Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Кинематика

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Механика — это раздел физики, изучающий механическое движение тел.

Кинематика — это раздел механики, в котором изучается механическое движение тел без учета причин, вызывающих это движение.

Материальная точка — тело, обладающее массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь, если

  • расстояние, которое проходит тело, много больше его размера;
  • расстояние от данного тела до другого тела много больше его размера;
  • тело движется поступательно.

Система отсчета — это тело отсчета, связанная с ним система координат и прибор для измерения времени.
Траектория — это линия, которую описывает тело при своем движении.
Путь — это скалярная величина, равная длине траектории.
Перемещение — это вектор, соединяющий начальное положение тела с его конечным положением за данный промежуток времени.

Важно!
В процессе движения путь может только увеличиваться, а перемещение как увеличиваться, так и уменьшаться, например, когда тело поворачивает обратно.
При прямолинейном движении в одном направлении путь равен модулю перемещения, а при криволинейном — путь больше перемещения.
Перемещение на замкнутой траектории равно нулю.

Основная задача механики — определить положение тела в пространстве в любой момент времени.

Содержание
  1. Механическое движение и его виды
  2. Относительность механического движения
  3. Правило сложения перемещений
  4. Правило сложения скоростей
  5. Относительная скорость
  6. Скорость
  7. Ускорение
  8. Равномерное движение
  9. График скорости (проекции скорости)
  10. График перемещения (проекции перемещения)
  11. Прямолинейное равноускоренное движение
  12. Свободное падение (ускорение свободного падения)
  13. Движение тела по вертикали
  14. Движение тела, брошенного горизонтально
  15. Движение тела, брошенного под углом к горизонту (баллистическое движение)
  16. Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью
  17. Равномерное прямолинейное движение в физике — формулы и определения с примерами
  18. Графическое представление равномерного прямолинейного движения
  19. График проекции скорости
  20. График проекции перемещения
  21. График пути
  22. График координаты
  23. По графику проекции скорости можно найти проекцию перемещения и пройденный путь
  24. По углу наклона графика проекции перемещения можно оценить скорость движения
  25. Пример №1
  26. Пример №2
  27. Прямолинейное равномерное движение и скорость
  28. Пример №3
  29. Скорость при равнопеременном прямолинейном движении
  30. Перемещение при равнопеременном прямолинейном движении
  31. Равноускоренное и равнозамедленное движения
  32. Кинематика прямолинейного движения
  33. Уравнение движения, графики равномерного прямолинейного движения
  34. п.1. Прямолинейное равномерное движение на координатной прямой
  35. п.2. Уравнение прямолинейного равномерного движения
  36. п.3. Удобная система отсчета для решения задачи о прямолинейном движении
  37. п.4. График движения x=x(t)
  38. п.5. Как найти уравнение движения по графику движения?
  39. п.6. График скорости vx=vx(t)
  40. п.7. Как найти путь и перемещение по графику скорости?
  41. п.8. Задачи
  42. 🌟 Видео

Видео:Физика-9. "График проекции скорости"Скачать

Физика-9. "График проекции скорости"

Механическое движение и его виды

Механическое движение — это изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

Механическое движение может быть:
1. по характеру движения

  • поступательным — это движение, при котором все точки тела движутся одинаково и любая прямая, мысленно проведенная в теле, остается параллельна сама себе;
  • вращательным — это движение, при котором все точки твердого тела движутся по окружностям, расположенным в параллельных плоскостях;
  • колебательным — это движение, которое повторяется в двух взаимно противоположных направлениях;

2. по виду траектории

  • прямолинейным — это движение, траектория которого прямая линия;
  • криволинейным — это движение, траектория которого кривая линия;
  • равномерным — движение, при котором скорость тела с течением времени не изменяется;
  • неравномерным — это движение, при котором скорость тела с течением времени изменяется;
  • равноускоренным — это движение, при котором скорость тела увеличивается с течением времени на одну и ту же величину;
  • равнозамедленным — это движение, при котором скорость тела уменьшается с течением времени на одну и ту же величину.

Видео:Как найти проекцию вектора скорости и ускорения. Выполнялка 112Скачать

Как найти проекцию вектора скорости и ускорения. Выполнялка 112

Относительность механического движения

Относительность движения — это зависимость характеристик механического движения от выбора системы отсчета.

Правило сложения перемещений

Перемещение тела относительно неподвижной системы отсчета равно векторной сумме перемещения тела относительно подвижной системы отсчета и перемещения подвижной системы отсчета относительно неподвижной системы отсчета:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

где ​ ( S ) ​ — перемещение тела относительно неподвижной системы отсчета;
​ ( S_1 ) ​ — перемещение тела относительно подвижной системы отсчета;
​ ( S_2 ) ​ — перемещение подвижной системы отсчета относительно неподвижной системы отсчета.

Правило сложения скоростей

Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета равна векторной сумме скорости тела относительно подвижной системы отсчета и скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной системы отсчета:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

где ​ ( v ) ​ — скорость тела относительно неподвижной системы отсчета;
​ ( v_1 ) ​ — скорость тела относительно подвижной системы отсчета;
​ ( v_2 ) ​ — скорость подвижной системы отсчета относительно неподвижной системы отсчета.

Относительная скорость

Важно! Чтобы определить скорость одного тела относительно другого, надо мысленно остановить то тело, которое мы принимаем за тело отсчета, а к скорости оставшегося тела прибавить скорость остановленного, изменив направление его скорости на противоположное.

Пусть ( v_1 ) — скорость первого тела, а ( v_2 ) — скорость второго тела.
Определим скорость первого тела относительно второго ( v_ ) :

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Определим скорость второго тела относительно первого ( v_ ) :

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Следует помнить, что траектория движения тела и пройденный путь тоже относительны.

Если скорости направлены перпендикулярно друг к другу, то относительная скорость рассчитывается по теореме Пифагора:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Если скорости направлены под углом ​ ( alpha ) ​ друг к другу, то относительная скорость рассчитывается по теореме косинусов:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Видео:Физика - перемещение, скорость и ускорение. Графики движения.Скачать

Физика - перемещение, скорость и ускорение. Графики движения.

Скорость

Скорость — это векторная величина, характеризующая изменение перемещения данного тела относительно тела отсчета с течением времени.

Обозначение — ​ ( v ) ​, единицы измерения — ​м/с (км/ч)​.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Средняя скорость — это векторная величина, равная отношению всего перемещения к промежутку времени, за которое это перемещение произошло:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Средняя путевая скорость — это скалярная величина, равная отношению всего пути, пройденного телом, к промежутку времени, за которое этот путь пройден:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Важно! Чтобы определить среднюю скорость на всем участке пути, надо время разделить на отдельные промежутки и все время представить в виде суммы этих промежутков.
Чтобы определить среднюю скорость за все время движения, надо путь разделить на отдельные участки и весь путь представить как сумму этих участков.

Мгновенная скорость — это скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории.
Мгновенная скорость направлена по касательной к траектории движения.

Видео:Проекция перемещения на ось XСкачать

Проекция перемещения на ось X

Ускорение

Ускорение – это векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости.

Обозначение — ​ ( a ) ​, единица измерения — м/с 2 .
В векторном виде:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

где ​ ( v ) ​ – конечная скорость; ​ ( v_0 ) ​ – начальная скорость;
​ ( t ) ​ – промежуток времени, за который произошло изменение скорости.

В проекциях на ось ОХ:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

где ​ ( a_n ) ​ – нормальное ускорение, ​ ( a_ ) ​ – тангенциальное ускорение.

Тангенциальное ускорение сонаправлено с вектором линейной скорости, а значит, направлено вдоль касательной к кривой:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Нормальное ускорение перпендикулярно направлению вектора линейной скорости, а значит, и касательной к кривой:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Ускорение характеризует быстроту изменения скорости, а скорость – векторная величина, которая имеет модуль (числовое значение) и направление.

Важно!
Тангенциальное ускорение характеризует быстроту изменения модуля скорости. Нормальное ускорение характеризует быстроту изменения направления скорости.
Если ( a_ ) ≠ 0, ( a_n ) = 0, то тело движется по прямой;
если ( a_ ) = 0, ( a_n ) = 0, ​ ( v ) ​ ≠ 0, то тело движется равномерно по прямой;
если ( a_ ) = 0, ( a_n ) ≠ 0, тело движется равномерно по кривой;
если ( a_ ) = 0, ( a_n ) = const, то тело движется равномерно по окружности;
если ( a_ ) ≠ 0, ( a_n ) ≠ 0, то тело движется неравномерно по окружности.

Видео:Решение графических задач на равномерное движениеСкачать

Решение графических задач на равномерное движение

Равномерное движение

Равномерное движение – это движение, при котором тело за любые равные промежутки времени совершает равные перемещения.

Скорость при равномерном движении – величина, равная отношению перемещения к промежутку времени, за которое это перемещение произошло:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Проекция вектора скорости на ось ОХ:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Проекция вектора скорости на координатную ось равна быстроте изменения данной координаты:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

График скорости (проекции скорости)

График скорости (проекции скорости) представляет собой зависимость скорости от времени:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

График скорости при равномерном движении – прямая, параллельная оси времени.
График 1 лежит над осью ​ ( t ) ​, тело движется по направлению оси ОХ.
Графики 2 и 3 лежат под осью ​ ( t ) ​, тело движется против оси ОХ.

Перемещение при равномерном движении – это величина, равная произведению скорости на время:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Проекция вектора перемещения на ось ОХ:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

График перемещения (проекции перемещения)

График перемещения (проекции перемещения) представляет собой зависимость перемещения от времени:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

График перемещения при равномерном движении – прямая, выходящая из начала координат.
График 1 лежит над осью ( t ) , тело движется по направлению оси ОХ.
Графики 2 и 3 лежат под осью ( t ) , тело движется против оси ОХ.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

По графику зависимости скорости от времени можно определить перемещение, пройденное телом за время ( t ) . Для этого необходимо определить площадь фигуры под графиком (заштрихованной фигуры).

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Координата тела при равномерном движении рассчитывается по формуле:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

График координаты представляет собой зависимость координаты от времени: ​ ( x=x(t) ) ​.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

График координаты при равномерном движении – прямая.
График 1 направлен вверх, тело движется по направлению оси ОХ:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

График 2 параллелен оси ОХ, тело покоится.
График 3 направлен вниз, тело движется против оси ОХ:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Видео:Расчет ускорения по графикуСкачать

Расчет ускорения по графику

Прямолинейное равноускоренное движение

Прямолинейное равноускоренное движение – это движение по прямой, при котором тело движется с постоянным ускорением:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

При движении с ускорением скорость может как увеличиваться, так и уменьшаться.

Скорость тела при равноускоренном движении рассчитывается по формуле:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

При разгоне (в проекциях на ось ОХ):

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

При торможении (в проекциях на ось ОХ):

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

График ускорения (проекции ускорения) при равноускоренном движении представляет собой зависимость ускорения от времени:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

График ускорения при равноускоренном движении – прямая, параллельная оси времени.
График 1 лежит над осью t, тело разгоняется, ​ ( a_x ) ​ > 0.
График 2 лежит под осью t, тело тормозит, ( a_x ) ( v_ ) ​ > 0, ​ ( a_x ) ​ > 0.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

График 2 направлен вниз, тело движется равнозамедленно в положительном направлении оси ОХ, ( v_ ) > 0, ( a_x ) ( v_ ) ( a_x ) ( t_2-t_1 ) ​. Для этого необходимо определить площадь фигуры под графиком (заштрихованной фигуры).

Перемещение при равноускоренном движении рассчитывается по формулам:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Перемещение в ​ ( n ) ​-ую секунду при равноускоренном движении рассчитывается по формуле:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Координата тела при равноускоренном движении рассчитывается по формуле:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Видео:Уравнение движения тела дано в виде x=2−3t. ВычислиСкачать

Уравнение движения тела дано в виде x=2−3t. Вычисли

Свободное падение (ускорение свободного падения)

Свободное падение – это движение тела в безвоздушном пространстве под действием только силы тяжести.

Все тела при свободном падении независимо от массы падают с одинаковым ускорением, называемым ускорением свободного падения.
Ускорение свободного падения всегда направлено к центру Земли (вертикально вниз).

Обозначение – ​ ( g ) ​, единицы измерения – м/с 2 .

Важно! ( g ) = 9,8 м/с 2 , но при решении задач считается, что ( g ) = 10 м/с 2 .

Движение тела по вертикали

Тело падает вниз, вектор скорости направлен в одну сторону с вектором ускорения свободного падения:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Если тело падает вниз без начальной скорости, то ​ ( v_0 ) ​ = 0.
Время падения рассчитывается по формуле:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Тело брошено вверх:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Если брошенное вверх тело достигло максимальной высоты, то ​ ( v ) ​ = 0.
Время подъема рассчитывается по формуле:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Движение тела, брошенного горизонтально

Движение тела, брошенного горизонтально, можно представить как суперпозицию двух движений:

  1. равномерного движения по горизонтали со скоростью ​ ( v_0=v_ ) ​;
  2. равноускоренного движения по вертикали с ускорением свободного падения ​ ( g ) ​ и без начальной скорости ​ ( v_=0 ) ​.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Скорость тела в любой момент времени:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Угол между вектором скорости и осью ОХ:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Движение тела, брошенного под углом к горизонту (баллистическое движение)

Движение тела, брошенного под углом к горизонту, можно представить как суперпозицию двух движений:

  1. равномерного движения по горизонтали;
  2. равноускоренного движения по вертикали с ускорением свободного падения.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Скорость тела в любой момент времени:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Угол между вектором скорости и осью ОХ:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Время подъема на максимальную высоту:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Максимальная высота подъема:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Максимальная дальность полета:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Важно!
При движении вверх вертикальная составляющая скорости будет уменьшаться, т. е. тело вдоль вертикальной оси движется равнозамедленно.
При движении вниз вертикальная составляющая скорости будет увеличиваться, т. е. тело вдоль вертикальной оси движется равноускоренно.
Скорость ​ ( v_0 ) ​, с которой тело брошено с Земли, будет равна скорости, с которой оно упадет на Землю. Угол ​ ( alpha ) ​, под которым тело брошено, будет равен углу, под которым оно упадет.

При решении задач на движение тела, брошенного под углом к горизонту, важно помнить, что в точке максимального подъема проекция скорости на ось ОУ равна нулю:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Это облегчает решение задач:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Видео:Уравнение движенияСкачать

Уравнение движения

Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью

Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью – простейший вид криволинейного движения.

Траектория движения – окружность. Вектор скорости направлен по касательной к окружности.
Модуль скорости тела с течением времени не изменяется, а ее направление при движении по окружности в каждой точке изменяется, поэтому движение по окружности – это движение с ускорением.
Ускорение, которое изменяет направление скорости, называется центростремительным.
Центростремительное ускорение направлено по радиусу окружности к ее центру.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Центростремительное ускорение – это ускорение, характеризующее быстроту изменения направления вектора линейной скорости.
Обозначение – ​ ( a_ ) ​, единицы измерения – ​м/с 2​ .

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Движение тела по окружности с постоянной по модулю скоростью является периодическим движением, т. е. его координата повторяется через равные промежутки времени.
Период – это время, за которое тело совершает один полный оборот.
Обозначение – ​ ( T ) ​, единицы измерения – с.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

где ​ ( N ) ​ – количество оборотов, ​ ( t ) ​ – время, за которое эти обороты совершены.
Частота вращения – это число оборотов за единицу времени.
Обозначение – ​ ( nu ) ​, единицы измерения – с –1 (Гц).

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Период и частота – взаимно обратные величины:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Линейная скорость – это скорость, с которой тело движется по окружности.
Обозначение – ​ ( v ) ​, единицы измерения – м/с.
Линейная скорость направлена по касательной к окружности:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Угловая скорость – это физическая величина, равная отношению угла поворота к времени, за которое поворот произошел.
Обозначение – ​ ( omega ) ​, единицы измерения – рад/с .

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Направление угловой скорости можно определить по правилу правого винта (буравчика).
Если вращательное движение винта совпадает с направлением движения тела по окружности, то поступательное движение винта совпадает с направлением угловой скорости.
Связь различных величин, характеризующих движение по окружности с постоянной по модулю скоростью:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Важно!
При равномерном движении тела по окружности точки, лежащие на радиусе, движутся с одинаковой угловой скоростью, т. к. радиус за одинаковое время поворачивается на одинаковый угол. А вот линейная скорость разных точек радиуса различна в зависимости от того, насколько близко или далеко от центра они располагаются:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Если рассматривать равномерное движение двух сцепленных тел, то в этом случае одинаковыми будут линейные скорости, а угловые скорости тел будут различны в зависимости от радиуса тела:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Когда колесо катится равномерно по дороге, двигаясь относительно нее с линейной скоростью ​ ( v_1 ) ​, и все точки обода колеса движутся относительно его центра с такой же линейной скоростью ( v_1 ) , то относительно дороги мгновенная скорость разных точек колеса различна.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Мгновенная скорость нижней точки ​ ( (m) ) ​ равна нулю, мгновенная скорость в верхней точке ​ ( (n) ) ​ равна удвоенной скорости ​ ( v_1 ) ​, мгновенная скорость точки ​ ( (p) ) ​, лежащей на горизонтальном радиусе, рассчитывается по теореме Пифагора, а мгновенная скорость в любой другой точке ​ ( (c) ) ​ – по теореме косинусов.

Видео:Графики зависимости пути и скорости от времениСкачать

Графики зависимости пути и скорости от времени

Равномерное прямолинейное движение в физике — формулы и определения с примерами

Содержание:

Равномерное прямолинейное движение:

Вы изучали равномерное прямолинейное движение, познакомились с понятием «скорость». Скалярной или векторной величиной является скорость? Каковы закономерности равномерного прямолинейного движения?

Вы знаете, что движение, при котором за любые равные промежутки времени тело проходит одинаковые пути, называется равномерным. В каком случае одинаковыми будут не только пути, но и перемещения?

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Проделаем опыт. Проследим за падением металлического шарика в вертикальной трубке, заполненной вязкой жидкостью (например, густым сахарным сиропом) (рис. 43). Будем отмечать положение шарика через равные промежутки времени. Опыт показывает, что за равные промежутки времени, например за Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Сделаем вывод. При равномерном прямолинейном движении тело за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения и проходит одинаковые пути.

В 7-м классе вы находили скорость равномерного движения тела как отношение пути к промежутку времени, за который путь пройден: Как определить проекцию скорости из уравнения движенияЭто отношение показывает, как быстро движется тело, но ничего не говорит о направлении движения. Чтобы скорость характеризовала и быстроту движения, и его направление, ее определяют через перемещение.

Скорость равномерного прямолинейного движения — это величина, равная отношению перемещения к промежутку времени, за который оно совершено:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Из равенства (1) следует, что скорость Как определить проекцию скорости из уравнения движениявекторная физическая величина. Ее модуль численно равен модулю перемещения за единицу времени, а направление совпадает с направлением перемещения (т. к. Как определить проекцию скорости из уравнения движения).

Отношение Как определить проекцию скорости из уравнения движениядля всех участков движения на рисунке 43 одинаково: Как определить проекцию скорости из уравнения движенияЗначит, скорость Как определить проекцию скорости из уравнения движенияравномерного прямолинейного движения постоянна: с течением времени не изменяется ни ее модуль, ни ее направление.

Из формулы (1) легко найти перемещение:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

и путь Как определить проекцию скорости из уравнения движения(равный модулю перемещения Как определить проекцию скорости из уравнения движения):

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

А как определить положение равномерно и прямолинейно движущегося тела в любой момент времени Как определить проекцию скорости из уравнения движенияРассмотрим пример. Автомобиль движется с постоянной скоростью по прямолинейному участку шоссе (рис. 44).

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Автомобиль рассматриваем как материальную точку. Из формулы (2) находим проекцию перемещения автомобиля на ось Ох:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения
Согласно рисунку 44 за время Как определить проекцию скорости из уравнения движенияавтомобиль совершил перемещение Как определить проекцию скорости из уравнения движенияПодставляя Как определить проекцию скорости из уравнения движенияв равенство (4), получим:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Приняв Как определить проекцию скорости из уравнения движениязапишем формулу для координаты автомобиля:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Координата равномерно и прямолинейно движущегося тела линейно зависит от времени.

Зависимость координаты движущегося тела от времени называется кинематическим законом движения. Формула (5) выражает кинематический закон равномерного прямолинейного движения.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Для измерения скорости используются специальные приборы. В автомобилях имеется спидометр (рис. 45), на самолетах — указатель скорости. Эхолокаторы измеряют скорость тел, движущихся под водой, а радиолокаторы (радары) — в воздухе и по земле. Сотрудники службы дорожного движения с помощью портативного радара с видеокамерой (рис. 46) регистрируют скорость транспортных средств.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Для любознательных:

Скорости движения могут сильно отличаться. За одну секунду черепаха может преодолеть несколько сантиметров, человек — до 10 м, гепард — до 30 м, гоночный автомобиль — около 100 м.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Около 8 км за секунду пролетает по орбите спутник Земли (рис. 47). Но даже скорости космических кораблей «черепашьи» по сравнению со скоростью микрочастиц в ускорителях. В современном ускорителе (рис. 48) электрон за одну секунду пролетает почти 300 000 км!

Главные выводы:

  1. При равномерном прямолинейном движении за любые равные промежутки времени тело совершает одинаковые перемещения.
  2. Скорость равномерного прямолинейного движения постоянна: с течением времени не изменяется ни ее модуль, ни ее направление.
  3. При равномерном прямолинейном движении тела модуль перемещения равен пути, пройденному за тот же промежуток времени.
  4. Координата равномерно и прямолинейно движущегося тела линейно зависит от времени.

Пример решения задачи:

Кинематический закон прямолинейного движения лодки но озеру вдоль оси Ох задан уравнением Как определить проекцию скорости из уравнения движениягде Как определить проекцию скорости из уравнения движенияКак определить проекцию скорости из уравнения движения

Определите: 1) проекцию скорости лодки Как определить проекцию скорости из уравнения движения2) координату лодки Как определить проекцию скорости из уравнения движенияв момент времени Как определить проекцию скорости из уравнения движения3) проекцию перемещения Как определить проекцию скорости из уравнения движениялодки на ось Ох и путь, пройденный лодкой за время от момента Как определить проекцию скорости из уравнения движениядо момента Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Решение

Сделаем рисунок к задаче.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

По условию задачи координата лодки линейно зависит от времени. Значит, лодка движется равномерно. Сравнив Как определить проекцию скорости из уравнения движения Как определить проекцию скорости из уравнения движенияполучимКак определить проекцию скорости из уравнения движенияКак определить проекцию скорости из уравнения движенияКак определить проекцию скорости из уравнения движения

Найдем Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Из рисунка 49: проекция перемещения Как определить проекцию скорости из уравнения движенияКак определить проекцию скорости из уравнения движения

Ответ: Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Видео:ЕГЭ по физике. Задание 1. Определение проекции ускоренияСкачать

ЕГЭ по физике. Задание 1. Определение проекции ускорения

Графическое представление равномерного прямолинейного движения

Зависимости между различными величинами можно наглядно изобразить с помощью графиков. Использование графиков облегчает решение научных, практических задач и даже бытовых проблем.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Например, по графику зависимости температуры пациента от времени (рис. 50) видно, что на 5-е сутки температура достигла своего максимума, затем резко упала, а еще через сутки стала приближаться к норме. График дал наглядное представление о течении болезни.

В физике роль графиков чрезвычайно велика. Умение строить и читать графики помогает быстрее и глубже понять физические явления.

Рассмотрим простой пример из кинематики. Леша и Таня идут навстречу друг другу (рис. 51). Они движутся равномерно и прямолинейно. Модуль скорости Леши Как определить проекцию скорости из уравнения движенияТани Как определить проекцию скорости из уравнения движенияКак представить графически характеристики их движения?

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Выберем координатную ось Ох и зададим начальные положения участников движения (см. рис. 51). Пусть при Как определить проекцию скорости из уравнения движениякоордината Леши Как определить проекцию скорости из уравнения движенияТани Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Построим графики зависимости проекции скорости Как определить проекцию скорости из уравнения движенияпроекции перемещения Как определить проекцию скорости из уравнения движенияпути S и координаты X от времени t.

График проекции скорости

Согласно условию и рисунку 52 для проекций скорости движения Тани и Леши на ось Ох получим: Как определить проекцию скорости из уравнения движенияТак как проекции Как определить проекцию скорости из уравнения движенияпостоянны, то графики их зависимости от времени t — прямые, параллельные оси времени (прямые I и II на рисунке 52).

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Графики показывают: проекция скорости при равномерном прямолинейном движении с течением времени не изменяется.

График проекции перемещения

Проекция перемещения Как определить проекцию скорости из уравнения движениясовершенного за время t, определяется формулой Как определить проекцию скорости из уравнения движения(см. § 6).

Зависимость проекции перемещения от времени для Леши Как определить проекцию скорости из уравнения движенияили Как определить проекцию скорости из уравнения движенияГрафик Как определить проекцию скорости из уравнения движения— наклонная прямая I (рис. 53).

Для Тани Как определить проекцию скорости из уравнения движенияили Как определить проекцию скорости из уравнения движенияГрафик Как определить проекцию скорости из уравнения движения— наклонная прямая II, изображенная на рисунке 53.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Из графиков и формул следует, что при равномерном прямолинейном движении проекция перемещения прямо пропорциональна времени.

График пути

Путь — величина положительная при любом движении тела. При равномерном прямолинейном движении путь равен модулю перемещения: Как определить проекцию скорости из уравнения движенияПоэтому при Как определить проекцию скорости из уравнения движенияграфик пути совпадает с графиком проекции перемещения (прямая I), а при Как определить проекцию скорости из уравнения движенияграфик пути (прямая III) является «зеркальным отражением» графика II (проекции перемещения) от оси времени.

Графики пути показывают: при равномерном прямолинейном движении пройденный путь прямо пропорционален времени.

График координаты

Его называют также графиком движения.

По формуле Как определить проекцию скорости из уравнения движения, используя данные из условия задачи и рисунок 51, находим зависимости координаты Как определить проекцию скорости из уравнения движенияЛеши и Как определить проекцию скорости из уравнения движенияТани от времени Как определить проекцию скорости из уравнения движения Как определить проекцию скорости из уравнения движенияГрафики этих зависимостей — прямые I и II на рисунке 54. Они параллельны соответствующим графикам проекций перемещения на рисунке 53.

Графики движения показывают: при равномерном прямолинейном движении координата тела линейно зависит от времени.

По точке пересечения графиков I и II (точке А) (рис. 54) легко найти момент и координату места встречи Леши и Тани. Определите их самостоятельно.

Что еще можно определить по графикам?

По графику проекции скорости можно найти проекцию перемещения и пройденный путь

Рассмотрим прямоугольник ABCD на рисунке 52. Его высота численно равна Как определить проекцию скорости из уравнения движенияа основание — времени t. Значит, площадь прямоугольника равна Как определить проекцию скорости из уравнения движенияТаким образом, проекция перемещения численно равна площади прямоугольника между графиком проекции скорости и осью времени. При Как определить проекцию скорости из уравнения движенияпроекция перемещения отрицательна, и площадь надо брать со знаком «минус».

Докажите самостоятельно, что площадь между графиком проекции скорости и осью времени численно равна пройденному пути.

По углу наклона графика проекции перемещения можно оценить скорость движения

Рассмотрим треугольник АВС на рисунке 53. Чем больше угол наклона а графика проекции перемещения, тем больше скорость тела. Объясните это самостоятельно.

Главные выводы:

Для равномерного прямолинейного движения:

  1. График проекции скорости — прямая, параллельная оси времени.
  2. Графики проекции перемещения и координаты — прямые, наклон которых к оси времени определяется скоростью движения.
  3. Площадь фигуры между графиком проекции скорости и осью времени определяет проекцию перемещения.

Пример №1

Мотоциклист едет из города по прямолинейному участку шоссе с постоянной скоростью Как определить проекцию скорости из уравнения движенияЧерез время Как определить проекцию скорости из уравнения движенияпосле проезда перекрестка он встречает едущего в город велосипедиста, движущегося равномерно со скоростью Как определить проекцию скорости из уравнения движенияОпределите расстояние между участниками движения через время Как определить проекцию скорости из уравнения движенияпосле их встречи, если Как определить проекцию скорости из уравнения движенияЗапишите кинематические законы движения мотоциклиста и велосипедиста, постройте графики проекции и модуля скорости, проекции перемещения, координаты и пути для обоих участников движения.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Решение

Изобразим координатную ось Ох, вдоль которой идет движение (рис. 55). Начало системы координат О свяжем с перекрестком.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

В начальный момент времени мотоциклист находился на перекрестке, а велосипедист в точке В. Значит, кинематический закон движения мотоциклиста имеет вид:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Найдем координату Как определить проекцию скорости из уравнения движениявелосипедиста в начальный момент времени. Пусть точка С на оси Ох — место встречи участников движения (рис. 56).

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Кинематический закон движения велосипедиста имеет вид:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Расстояние между мотоциклистом и велосипедистом через время Как определить проекцию скорости из уравнения движенияпосле их встречи равно сумме путей, которые они проделают за это время. Значит,

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Пример №2

Построим графики проекций и модулей скорости. Для мотоциклиста графики проекции скорости 1 и модуля скорости Как определить проекцию скорости из уравнения движениясовпадают (рис. 56). Для велосипедиста график проекции скорости — прямая 2, а модуля скорости — прямая Как определить проекцию скорости из уравнения движенияОбъясните причину несовпадения.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Графиками пути s, проекции Как определить проекцию скорости из уравнения движенияи модуля перемещения Как определить проекцию скорости из уравнения движения(рис. 57) будут прямые, выражающие прямую пропорциональную зависимость от времени t.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Графики пути, модуля и проекции перемещения мотоциклиста совпадают (прямая 1).

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Прямая 2 является графиком пути и модуля перемещения велосипедиста. Прямая Как определить проекцию скорости из уравнения движения— графиком проекции его перемещения.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Графики координат представлены на рисунке 58. Они выражают зависимости Как определить проекцию скорости из уравнения движения(прямая 1) и Как определить проекцию скорости из уравнения движения(прямая 2). Точка А определяет время встречи и координату места встречи.

Ответ: Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Прямолинейное равномерное движение и скорость

Из курса Физики VII класса вам известно, что равномерное прямолинейное движение является самым простым видом механического движения.

Прямолинейное равномерное движение — это движение по прямой линии, при котором материальная точка за равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения.

При прямолинейном равномерном движении модуль и направление скорости с течением времени не изменяются:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Скорость при прямолинейном равномерном движении является постоянной физической величиной, равной отношению перемещения материальной точки ко времени, за которое это перемещение было совершено: Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Так как отношение Как определить проекцию скорости из уравнения движенияв формуле является положительной скалярной величиной, то направление вектора скорости Как определить проекцию скорости из уравнения движениясовпадает с направлением вектора перемещения Как определить проекцию скорости из уравнения движенияЕдиница измерения скорости в СИ — метр в секунду:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Если скорость Как определить проекцию скорости из уравнения движенияизвестна, то можно определить перемещение s материальной точки за промежуток времени Как определить проекцию скорости из уравнения движенияпри прямолинейном равномерном движении:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

При прямолинейном равномерном движении пройденный телом путь равен модулю перемещения:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Так как уравнение в векторном виде можно заменить алгебраическими уравнениями в проекциях векторов, то для вычисления перемещения используют не формулу, выраженную через векторы, а формулу, содержащую в себе проекции векторов на координатные оси. При прямолинейном движении положение материальной точки определяется одной координатой X, определяются проекции векторов скорости и перемещения материальной точки на эту ось и уравнение решается в этих проекциях. Поэтому выражение (1.2) можно записать в проекциях перемещения и скорости на ось ОХ:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Можно получить формулу для вычисления координаты точки Как определить проекцию скорости из уравнения движенияв произвольный момент времени (см.: тема 1.2):

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Выражение (1.5) является уравнением прямолинейного равномерного движения тела. Если материальная точка движется по направлению выбранной координатной оси ОХ, то проекция скорости считается положительной (b), если же движется против направления координатной оси, то проекция скорости считается отрицательной (с).

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Из формулы (1.5) определяется выражение для проекции скорости:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Из формулы (1.6) становится ясным физический смысл скорости: проекция скорости на ось равна изменению проекции соответствующей координаты за единицу времени.

Пройденный путь и координата материальной точки при прямолинейном равномерном движении являются линейной функцией от времени (d). Скорость же является постоянной величиной, поэтому график скорость — время будет представлять собой линию, параллельную оси времени — скорость такого движения не зависит от времени (е):

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

График координата-время при равномерном движении образует определенный угол с осью времени. Тангенс этого угла равен проекции (модулю) скорости по оси ох (f): Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Пример №3

Два велосипедиста одновременно начали движение навстречу друг другу вдоль прямой линии из пунктов А и В, расстояние между которыми 90 км. Скорость первого велосипедиста Как определить проекцию скорости из уравнения движенияскорость второго велосипедиста Как определить проекцию скорости из уравнения движения(g)?

Определите: а) координату и время Как определить проекцию скорости из уравнения движениявстречи велосипедистов; b) пройденные велосипедистами пути и совершенные ими перемещения к моменту встречи; с) время Как определить проекцию скорости из уравнения движенияпрошедшее с начала движения до момента, когда расстояние между ними стало 10 км.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

a) При решении задачи соблюдается следующая последовательность действий:

I действие. Выбирается система координат ОХ с началом координат в точке А и рисуется схема (h).

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

II действие. Уравнение движения записывается в общем виде: Как определить проекцию скорости из уравнения движения

III действие. На основании условия задачи уравнения движения велосипедистов записываются в общем виде: Как определить проекцию скорости из уравнения движения

IV действие. Координаты велосипедистов при встрече равны: Как определить проекцию скорости из уравнения движенияЭто равенство решается для Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

V действие. Для определения координат Как определить проекцию скорости из уравнения движенияи Как определить проекцию скорости из уравнения движениявстречи велосипедистов необходимо решить уравнения их движения для времени Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Так как Как определить проекцию скорости из уравнения движениято Как определить проекцию скорости из уравнения движения

b) Так как по условию задачи велосипедисты движутся прямолинейно и без изменения направления движения, то пройденный путь равен проекции (модулю) перемещения:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

c) Время Как определить проекцию скорости из уравнения движенияпрошедшее с начала движения до момента, когда между ними осталось 10 км, вычисляется по нижеприведенному равенству:

Как определить проекцию скорости из уравнения движенияили Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Скорость при равнопеременном прямолинейном движении

Из формулы (1.14) видно, что если известны ускорение Как определить проекцию скорости из уравнения движенияи начальная скорость тела Как определить проекцию скорости из уравнения движениято можно определить его скорость в любой момент времени:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

или ее проекцию на ось Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Если начальная скорость равна нулю Как определить проекцию скорости из уравнения движениято:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Из этих выражений видно, что скорость при равнопеременном движении является линейной функцией от времени. График зависимости скорости от времени — прямая линия, проходящая через начало координат (или через Как определить проекцию скорости из уравнения движенияЭта линия, в соответствии с увеличением или уменьшением скорости, направлена вверх или вниз (с).

Перемещение при равнопеременном прямолинейном движении

Формулу для определения перемещения при равнопеременном движении можно вывести на основе графика скорость-время. Проекция перемещения равна площади фигуры между графиком Как определить проекцию скорости из уравнения движенияи осью времени.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

На приведенных графиках — это заштрихованная фигура трапеции (см: с):

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

или в векторной форме:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Если в последнюю формулу вместо Как определить проекцию скорости из уравнения движенияподставить выражение (1.18), то получим

обобщенную формулу перемещения для равнопеременного движения:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Таким образом, формула проекции перемещения (например, на ось Как определить проекцию скорости из уравнения движенияпри равнопеременном прямолинейном движении будет:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

а формула координаты:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

(1.23) является формулой перемещения при равнопеременном движении в векторной форме, а (1.24) и (1.25) обобщенными формулами координаты и проекции перемещения, соответственно. Если материальная точка начинает движение из состояния покоя Как определить проекцию скорости из уравнения движениято:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как видно из формулы, проекция перемещения при прямолинейном равнопеременном движении пропорциональна квадрату времени Как определить проекцию скорости из уравнения движенияи его график представляет собой параболу, проходящую через начало координат (d).

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

В некоторых случаях возникает необходимость определить перемещение материальной точки, не зная время Как определить проекцию скорости из уравнения движенияпрошедшее от начала движения. Такую задачу можно решить тогда, когда известны ускорение, начальное и конечное значения скорости. Для получения этой формулы из выражения (1.19) получаем Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения
Это выражение подставляется в формулу (1.21):

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

После простых преобразований получаем:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Для проекции конечной скорости получаем: Как определить проекцию скорости из уравнения движенияЕсли движение начинается из состояния покоя Как определить проекцию скорости из уравнения движениято проекции перемещения и скорости будут равны:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Равноускоренное и равнозамедленное движения

Равнопеременное движение по характеру может быть или равноускоренным, или же равнозамедленным.

При равноускоренном движении векторы Как определить проекцию скорости из уравнения движенияи Как определить проекцию скорости из уравнения движенияимеют одинаковые направления. В этом случае знаки у обеих проекций Как определить проекцию скорости из уравнения движения и Как определить проекцию скорости из уравнения движения или положительные, или же отрицательные. Если материальная точка начнет движение из состояния покоя Как определить проекцию скорости из уравнения движениято независимо от направления движения, оно во всех случаях будет равноускоренным.

При равнозамедленном движении векторы Как определить проекцию скорости из уравнения движенияи Как определить проекцию скорости из уравнения движенияимеют противоположные направления. В этом случае проекции Как определить проекцию скорости из уравнения движенияи Как определить проекцию скорости из уравнения движенияимеют противоположные знаки, если один из них отрицательный, то другой — положительный.

В таблице 1.3 даны формулы и соответствующие графики равноускоренного и равнозамедленного прямолинейного движения.

Примечание: так как Как определить проекцию скорости из уравнения движениято отношение проекций перемещения равно отношению квадратов соответствующих промежутков времени:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Это соотношение иногда называется «правило путей».

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Кинематика прямолинейного движения

Физические величины бывают скалярные и векторные. Скалярные физические величины характеризуются только численным значением, тогда как векторные определяются и числом (модулем), и направлением. Скалярными физическими величинами являются время, температура, масса, векторными — скорость, ускорение, сила.
Мир вокруг нас непрерывно изменяется, или движется, т. е. можно сказать, что движение (изменение) есть способ существования материи.

Простейшая форма движения материи — механическое движение — заключается в изменении взаимного расположения тел или их частей в пространстве с течением времени. Наука, изучающая механическое движение, называется механикой (от греческого слова Как определить проекцию скорости из уравнения движенияподъемная машина).

Даже самое простое движение тела оказывается достаточно сложным для изучения и исследования. Соответственно, для того чтобы в сложном явлении «увидеть» главное, в физике строится его адекватная упрощенная модель.

В механике широко используется простейшая модель реального тела, называемая материальной точкой (МТ). Под материальной точкой понимают тело, размерами и формой которого можно пренебречь при описании данного движения. Хотя МТ представляет собой абстрактное понятие, упрощающее изучение многих физических явлений, она, подобно реальному телу, «имеет» массу, энергию и т. д.

Кроме материальной точки, в механике используется модель абсолютно твердого тела. Под абсолютно твердым телом понимают модель реального тела, в которой расстояние между его любыми двумя точками остается постоянным. Это означает, что размеры и форма абсолютно твердого тела не изменяются в процессе его движения. В противном случае говорят о модели деформируемого тела.

В классической (ньютоновской) механике рассматривается движение тел со скоростями, намного меньшими скорости света в вакуумеКак определить проекцию скорости из уравнения движения
Классическая механика состоит из трех основных разделов: кинематики, динамики и статики. В кинематике (от греческого слова Как определить проекцию скорости из уравнения движениядвижение) изучается механическое движение тел без учета их масс и действующих на них сил. В динамике (от греческого слова Как определить проекцию скорости из уравнения движениясила) рассматривается влияние взаимодействия между телами на их движение. В статике (от греческого слова Как определить проекцию скорости из уравнения движенияискусство взвешивать) исследуются законы сложения сил и условия равновесия твердых, жидких и газообразных тел.

Всякое движение тела можно представить в виде двух основных видов движения — поступательного и вращательного.

Поступательным называется движение тела, при котором прямая, соединяющая в этом теле любые две точки, при перемещении остается параллельной самой себе (рис. 1).

Вращательным называется движение абсолютно твердого тела вокруг неподвижной прямой, называемой осью вращения, при котором все точки тела движутся по окружностям, центры которых лежат на этой оси (рис. 2).

Основными задачами кинематики являются:

описание совершаемого телом движения с помощью математических формул, графиков или таблиц;

определение кинематических характеристик движения (перемещения, скорости, ускорения).

Движение тела можно описать только относительно какого-либо другого тела. Тело, относительно которого рассматривается исследуемое движение, называют телом отсчета (ТО). Для описания движения используются формулы, графики и таблицы, выражающие зависимость координат, скоростей и ускорений от времени.

Основным свойством механического движения является его относительность: характер движения тела зависит от выбора системы отсчета (СО).

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Систему отсчета, выбираемую для описания того или иного движения, образуют: тело отсчета, связанные с ним система координат (СК) и прибор для измерения времени (часы) (рис. 3).

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Система координат и часы необходимы для того, чтобы знать, как с течением времени изменяется положение тела относительно выбранного тела отсчета.

Для описания движения материальной точки в пространстве вводятся такие понятия, как траектория, перемещение, путь.

Линию, которую описывает материальная точка в процессе движения по отношению к выбранной СО, называют траекторией (от латинского слова trajectorusотносящийся к перемещению). Если траектория является прямой линией, то движение называется прямолинейным, в противном случае — криволинейным.

Длина участка траектории, пройденного МТ в процессе движения, называется путем (s).

Термин «скаляр», происходящий от латинского слова scalarus — ступенчатый, введен У. Гамильтоном в 1843 г.

Термин «вектор» произошел от латинского слова vector — несущий и введен У. Гамильтоном в 1845 г.
Перемещением называют вектор Как определить проекцию скорости из уравнения движениянаправленный из точки, заданной радиус-вектором Как определить проекцию скорости из уравнения движениягде МТ находилась в начальный момент времени, в точку, заданную радиус-вектором Как определить проекцию скорости из уравнения движениягде МТ находится в рассматриваемый момент времени (рис. 4):

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Для количественного описания механического движения тел (МТ) вводятся физические величины, характеризующие пространство и время: длина l, время t.

Длина l определяется как расстояние между двумя точками в пространстве. Основной единицей длины в Международной системе единиц (СИ) является метр (1м).

Время t между двумя событиями в данной точке пространства определяется как разность показаний прибора для измерения времени, например часов. В основе работы прибора для измерения времени лежит строго периодический физический процесс. В СИ за основную единицу времени принята секунда (1с).
В зависимости от вида движения могут выбираться следующие системы координат: одномерная (на прямой линии) (рис. 5), двухмерная (на плоскости) (рис. 6), трехмерная (в пространстве) (рис. 7).

Как определить проекцию скорости из уравнения движенияКак определить проекцию скорости из уравнения движения

Произвольное движение материальной точки может быть задано одним из трех способов: векторным, координатным, траекторным (естественным).

При векторном способе описания положение движущейся МТ по отношению к выбранной системе отсчета определяется ее радиус-вектором Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Радиус-вектор Как определить проекцию скорости из уравнения движениявсегда проводится из начала координат О в текущее положение материальной точки (рис. 8). При движении положение МТ изменяется. Закон движения в этом случае задается векторным уравнением Как определить проекцию скорости из уравнения движения
Как определить проекцию скорости из уравнения движения
При координатном способе описания положение точки относительно СО определяется координатами х, у, z, а закон движения — уравнениями х = х(t), у = y(t), z = z(t) (см. рис. 8). Исключив из этих уравнений время /, можно найти уравнение траектории движения точки.

Траекторный (естественный) способ описания движения применяется, когда известна траектория движения материальной точки по отношению к выбранной СО (рис. 9).

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Текущее положение материальной точки в данном случае определяется расстоянием s, измеренным вдоль траектории от выбранного на ней начала отсчета (точка О на рисунке 9). Кинематический закон движения МТ при этом задается уравнением s = s(t).

Если положить в основу классификации движений характер изменения скорости, то получим равномерные и неравномерные движения, а если вид траектории, то — прямолинейные и криволинейные.

Для того чтобы описать быстроту изменения положения тела (МТ) и направление движения относительно данной СО, используют векторную физическую величину, называемую скоростью Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Чтобы охарактеризовать неравномерное движение тела (МТ), вводят понятие средней скорости Как определить проекцию скорости из уравнения движениядвижения как отношение перемещения Как определить проекцию скорости из уравнения движениятела к промежутку времени Как определить проекцию скорости из уравнения движенияза который это перемещение произошло (рис. 10):

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Средней путевой скоростью Как определить проекцию скорости из уравнения движенияназывается отношение длины отрезка пути As (см. рис. 9) к промежутку времени Как определить проекцию скорости из уравнения движенияего прохождения:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Средняя путевая скорость Как определить проекцию скорости из уравнения движенияв отличие от средней скорости Как определить проекцию скорости из уравнения движенияявляется скалярной величиной.

Однако средняя скорость Как определить проекцию скорости из уравнения движенияхарактеризует движение тела (МТ) на определенном участке траектории, но не дает информации о его движении в определенной точке траектории или в определенный момент времени. Кроме того, средняя скорость дает лишь приближенное понятие о характере движения, так как движение в течение каждого малого промежутка времени заменяется равномерным движением. В рамках этой модели скорость тела (МТ) меняется скачком при переходе от одного промежутка времени к другому.

Для того чтобы отразить характер движения в данной точке траектории или в данный момент времени, вводится понятие мгновенной скорости Как определить проекцию скорости из уравнения движения— это скорость тела (МТ), равная производной перемещения по времени:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Вектор мгновенной скорости Как определить проекцию скорости из уравнения движенияв любой точке траектории направлен по касательной к ней (см. рис. 10).

В СИ основной единицей скорости является метр в секунду Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Простейший вид движения — равномерное. Равномерным называется движение МТ, при котором она за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения.

При прямолинейном движении в одном направлении модуль перемещения Как определить проекцию скорости из уравнения движенияравен пройденному пути s. Скорость Как определить проекцию скорости из уравнения движенияравномерного движения равна отношению перемещения тела Как определить проекцию скорости из уравнения движенияко времени Как определить проекцию скорости из уравнения движенияза которое это перемещение произошло:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

При равномерном движении скорость постоянна Как определить проекцию скорости из уравнения движенияи равна средней скорости Как определить проекцию скорости из уравнения движенияопределяемой выражением (2).

Зависимость перемещения от времени имеет вид Как определить проекцию скорости из уравнения движенияВследствие того, что Как определить проекцию скорости из уравнения движения— радиус-вектор, задающий положение МТ в начальный

момент времени Как определить проекцию скорости из уравнения движенияполучаем кинематическое уравнение движения в векторном виде

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

При проецировании радиус-вектора, например, на ось Ох получаем кинематическое уравнение для координаты при равномерном движении:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Здесь Как определить проекцию скорости из уравнения движения— координата тела (МТ) в начальный момент времени Как определить проекцию скорости из уравнения движенияЕсли начальный момент времени Как определить проекцию скорости из уравнения движенияуравнение принимает вид

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Для наглядности описания механического движения удобно представлять зависимости между различными кинематическими величинами графически.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Скорость МТ при равномерном движении постоянна, поэтому график зависимости проекции скорости Как определить проекцию скорости из уравнения движенияот времени представляет собой отрезок прямой линии, параллельной оси времени Ot (рис. 11). Отрезок прямой l на рисунке 11 соответствует движению материальной точки в положительном направлении оси Как определить проекцию скорости из уравнения движенияа 2 — в отрицательном Как определить проекцию скорости из уравнения движенияПлощади Как определить проекцию скорости из уравнения движениязакрашенных прямоугольников численно равны модулям перемещений МТ с проекциями скоростей Как определить проекцию скорости из уравнения движенияза промежуток времени Как определить проекцию скорости из уравнения движения

График зависимости координаты материальной точки, движущейся равномерно прямолинейно, от времени x(t) — линейная функция (рис. 12).
На рисунке отрезок / прямой соответствует равномерному движению в положительном направлении оси Ох; отрезок 2 прямой — покою материальной точки; отрезок 3 прямой — равномерному движению в отрицательном направлении оси Ох.

Проекция скорости движения численно равна угловому коэффициенту этой прямой линии: Как определить проекцию скорости из уравнения движения

т. е. тангенсу угла наклона (tga) этой прямой к оси времени.

График зависимости пути (модуля перемещения| Как определить проекцию скорости из уравнения движенияот времени s(t) при равномерном движении представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (рис. 13).

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Угловой коэффициент (tga) этой прямой численно равен модулю скорости движения v. Поэтому на рисунке большей скорости у, соответствует больший угловой коэффициент (tgКак определить проекцию скорости из уравнения движения).

Как определить проекцию скорости из уравнения движения
Для тел (МТ), участвующих в нескольких движениях одновременно, справедлив принцип независимости движений:

если тело (МТ) участвует в нескольких движениях одновременно, то его результирующее перемещение равно векторной сумме перемещений за то же время в отдельных движениях:

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Как следует из принципа независимости движений, конечное перемещение тела не зависит от порядка (последовательности) суммирования перемещений при отдельных движениях.

Пусть, например, при переправе через реку, скорость течения которой Как определить проекцию скорости из уравнения движениямы движемся на лодке со скоростью Как определить проекцию скорости из уравнения движенияотносительно воды. В этом случае результирующее перемещение Как определить проекцию скорости из уравнения движения(рис. 14) лодки относительно берега будет складываться из собственного перемещения Как определить проекцию скорости из уравнения движенияотносительно воды и перемещения Как определить проекцию скорости из уравнения движениявместе с водой вследствие течения реки: Как определить проекцию скорости из уравнения движения

На основе принципа независимости движений формулируется классический закон сложения скоростей:

результирующая скорость Как определить проекцию скорости из уравнения движениятела (МТ), участвующего в нескольких движениях одновременно, равна векторной сумме скоростей Как определить проекцию скорости из уравнения движенияотдельных движений (рис. 15):

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Этот закон справедлив только при условии, что скорость каждого отдельного движения мала по сравнению со скоростью света Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Так, для рассмотренного примера (см. рис. 14) результирующая скорость лодки Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Равномерное движение по прямой линии в повседневной жизни встречается сравнительно редко. Например, различные транспортные средства (автомобиль, автобус, троллейбус и т. д.) равномерно и прямолинейно движутся лишь на небольших участках своего пути, в то время как на остальных участках их скорость изменяется как по величине, так и по направлению.

Для измерения мгновенной скорости движения на транспортных средствах устанавливается прибор — спидометр.

Прямолинейное равноускоренное движение
Как определить проекцию скорости из уравнения движенияКак определить проекцию скорости из уравнения движения
Прямолинейное равнозамедленное движение
Как определить проекцию скорости из уравнения движения
Рекомендую подробно изучить предметы:
  1. Физика
  2. Атомная физика
  3. Ядерная физика
  4. Квантовая физика
  5. Молекулярная физика
Ещё лекции с примерами решения и объяснением:
  • Прямолинейное неравномерное движение
  • Прямолинейное равноускоренное движение
  • Сложение скоростей
  • Ускорение в физике
  • Пружинные и математические маятники
  • Скалярные и векторные величины и действия над ними
  • Проекция вектора на ось
  • Путь и перемещение

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Видео:Урок 18 (осн). Координаты тела. График движения. График скоростиСкачать

Урок 18 (осн). Координаты тела. График движения. График скорости

Уравнение движения, графики равномерного прямолинейного движения

п.1. Прямолинейное равномерное движение на координатной прямой

Система отсчета, с помощью которой можно описать прямолинейное движение состоит из:
1) тела отсчета; 2) координатной прямой; 3) часов для отсчета времени.
Пусть телом отсчета будет дом.
В начальный момент времени машина стоит в 20 м справа от дома.

Рассмотрим движение машины со скоростью 10 м/с вправо.
Направим координатную прямую параллельно вектору скорости, вправо.

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Составим таблицу перемещений за первые 4 секунды:

t, c01234
x, м2030405060

Стартуя с точки x0=20, машина каждую секунду удаляется от дома еще на 10 м.
Пройденный путь за 2 секунды – 10·2=20 м, за 3 секунды – 10·3=30 м, за t секунд s=vt метров. Значит, для произвольного времени t можем записать координату x в виде: begin x=x_0+s=x_0+vt\ x=20+10t end

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Если при тех же начальных условиях и направлении координатной прямой машина будет двигаться влево, получим таблицу:

t, c01234
x, м20100-10-20

В этом случае координата x в любой момент времени t имеет вид: begin x=x_0-st=x_0-vt\ x=20-10t end Если же машина никуда не едет, её скорость v=0, и координата x=x0 в любой момент времени t.

п.2. Уравнение прямолинейного равномерного движения

Зависимость координаты тела от времени в механике называют уравнением движения.
Если уравнение движения известно, то мы можем решить основную задачу механики.

п.3. Удобная система отсчета для решения задачи о прямолинейном движении

При решении задачи можно выбрать различные тела отсчета и связать с ними различные системы координат. Как правило, некоторая система отсчета является наиболее удобной для решения данной задачи в том смысле, что в ней уравнение движения выглядит и решается проще, чем в других системах.

При решении задач на прямолинейное движение телом отсчета может быть неподвижная поверхность (земля, пол, стол и т.п.), само движущееся тело или другое тело.
При этом системой координат является координатная прямая, параллельная направлению движения (вектору перемещения) тела, уравнение движения которого мы хотим получить.

Проекции скорости и перемещения на координатную прямую могут быть положительными, равными нулю или отрицательными. Величины скорости и перемещения будут равны длинам соответствующих проекций.

п.4. График движения x=x(t)

Сравним полученное уравнение движения (x(t)=x_0+v_x t) с уравнением прямой (y(x)=kx+b) (см. §38 справочника по алгебре для 7 класса).

В уравнении движения роль углового коэффициента (k) играет проекция скорости (v_x), а роль свободного члена (b) – начальная координата (x_0).

Как определить проекцию скорости из уравнения движенияПостроим графики зависимости координаты от времени для нашего примера:

x=20+10t — машина движется вправо (в направлении оси OX)
x=20-10t — машина движется влево (в направлении, противоположном оси OX)
x=20 — машина стоит

п.5. Как найти уравнение движения по графику движения?

Как определить проекцию скорости из уравнения движения

п.6. График скорости vx=vx(t)

Для рассмотренного примера:
Как определить проекцию скорости из уравнения движения

п.7. Как найти путь и перемещение по графику скорости?

Пусть тело движется прямолинейно равномерно, зависимость его координаты от времени описывается уравнением: $$ x(t)=x_0+v_x t $$ Тогда в некоторый момент времени (t_1) координата равна (x_1=x_0+v_x t_1).
Несколько позже, в момент времени (t_2gt t_1) координата равна (x_2=x_0+v_x t_2).
Если (v_xgt 0), то пройденный за промежуток времени (triangle t=t_2-t_1) путь равен разности координат: $$ s=x_2-x_1=(x_0+v_x t_2)-(x_0+v_x t_1)=x_0-x_0+v_x (t_2-t_1)=v_x triangle t $$ В общем случае, т.к. (v_x) может быть и отрицательным, а путь всегда положительный, в формуле нужно поставить модуль: $$ s=|v_x|triangle t $$
Изобразим полученное соотношение на графике скорости: Как определить проекцию скорости из уравнения движения

Проекция скорости (v_x) может быть не только положительной, но и отрицательной.
Если учитывать знак, то произведение: $$ triangle x=v_x triangle t $$ дает проекцию перемещения на ось OX. Знак этого произведения указывает на направление перемещения.

Проекция перемещения может быть как положительной, так и отрицательной или равной 0.

п.8. Задачи

Задача 1. Спортсмен бежит по прямолинейному участку дистанции с постоянной скоростью 8 м/с. Примите (x_0=0) и запишите уравнение движения.
а) Постройте график движения (x=x(t)) и найдите с его помощью, сколько пробежит спортсмен за (t_1=5 с), за (t_2=10 с);
б) постройте график скорости (v=v(t)) и найдите с его помощью, какой путь преодолеет спортсмен за промежуток времени (triangle t=t_2-t_1)?

По условию (x_0=0, v_x=8).
Уравнение движения: (x=x_0+v_x t=0+8t=8t)
а) Строим график прямой (x=8t) по двум точкам:

t05
x040

Как определить проекцию скорости из уравнения движения
По графику находим: begin x_1=x(5)=8cdot 5=40 text\ x_2=x(10)=8cdot 10=80 text end
б) Скорость (v_x=8) м/с — постоянная величина, её график:
Как определить проекцию скорости из уравнения движения
$$ t_1=5 с, t_2=10 с $$ Пройденный путь за промежуток времени (triangle t=t_2-t_1) равен площади заштрихованного прямоугольника: $$ s=v_x triangle t=8cdot (10-5)=40 text $$ Ответ: а) 40 м и 80 м; б) 40 м

Задача 2. Космический корабль движется прямолинейно с постоянной скоростью.
Известно, что через 1 час после старта корабль находился на расстоянии 38 тыс.км от астероида Веста, а через 2 часа после старта – на расстоянии 56 тыс.км.
а) постройте график движения корабля, найдите по графику уравнение движения.
б) на каком расстоянии от астероида находился корабль в начальный момент времени?
в) на каком расстоянии от астероида будет находиться корабль через 4 часа после старта?
г) чему равна скорость корабля в километрах в секунду?

а) Будем откладывать время в часах, а расстояние в тыс.км
Отмечаем точки A(1;38) и B(2;56), проводим через них прямую.
Полученная прямая и есть график движения (x=x(t)).
Как определить проекцию скорости из уравнения движения
Найдем скорость корабля (v_x): $$ v_x=frac=frac=18 (text) $$ Найдем начальную координату (x_0): $$ x_0=x_1-v_x t_1=38-18cdot v_1=20 (text) $$ Получаем уравнение движения: $$ x(t)=x_0+v_x t, x(t)=20+18t $$ где (x) – в тыс.км, а (t) – в часах.

б) В начальный момент времени корабль находился на расстоянии (x_0=20) тыс.км от астероида.

в) Через 4 часа после старта корабль будет находиться на расстоянии $$ x(4)=20+18cdot 4=92 (text) $$
г) Переведем скорость в км/с: $$ 18000frac<text><text>=frac<18000 text><1 text>=frac<18000 text><3600 text>=5 text $$ Ответ:
а) (x(t)=20+18t) ((x) в тыс.км, (t) в часах); б) 20 тыс.км; в) 92 тыс.км; г) 5 км/с

🌟 Видео

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЕКЦИИ УСКОРЕНИЯ ПО ГРАФИКУ ПРОЕКЦИИ СКОРОСТИ| ФИЗИКА| ПОДГОТОВКА К ЕГЭ| ЗАДАНИЕ 1.Скачать

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЕКЦИИ УСКОРЕНИЯ ПО ГРАФИКУ ПРОЕКЦИИ СКОРОСТИ| ФИЗИКА| ПОДГОТОВКА К ЕГЭ| ЗАДАНИЕ 1.

Физика - уравнения равноускоренного движенияСкачать

Физика - уравнения равноускоренного движения

УСКОРЕНИЕ - Что такое равноускоренное движение? Как найти ускорение // Урок Физики 9 классСкачать

УСКОРЕНИЕ - Что такое равноускоренное движение? Как найти ускорение // Урок Физики 9 класс

Как разложить силы на проекции (динамика 10-11 класс) ЕГЭ по физикеСкачать

Как разложить силы на проекции (динамика 10-11 класс) ЕГЭ по физике

Траектория и уравнения движения точки. Задача 1Скачать

Траектория и уравнения движения точки. Задача 1

На рисунке приведён график зависимости проекции Vx скорости тела от времени t - №22677Скачать

На рисунке приведён график зависимости проекции Vx скорости тела от времени t - №22677

Уравнение движения. Как найти время и место встречи двух тел ???Скачать

Уравнение движения. Как найти время и место встречи двух тел ???

Как проецировать скорости на оси в кинематике через Синус и Косинус?Скачать

Как проецировать скорости на оси в кинематике через Синус и Косинус?

Построение проекции вектора на осьСкачать

Построение проекции вектора на ось
Поделиться или сохранить к себе: