каждая точка представляет наблюдаемые механические и кинематические входные данные для временного интервала 1 мс.По оси абсцисс отложена угловая координата контакта в градусах, по оси ординат – осевая сила (Fx, единицы мкН) или момент (М, единицы мкН-м). Цвет представляет радиальное расстояние контакта в мм. Во время ручного отклонения производится выборка большего входного пространства. Фактический диапазон, охватываемый механическими переменными, зависит от типа усов. DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.13969.006

Рисунок 4.. Оптимальные линейные фильтры показывают, что…

Рисунок 4. Оптимальные линейные фильтры показывают, что момент является наиболее важным предсказателем Vg…

. Рис. 4. Оптимальные линейные фильтры показывают, что момент является наиболее важным предиктором срабатывания нейронов Vg.

( A ) Нелинейный базис «приподнятых косинусоидальных выступов».( B ) Среднее абсолютное значение коэффициентов соответствия GLM (β) для всех нейронов. β _l относится к коэффициенту базисной функции косинуса l _th , причем β ₁ является самым последним и точным, а β ₅ является наиболее запаздывающим и размытым. Затенение соответствует базовой функции, построенной в ( A ). Два нейрона были исключены из этого совокупного анализа, потому что их внешние коэффициенты β (порядок 1013) искажали средние значения, представленные здесь.( C ) Линейная комбинация базисных функций b _l , построенных в ( A ), с коэффициентами β _lj , полученными из подгонки GLM, позволяет нам получить специальные фильтры для предсказателя α _j , показанные здесь как функция времени (усеченная на 20 мс для визуализации) для примера нейрона. Эти фильтры быстро уменьшаются до нуля, указывая на то, что большая часть информации, важной для ячейки, содержится в предшествующих нескольких миллисекундах. Для показанной здесь ячейки момент, поперечная сила и угловое смещение являются важными входными сигналами, причем момент является наиболее важным. DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.13969.012

Рисунок 4 – приложение к рисунку 1. Примеры срабатывания пикового сигнала…

Рисунок 4 – дополнение к рисунку 1. Примеры средних значений шести входных переменных, вызванных выбросами, для…

Рисунок 4 – приложение к рисунку 1.. Примеры запускаемых всплесками средних значений шести входных переменных для ячейки, показанной на рисунке 4C.

Заштрихованные области представляют собой стандартную ошибку среднего, слишком малую, чтобы ее можно было наблюдать для большинства трасс. DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.13969.013

Рисунок 5 .. Сравнение полного и подмножества…

Рисунок 5.. Сравнение полной и подмножественной модели.

( A ) Прогноз скорострельности…

Рисунок 5 .. Сравнение полной модели и подмножества.

( A ) Прогноз скорости активации каждой модели подмножества нанесен на график в сравнении с предсказанием полной модели. Прогнозы представляют собой вероятность всплеска в каждом временном интервале 1 мс. Для нейрона 24 в первом ряду механическая модель хорошо коррелирует с полной моделью, а кинематическая – нет; обратное верно для нейрона 8 во втором ряду.( B ) R ² между скоростью стрельбы, предсказанной полной моделью, и скоростью стрельбы, предсказанной каждой моделью подмножества (механическая на оси x; кинематическая на оси y). Каждая точка данных представляет один нейрон. Треугольники представляют нейроны, зарегистрированные во время активного контакта; кружки представляют собой нейроны, зарегистрированные во время ручных отклонений. Красные маркеры соответствуют моделям, которые предсказывают скорость всплеска клеток лучше, чем средняя точность (R> 0,30). Серые маркеры указывают на низкую точность прогноза (R≤0.30). DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.13969.014

Рисунок 6. Механические модели превосходят кинематические модели…

Рисунок 6 .. Механические модели превосходят кинематические модели для ручных прогибов.

Коэффициенты корреляции Пирсона (R) между…

Рис. 6. Механические модели превосходят кинематические модели при ручном прогибе.

Коэффициенты корреляции Пирсона (R) между предсказаниями GLM и наблюдаемой частотой всплесков, сглаженной на 15 мс, сравниваются между полной моделью и моделями подмножества. ( A ) Гистограмма корреляций Пирсона между частотой спайков, предсказанной полной моделью, и наблюдаемой частотой спайков для всех нейронов.( B ) Процент ошибки между значением R для полной модели и для каждой из моделей подмножества нанесен на график для каждого нейрона. Активные отклики на контакт изображены в виде пурпурных треугольников, отклонения вручную – в виде голубых кружков. Значения, близкие к нулю, указывают на то, что модель подмножества работает почти так же хорошо, как и полная модель; значения меньше нуля указывают на то, что модель подмножества работает лучше, чем полная модель. Гистограммы показывают распределение процентных различий каждой модели подмножества для активных контактов (пурпурный), ручных отклонений (голубой) и всей популяции (серый).Для данных, показанных здесь (см. Текст), результаты для модели подмножества, обученной на механических данных, значительно ближе к нулю для ручных прогибов, но не для активных контактов. ( C ) Значения R для двух моделей подмножества нанесены друг на друга. Точки, расположенные под диагональю, указывают на то, что механическая модель лучше предсказывала скорость выброса, чем кинематическая модель. Цвет и схема маркера такие же, как в ( B ). DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.13969.016

Все фигурки (7)

Похожие статьи

• Колебания усов и активность первичных афферентов тройничного нерва в ответ на воздушный поток.

  Ю. YSW, Буш NE, Hartmann MJZ. Ю. YSW и др. J Neurosci. 24 июля 2019; 39 (30): 5881-5896.DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.2971-18.2019. Epub 2019 16 мая. J Neurosci. 2019. PMID: 31097620 Бесплатная статья PMC.

• Ответы нейронов тройничного ганглия крысы на стимуляцию продольных усов.

  Штюттген М.С., Куллманн С., Шварц К. Stüttgen MC, et al. J Neurophysiol. Октябрь 2008 г .; 100 (4): 1879-84. DOI: 10.1152 / jn.

  .2008. Epub 2008 6 августа. J Neurophysiol.2008 г. PMID: 18684907

• Ответы нейронов тройничного ганглия на радиальное расстояние контакта при активном вибриссальном прикосновении.

  Свед М., Багдасарян К., Блюменфельд Б., Барак О, Дердикман Д., Ахиссар Э. Szwed M, et al. J Neurophysiol. 2006 Февраль; 95 (2): 791-802. DOI: 10.1152 / jn.00571.2005. Epub 2005 5 октября. J Neurophysiol. 2006 г. PMID: 16207785

• Что усы говорят мозгу.

  Кампагнер Д., Эванс М. Х., Лофт МСЭ, Петерсен Р.С. Campagner D, et al. Неврология. 1 января 2018; 368: 95-108. DOI: 10.1016 / j.neuroscience.2017.08.005. Epub 2017 24 августа. Неврология. 2018. PMID: 28843998 Рассмотрение.

• Ночь из жизни крысы: вибриссальная механика и тактильное исследование.

  Hartmann MJ. Hartmann MJ. Ann N Y Acad Sci.2011 Апрель; 1225: 110-8. DOI: 10.1111 / j.1749-6632.2011.06007.x. Ann N Y Acad Sci. 2011 г. PMID: 21534998 Рассмотрение.

Процитировано

19 статей

• О мышах и обезьянах: соматосенсорная обработка в двух известных моделях животных.

  О’Коннор Д.Х., Крубицер Л., Бенсмайя С.О’Коннор Д.Х. и др. Prog Neurobiol. 2021 июн; 201: 102008. DOI: 10.1016 / j.pneurobio.2021.102008. Epub 2021 12 февраля. Prog Neurobiol. 2021 г. PMID: 33587956 Бесплатная статья PMC. Рассмотрение.

• Система для отслеживания кинематики и формы усов в трех измерениях.

  Петерсен Р.С., Колинс Родригес А., Эванс М.Х., Кампагнер Д., Loft MSE. Петерсен RS и др.PLoS Comput Biol. 2020 24 января; 16 (1): e1007402. DOI: 10.1371 / journal.pcbi.1007402. eCollection 2020 Янв. PLoS Comput Biol. 2020. PMID: 31978043 Бесплатная статья PMC.

• Сенсомоторные основы локализации переднезадних объектов с помощью усов у мышей с фиксированной головой.

  Чунг Дж., Мэйр П., Ким Дж., Си Дж., Hires SA. Cheung J, et al. Curr Biol. 23 сентября 2019; 29 (18): 3029-3040.e4. DOI: 10.1016 / j.cub.2019.07.068. Epub 2019 29 августа. Curr Biol. 2019. PMID: 31474537 Бесплатная статья PMC.

• Колебания усов и активность первичных афферентов тройничного нерва в ответ на воздушный поток.

  Ю. YSW, Буш NE, Hartmann MJZ. Ю. YSW и др. J Neurosci. 24 июля 2019; 39 (30): 5881-5896. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.2971-18.2019. Epub 2019 16 мая. J Neurosci.2019. PMID: 31097620 Бесплатная статья PMC.

• Прогнозирование выбора из конкурирующих механосенсорных сигналов и сигналов памяти выбора во время принятия активных тактильных решений.

  Кампагнер Д., Эванс М.Х., Хлебикова К., Колинс-Родригес А., Лофт МСЭ, Фокс С., Петтифер Д., Хамфрис М.Д., Свобода К., Петерсен Р.С. Campagner D, et al. J Neurosci. 2019 15 мая; 39 (20): 3921-3933. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.2217-18.2019. Epub 2019 8 марта. J Neurosci. 2019. PMID: 30850514 Бесплатная статья PMC.

Рекомендации

1. 1. Аркли К., Грант Р.А., Митчинсон Б., Прескотт Т.Дж. Изменение стратегии вибриссального активного зондирования при передвижении крыс. Текущая биология. 2014; 24: 1507–1512. DOI: 10.1016 / j.cub.2014.05.036. – DOI – PubMed
2. 1. Багдасарян К., Швед М., Кнутсен П.М., Дойч Д., Дердикман Д., Питр М., Симони Э., Ахиссар Э.Преднейрональная морфологическая обработка расположения объекта отдельными усами. Природа Неврологии. 2013; 16: 622–631. DOI: 10,1038 / NN.3378. – DOI – PubMed
3. 1. Бэйл М.Р., Кампагнер Д., Эрскин А., Петерсен Р.С.Точность определения времени в микросекундах в первичных афферентах тройничного нерва грызунов. Журнал неврологии. 2015; 35: 5935–5940. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.3876-14.2015. – DOI – ЧВК – PubMed
4. 1. Бэйл М.Р., Дэвис К., Фриман О.Дж., Инс Р.А., Петерсен Р.С.Низкоразмерное представление сенсорных функций первичными афферентами тройничного нерва. Журнал неврологии. 2013; 33: 12003–12012. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.0925-13.2013. – DOI – ЧВК – PubMed
5. 1. Пиво Ф, Джонстон Э, Девулф Дж, Мазурек Д.Механика материалов. Нью-Йорк: Макгроу Хилл; 2015 г.

Показать все 73 ссылки

Типы публикаций

• Поддержка исследований, Правительство США, Non-P.H.S.
• Научно-исследовательская поддержка, N.I.H., заочная форма

Условия MeSH

• Ганглии тройничного нерва / физиология *

LinkOut – дополнительные ресурсы

• Источники полных текстов

• Другие источники литературы

.

---