Главная › Человек › Равномерное и неравномерное движение кратко. Скорость тела

Равномерное и неравномерное движение кратко. Скорость тела

Механика -раздел физики, изучающий законы движения и взаимодействия тел. Кинематика - раздел механики, не изучающий причины движения тел.

Механическое движение – изменение положение тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

Материальной точкой называется тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь.

Поступательным называется движение, при котором все точки тела движутся одинаково. Поступательным называется движение, при котором любая прямая, проведенная через тело, остаётся параллельной сама себе.

Кинематические характеристики движения

Траектория – линия движения. S - путь – длина траектории .

S – перемещение – вектор, соединяющий начальное и конечное положение тела.

Относительность движения. Система отсчёта - совокупность тела отсчёта, системы координат и прибора для измерения времени (часов)

система координат

Прямолинейным равномерным движением называют такое движение, при котором тело за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения. Скорость - физическая величина, равная отношению вектора перемещения к промежутку времени, в течение которого это перемещение произошло. Скорость равномерного прямолинейного движения численно равна перемещению за единицу времени.

Средняя скорость неравномерного движения

Основная задача механики (ОЗМ)– определение положения тела в пространстве в любой момент времени. Мгновенная скорость - скорость – тела в данный момент момент времени.

Классический закон сложения скоростей

Скорость тела в подвижной СО равна векторной сумме скорости тела в неподвижной СО и скорости самой подвижной СО

Ускорением называется векторная физическая величина, равная отношению очень малого изменения вектора скорости к малому промежутку времени, за которое произошло это изменение, т.е. это мера быстроты изменения скорости:

;
.

Метр в секунду за секунду – это такое ускорение, при котором скорость тела, движущегося прямолинейно и равноускоренно, за время 1 с изменяется на 1 м/с.

Направление вектора ускорения совпадает с направлением вектора изменения скорости (
) при очень малых значениях промежутка времени, за который происходит изменение скорости.

Если тело движется по прямой и его скорость возрастает, то направление вектора ускорения совпадает с направлением вектора скорости; при убывании скорости – противоположно направлению вектора скорости.

При движении по криволинейной траектории направление вектора скорости изменяется в процессе движения, вектор ускорения при этом может оказаться направлен под любым углом к вектору скорости.

Равномерное, равноускоренное прямолинейное движение

Движение с постоянной скоростью называется равномерным прямолинейным движением . При равномерном прямолинейном движении тело движется по прямой и за любые равные промежутки времени проходит одинаковые пути.

Движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает неодинаковые перемещения, называют неравномерным движением . При таком движении скорость тела изменяется с течением времени.

Равнопеременным называется такое движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется на одинаковую величину, т.е. движение с постоянным ускорением.

Равноускоренным называется равнопеременное движение, при котором величина скорости возрастает.Равнозамедленным – равнопеременное движение, при котором величина скорости уменьшается.

Сложение скоростей

Рассмотрим перемещение тела в подвижной системе координат. Пусть – перемещение тела в подвижной системе координат,– перемещение подвижной системы координат относительно неподвижной, тогда– перемещение тела в неподвижной системе координат равно:

Если перемещения исовершаются одновременно, то:

Таким образом

Мы получили, что скорость тела относительно неподвижной системы отсчета равна сумме скорости тела в подвижной системе отсчета и скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной. Это утверждение называется классическим законом сложения скоростей .

Графики зависимости кинематических величин от времени в равномерном и равноускоренном движении

При равномерном движении:

График скорости – прямая y=b;

График ускорения – прямая y= 0;

График перемещения – прямая y=kx+b.

При равноускоренном движении:

График скорости – прямая y=kx+b;

График ускорения – прямая y=b;

График перемещения – парабола:

если a>0, ветви вверх;

чем больше ускорение, тем уже ветви;

вершина совпадает по времени с моментом, когда скорость тела равна нулю;

как правило, проходит через начало отсчета.

Свободное падение тел. Ускорение свободного падения

Свободным падением называется такое движение тела, когда на него действует только сила тяжести.

При свободном падении ускорение тела направлено вертикально вниз и примерно равно 9,8 м/с 2 . Это ускорение называетсяускорением свободного падения и одинаково для всех тел.

Равномерное движение по окружности

При равномерном движении по окружности значение скорости постоянно, а ее направление изменяется в процессе движения. Мгновенная скорость тела всегда направлена по касательной к траектории движения.

Т.к. направление скорости при равномерном движении по окружности постоянно изменяется, то это движение всегда равноускоренное.

Промежуток времени, за который тело совершает полный оборот при движении по окружности, называется периодом:

Т.к. длина окружности sравна 2R, период обращения при равномерном движении тела со скоростьюvпо окружности радиусомRравен:

Величина, обратная периоду обращения, называется частотой обращения и показывает, сколько оборотов по окружности совершает тело в единицу времени:

Угловой скоростью называется отношение угла, на который повернулось тело, к времени поворота:

Угловая скорость численно равна числу оборотов за 2секунд.

Занятие № 3

Тема . Равномерное прямолинейное движение. Скорость. Закон сложения скоростей. Графики движения.

Цель : формирование знаний о прямолинейном движении, скорости как физической величине, классическом законе добавления скоростей, решение основной задачи механики для прямолинейного равномерного движения; рассмотрение графиков зависимости скорости, координат прямолинейного равномерного движения от времени.

Тип занятия: комбинированный урок.

Организационный этап
^ Проверка домашнего задания.

Преподаватель избирательно проверяет письменное домашнее задание у трёх-четырёх учеников или привлекает к такой проверке учеников с высоким уровнем подготовки.

Фронтальный опрос.

Что называется системой отсчёта?
Что такое траектория? На какие виды делящееся движение в зависимости от траектории?
Что называется путём? перемещением?
В чём заключается отличие между путём и перемещением?
В чём заключается сущность понятия относительности движения?

Сообщение темы, цели и заданий урока

План изучения темы

Равномерное прямолинейное движение.
Скорость равномерного прямолинейного движения как физическая величина.
Закон добавления скоростей.
Перемещение прямолинейного равномерного движения. Решение основной задачи механики для прямолинейного равномерного движения.
Графики движения.

Изучение нового материала

1. Равномерное прямолинейное движение

Наиболее простым видом движения является равномерное прямолинейное движение.

Равномерным прямолинейным движением называется такое движение тела, при котором тело за любые равные интервалы времени осуществляет одинаковые перемещения и траектория его движения является прямой линией.

Вопрос к студентам:

Приведите примеры равномерного прямолинейного движения.
Как вы считаете, часто ли нам встречаются случаи прямолинейного равномерного движения?
Зачем изучать данный вид движения, уметь описывать его закономерности?

^ 2. Скорость равномерного прямолинейного движения как физическая величина

Одной из характеристик равномерного прямолинейного движения является его скорость. Преподаватель предлагает студентам охарактеризовать скорость как физическую величину по обобщенному плану характеристики физической величины.

Обобщенный план характеристики физической величины:

Явление, которое характеризует величина.
Определение, обозначение.
Формулы, которые связывают данную величину с другими величинами.
Единицы измерения.
Способы измерения.

Скорость равномерного прямолинейного движения как физическая величина

прямые измерения (с помощью спидометра, радара);
непрямые измерения (по формуле)

Обозначаем :

- вектор скорости;

υ x , υ y - проекции вектора скорости на координатные оси Ox, Oy;

υ - модуль скорости.

Вопрос :

Может ли быть проекция скорости отрицательной? (Проекция скорости может быть как положительной, так и отрицательной в зависимости от того, как двигается тело (рис. 1).)

^ Закон сложения скоростей

Как нам уже известно, скорость есть величина относительная и зависит от выбранной системы отсчета.

Если перемещение одной и той же материальной точки рассматривать относительно двух систем отсчета, связанных с неподвижным телом и подвижным (например, за движением человека по палубе катера наблюдает человек, который стоит на берегу реки, по которой плывёт этот катер, и человек, который сам в то же время находится на катере), то можно сформулировать классический закон добавления скоростей.

Закон добавления скоростей: скорость тела относительно неподвижной системы отсчёта равняется векторной сумме скорости тела относительно подвижной системы отсчета и собственно скорости подвижной системы отсчёта относительно неподвижной:

где и - скорости тела относительно неподвижной и подвижной систем отсчета соответственно, а - скорость подвижной системы отсчета относительно неподвижной (рис. 2).

^ Перемещение прямолинейного равномерного движения. Решение основной задачи механики для прямолинейного равномерного движения

Из формулы

можно определить модуль перемещения для прямолинейного равномерного движения:

Если материальная точка, двигаясь по оси ОХ, переместилась из точки с координатой x 0 в точку с координатой х , то за время t она осуществила перемещение:
(рис. 3).

Так как основной задачей механики является определение положения тела в данный момент времени по известным начальным условиям, то уравнение
и является решением основной задачи механики.

Это уравнение так же называют основным законом равномерного прямолинейного движения.

Графики движения

График зависимости проекции скорости от времени

Графиком функции

является прямая, параллельная оси времени t (рис. 4, а).

Если > 0, то эта прямая проходить выше оси времени t , а если t .

Площадь фигуры, ограниченной графиком и осью t , численно равняется модулю перемещения (рис. 4, б).

График зависимости проекции перемещения от времени

Графиком

является прямая, проходящая через начало координат. Если > 0, то s x увеличивается со временем, а если s x уменьшается со временем (рис. 5, а). Наклон графика тем больше, чем больше модуль скорости (рис. 5, б).

Если идет речь о графике пути, то следует помнить, что путь - это длина траектории, поэтому уменьшаться не может, а может только расти со временем, следовательно, данный график не может приближаться к оси времени (рис. 5, в).

^ График зависимости координаты от времени

График

отличается от графика

только смещением на x 0 по оси координат.

Точка пересечения графиков 1 и 2 отвечает моменту, когда координаты тел равны, то есть эта точка определяет момент времени и координату встречи двух тел (рис. 6).

Применение приобретённых знаний

Решение задач (устно)

В произвольном порядке приведены подвижные объекты: пешеход; звуковые волны в воздухе; молекула кислорода при 0 °С; слабый ветер; электромагнитные волны в вакууме; штормовой ветер.

Попробуйте расположить объекты в нисходящем порядке по скоростям (скорости объектов не даны, студенты используют предварительно приобретенные знания, интуицию).

Ответ :

электромагнитные волны в вакууме (300 000 км/с);
молекула кислорода при 0 °С (425 м/с);
звуковые волны в воздухе (330 м/с);
штормовой ветер (21 м/с);
слабый ветер (4 м/с);
пешеход (1,3 м/с).

Подведение итогов урока и сообщение домашнего задания

Преподаватель подводит итоги урока, оценивает деятельность учеников.

Домашнее задание

Выучить теоретический материал по учебнику.
Решить задачи.

Тест

Найдите правильный ответ.

Какое из приведенных примеров движения можно считать равномерным?

Происходит торможение автомобиля
Пассажир спускается эскалатором метрополитена
Самолет взлетает

Прямолинейным равномерным называют движение, при котором:

модуль скорости тела остается неизменный
скорость тела изменяется на одинаковое значение за любые одинаковые промежутки времени
тело выполняет одинаковые перемещения за любые интервалы времени

Пассажирский поезд, двигаясь равномерно, за 20 мин прошёл путь 30 км. Найдите скорость движения поезда.

А 10 м/с Б 15 м/с В 25 м/с

Мотоцикл двигается со скоростью 36 км/ч. Какой путь он пройдёт за 20 с?

А 200 м Б 720 км В 180 м

На рис. 7 приведен график зависимости пути равномерного движения от времени. Какая скорость движения тела?

А 5 м/с Б 10 м/с В 20 м/с

На рис. 8 приведен график зависимости скорости равномерного движения от времени. Какой путь прошло тело за 3 с?

А 4 м Б 18 м В 36 м

Раздел 1 МЕХАНИКА

Глава 1: О с н о в ы к и н е м а т и к и

Механическое движение. Траектория. Путь и перемещение. Сложение скоростей

Механическим движением тела называется изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени.

Механическое движение тел изучаетмеханика. Раздел механики, описывающий геометрические свойства движения без учёта масс тел и действующих сил, называется кинематикой .

Механическое движение относительно. Чтобы определить положение тела в пространстве, нужно знать его координаты. Для определения координат материальной точки следует, прежде всего, выбрать тело отсчёта и связать с ним систему координат.

Телом отсчёта называется тело, относительно которого определяется положение других тел. Тело отсчёта выбирают произвольно. Это может быть что угодно: Земля, здание, автомобиль, теплоход и т.д.

Система координат, тело отсчёта с которым она связана, и указание отсчёта времени образуют систему отсчёта , относительно которой рассматривается движение тела (рис.1.1).

Тело, размерами, формой и структурой которого можно пренебречь при изучении данного механического движения, называется материальной точкой . Материальной точкой можно считать тело, размеры которого намного меньше расстояний, характерных для рассматриваемого в задаче движения.

Траектория это линия, по которой движется тело.

В зависимости от вида траектории движения разделяются на прямолинейные и криволинейные

Путь – это длина траектории ℓ(м) (рис.1.2)

Вектор , проведенный из начального положения частицы в её конечное положение, называется перемещением этой частицыза данное время.

В отличие от пути, перемещение является не скалярной, а векторной величиной, так как оно показывает не только на какое расстояние, но и в каком направлении сместилось тело за данное время.

Модуль вектора перемещения (то есть длина отрезка, который соединяет начальную и конечную точки движения) может быть равен пройденному пути или быть меньше пройденного пути. Но никогда модуль перемещения не может быть больше пройденного пути. Например, если из точки А в точку Б автомобиль перемещается по криволинейной траектории, то модуль вектора перемещения меньше пройденного пути ℓ. Путь и модуль перемещения оказываются равными лишь в одном единственном случае, когда тело движется по прямой.

Скорость – это векторная количественная характеристика движения тела

Средняя скорость – это физическая величина, равная отношению вектора перемещения точки к промежутку времени

Направление вектора средней скорости совпадает с направлением вектора перемещения.

Мгновенная скорость, то есть скорость в данный момент времени – это векторная физическая величина, равная пределу, к которому стремится средняя скорость при бесконечном уменьшении промежутка времени Δt.

Вектор мгновенной скорости направлен по касательной к траектории движения (рис. 1.3).

В системе СИ скорость измеряется в метрах в секунду (м/с), то есть единицей скорости принято считать скорость такого равномерного прямолинейного движения, при котором за одну секунду тело проходит путь в один метр. Часто скорость измеряют в километрах в час.

или 1

Сложение скоростей

Любые механические явления рассматриваются в какой-либо системе отсчета: движение имеет смысл только относительно других тел. При анализе движения одного и того же тела в разных системах отсчета все кинематические характеристики движения (путь, траектория, перемещение, скорость, ускорение) оказываются различными.

Например, пассажирский поезд движется по железной дороге со скоростью 60км/ч. По вагону этого поезда идёт человек со скоростью 5км/ч. Если считать железную дорогу неподвижной и принять её за систему отсчёта, то скорость человека относительно железной дороги, будет равна сложению скоростей поезда и человека, то есть

60км/ч + 5 км/ч = 65 км/ч, если человек идёт в том же направлении что и поезд и

60км/ч - 5 км/ч = 55 км/ч, если человек идёт против направления движения поезда.

Однако это справедливо только в этом случае, если человек и поезд движутся по одной линии. Если же человек будет двигаться под углом, то необходимо учитывать этот угол, и тот факт, что скорость – это векторная величина.

Рассмотрим описанный выше пример более подробно – с деталями и картинками.

Итак, в нашем случае железная дорога это неподвижная система отсчёта. Поезд, который движется по этой дороге – это подвижная система отсчёта. Вагон, по которому идёт человек, является частью поезда. Скорость человека относительно вагона (относительно подвижной системы отсчёта) равна 5км/ч. Обозначим её буквой . Скорость поезда, (а значит и вагона) относительно неподвижной системы отсчёта (то есть относительно железной дороги) равна 60 км/ч. Обозначим её буквой . Другими словами, скорость поезда – это скорость подвижной системы отсчёта относительно неподвижной системы отсчёта.

Скорость человека относительно железной дороги (относительно неподвижной системы отсчёта) нам пока неизвестна. Обозначим её буквой .

Свяжем с неподвижной системой отсчёта (рис.1.4) систему координат ХОY, а с подвижной систему отсчёта – Х п О п Y п. Определим теперь скорость человека относительно неподвижной системы отсчёта, то есть относительно железной дороги.

За малый промежуток времени Δt происходят следующие события:

· Человек перемещается относительно вагона на расстояние

· Вагон перемещается относительно железной дороги на расстояние

Тогда за этот промежуток времени перемещение человека относительно железной дороги:

Это закон сложения перемещений . В нашем примере перемещение человека относительно железной дороги равно сумме перемещений человека относительно вагона и вагона относительно железной дороги.

Разделив обе части равенства на малый промежуток времени Dt, за которое произошло перемещение:

Получим:

Рис 1.3

Это закон сложения скоростей: с корость тела относительно неподвижной системы отсчёта равна сумме скоростей тела в подвижной системе отсчёта и скорости самой подвижной системы отсчёта относительно неподвижной.

СКОРОСТЬ ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ ДВИЖЕНИИ

Неравномерным называется движение, при котором скорость тела со временем изменяется.

Средняя скорость неравномерного движения равна отношению вектора перемещения к времени нахождения в пути

Тогда перемещение при неравномерном движении

Мгновенной скоростью называется скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории.

Скорость – это количественная характеристика движения тела.

Средняя скорость – это физическая величина, равная отношению вектора перемещения точки к промежутку времени Δt, за который произошло это перемещение. Направление вектора средней скорости совпадает с направлением вектора перемещения . Средняя скорость определяется по формуле:

Мгновенная скорость , то есть скорость в данный момент времени – это физическая величина, равная пределу, к которому стремится средняя скорость при бесконечном уменьшении промежутка времени Δt:

Иными словами, мгновенная скорость в данный момент времени – это отношение очень малого перемещения к очень малому промежутку времени, за который это перемещение произошло.

Вектор мгновенной скорости направлен по касательной к траектории движения тела (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Вектор мгновенной скорости.

В системе СИ скорость измеряется в метрах в секунду, то есть единицей скорости принято считать скорость такого равномерного прямолинейного движения, при котором за одну секунду тело проходит путь в один метр. Единица измерения скорости обозначается м/с . Часто скорость измеряют в других единицах. Например, при измерении скорости автомобиля, поезда и т.п. обычно используется единица измерения километр в час:

1 км/ч = 1000 м / 3600 с = 1 м / 3,6 с

или

1 м/с = 3600 км / 1000 ч = 3,6 км/ч

Сложение скоростей

Скорости движения тела в различных системах отсчёта связывает между собой классический закон сложения скоростей .

Скорость тела относительно неподвижной системы отсчёта равна сумме скоростей тела в подвижной системе отсчёта и самой подвижной системы отсчёта относительно неподвижной.

Например, пассажирский поезд движется по железной дороге со скоростью 60 км/ч. По вагону этого поезда идет человек со скоростью 5 км/ч. Если считать железную дорогу неподвижной и принять её за систему отсчёта, то скорость человека относительно системы отсчёта (то есть относительно железной дороги), будет равна сложению скоростей поезда и человека, то есть 60 + 5 = 65, если человек идёт в том же направлении, что и поезд; и 60 – 5 = 55, если человек и поезд движутся в разных направлениях. Однако это справедливо только в том случае, если человек и поезд движутся по одной линии. Если же человек будет двигаться под углом, то придётся учитывать этот угол, вспомнив о том, что скорость – это векторная величина .

А теперь рассмотрим описанный выше пример более подробно – с деталями и картинками.

Итак, в нашем случае железная дорога – это неподвижная система отсчёта . Поезд, который движется по этой дороге – это подвижная система отсчёта . Вагон, по которому идёт человек, является частью поезда.

Скорость человека относительно вагона (относительно подвижной системы отсчёта) равна 5 км/ч. Обозначим её буквой Ч.

Скорость поезда (а значит и вагона) относительно неподвижной системы отсчёта (то есть относительно железной дороги) равна 60 км/ч. Обозначим её буквой В. Иначе говоря, скорость поезда – это скорость подвижной системы отсчёта относительно неподвижной системы отсчёта.

Свяжем с неподвижной системой отсчёта (рис. 1.7) систему координат ХОY, а с подвижной системой отсчёта – систему координат X П О П Y П (см. также раздел Система отсчёта). А теперь попробуем найти скорость человека относительно неподвижной системы отсчёта, то есть относительно железной дороги.

За малый промежуток времени Δt происходят следующие события:

Тогда за этот промежуток времени перемещение человека относительно железной дороги:

Ч + B

Это закон сложения перемещений . В нашем примере перемещение человека относительно железной дороги равно сумме перемещений человека относительно вагона и вагона относительно железной дороги.

Закон сложения перемещений можно записать так:

= Δ Ч Δt + Δ B Δt