На данном уроке мы с вами рассмотрим важную характеристику неравномерного движения - ускорение. Кроме того, мы рассмотрим неравномерное движение с постоянным ускорением. Такое движение еще называется равноускоренным или равнозамедленным. Наконец, мы поговорим о том, как графически изображать зависимости скорости тела от времени при равноускоренном движении.
Домашнее задание
Решив задачи к данному уроку, вы сможете подготовиться к вопросам 1 ГИА и вопросам А1, А2 ЕГЭ.
1. Задачи 48, 50, 52, 54 сб. задач А.П. Рымкевич, изд. 10.
2. Запишите зависимости скорости от времени и нарисуйте графики зависимости скорости тела от времени для случаев, изображенных на рис. 1, случаи б) и г). Отметьте на графиках точки поворота, если такие есть.
3. Рассмотрите следующие вопросы и ответы на них:
Вопрос. Является ли ускорение свободного падения ускорением, согласно данному выше определению?
Ответ. Конечно, является. Ускорение свободного падения - это ускорение тела, которое свободно падает с некоторой высоты (сопротивлением воздуха нужно пренебречь).
Вопрос. Что произойдет, если ускорение тела будет направлено перпендикулярно скорости движения тела?
Ответ. Тело будет двигаться равномерно по окружности.
Вопрос. Можно ли вычислять тангенс угла наклона, воспользовавшись транспортиром и калькулятором?
Ответ. Нет! Потому что полученное таким образом ускорение будет безразмерным, а размерность ускорения, как мы показали ранее, должно иметь размерность м/с 2 .
Вопрос. Что можно сказать о движении, если график зависимости скорости от времени не является прямой?
Ответ. Можно сказать, что ускорение этого тела меняется со временем. Такое движение не будет являться равноускоренным.
Задачи по физике - это просто!
Не забываем , что решать задачи надо всегда в системе СИ!
А теперь к задачам!
Элементарные задачи из курса школьной физики по кинематике.
Решение задач на прямолинейное равноускоренное движение. При решении задачи обязательно делаем чертеж, на котором показываем все вектора, о которых идет речь в задаче. В условии задачи, если не оговорено иное, даются модули величин. В ответе задачи также должен стоять модуль найденной величины.
Задача 1
Автомобиль, двигавшийся со скоростью 30 м/с, начал тормозить. Чему будет равна его скорость через 1 минуту, если ускорение при торможении равно 0,3 м/с 2 ?
Обратите внимание! Проекция вектора ускорения на ось t отрицательна.
Задача 2
Санки начинают двигаться с горы с ускорением 2 м/с 2 . Какое расстояние они пройдут за 2 секунды?
Не забудьте в ответе перейти от проекции к модулю вектора ускорения!
Задача 3
Каково ускорение велосипедиста, если его скорость за 5 секунд изменилась от 7 до 2 м/с?
Из условия задачи видно, что в процессе движения скорость тела уменьшается. Исходя из этого, определяем направление вектора ускорения на чертеже. В результате расчета должно получиться отрицательное значение вектора ускорения.
Задача 4
Санки начинают двигаться с горы из состояния покоя с ускорением 0,1 м/с 2 . Какую скорость будут они иметь через 5 секунд после начала движения?
Задача 5
Поезд, двигавшийся с ускорением 0,4 м/с 2 , через 20 секунд торможения остановился. Чему равен тормозной путь, если начальная скорость поезда 20 м/с?
Внимание! В задаче поезд тормозит, не забудьте о минусе при подстановке числового значения проекции вектора ускорения.
Задача 6
Автобус, отходя от остановки, движется с ускорением 0,2 м/с 2 . На каком расстоянии от начала движения его скорость станет равной 10 м/с?
Задачу можно решить в 2 действия.
Это решение аналогично решению системы из двух уравнений с двумя неизвестными. Как в алгебре: два уравнения - формулы для V x и S x , два неизвестных - t и S x .
Задача 7
Какую скорость разовьет катер, пройдя из состояния покоя 200 метров с ускорением 2 м/с 2 ?
Не забудьте, что не всегда все данные в задаче задаются числами!
Здесь надо обратить внимание на слова "из состояния покоя" - это соответствует начальной скорости, равной 0.
При извлечении корня квадратного: время может быть только больше 0!
Задача 8
При аварийном торможении мотоцикл, двигавшийся со скоростью 15 м/с, оставовился через 5 секунд. Найти тормозной путь.
Продолжение смотри
Равноускоренное движение - движение, при котором ускорение постоянно по модулю и направлению .
Примером такого движения является движение тела, брошенного под углом α {\displaystyle \alpha } к горизонту в однородном поле силы тяжести - тело движется с постоянным ускорением a → = g → {\displaystyle {\vec {a}}={\vec {g}}} , направленным вертикально вниз.
При равноускоренном движении по прямой скорость тела определяется формулой:
v (t) = v 0 + a t {\displaystyle v(t)=v_{0}+at}Зная, что v (t) = d d t x (t) {\displaystyle v(t)={\frac {d}{dt}}x(t)} , найдём формулу для определения координаты x:
x (t) = x 0 + v 0 t + a t 2 2 {\displaystyle x(t)=x_{0}+v_{0}t+{\frac {at^{2}}{2}}}Примечание . Равнозамедленным можно назвать движение, при котором модуль скорости равномерно уменьшается со временем (если вектора v → {\displaystyle {\vec {v}}} и a → {\displaystyle {\vec {a}}} противонаправлены). Равнозамедленное движение также является равноускоренным.
Энциклопедичный YouTube
-
1 / 5
В случае одномерного равноускоренного движения вдоль координаты x имеет место формула:
Δ x = v x 2 − v 0 x 2 2 a x {\displaystyle \Delta x={\frac {v_{x}^{2}-v_{0x}^{2}}{2a_{x}}}} ,Криволинейное равноускоренное (равнопеременное) движение также можно рассматривать как одномерное. В этом случае используется обобщённая координата S , часто называемая путём . Эта координата соответствует длине пройденной траектории (длине дуги кривой). Таким образом, формула приобретает вид:
Δ S = v 2 − v 0 2 2 a τ {\displaystyle \Delta S={\frac {v^{2}-v_{0}^{2}}{2a_{\tau }}}} ,где a τ {\displaystyle a_{\tau }} - тангенциальное ускорение , которое «отвечает» за изменение модуля скорости тела.
Из вышеприведенных формул можно получить выражения для определения конечной скорости тела, при известных начальной скорости, ускорении и перемещении:
v x = ± v 0 x 2 + 2 a x Δ x {\displaystyle v_{x}=\pm {\sqrt {v_{0x}^{2}+2a_{x}\Delta x}}}В случае криволинейного равноускоренного движения имеем:
v = ± v 0 2 + 2 a τ Δ S {\displaystyle v=\pm {\sqrt {v_{0}^{2}+2a_{\tau }\Delta S}}}Аналогичные соотношения можно записать для выражений:
v y = ± v 0 y 2 + 2 a y Δ y {\displaystyle v_{y}=\pm {\sqrt {v_{0y}^{2}+2a_{y}\Delta y}}} ; v z = ± v 0 z 2 + 2 a z Δ z {\displaystyle v_{z}=\pm {\sqrt {v_{0z}^{2}+2a_{z}\Delta z}}} .И найти конечную скорость по теореме Пифагора
| v → | = v x 2 + v y 2 + v z 2 {\displaystyle |{\vec {v}}|={\sqrt {v_{x}^{2}+v_{y}^{2}+v_{z}^{2}}}} .Теорема о кинетической энергии точки
Формула перемещения при равноускоренном движении используется при доказательстве теоремы о кинетической энергии . Для этого необходимо перенести ускорение в левую часть и домножить обе части на массу тела:
m a x Δ x = m v x 2 2 − m v 0 x 2 2 {\displaystyle ma_{x}\Delta x={\frac {mv_{x}^{2}}{2}}-{\frac {mv_{0x}^{2}}{2}}} .Записав аналогичные соотношения для координат y и z и просуммировав все три равенства получим соотношение:
F → ⋅ Δ r → = m v 2 2 − m v 0 2 2 {\displaystyle {\vec {F}}\cdot {\vec {\Delta r}}={\frac {mv^{2}}{2}}-{\frac {mv_{0}^{2}}{2}}} .Слева стоит работа постоянной равнодействующей силы F → {\displaystyle {\vec {F}}} , а справа - разность кинетических энергий в конечный и начальный момент движения. Полученная формула представляет собой математическое выражение теоремы о кинетической энергии точки для случая равноускоренного движения .
Графическое представление равномерного прямолинейного движения
Механическое движение представляют графическим способом. Зависимость физических величин выражают при помощи функций. Обозначают:
V (t) - изменение скорости со временем
a(t) - изменение ускорения со временем
За висимость ускорения от времени . Так как при равномерном движении ускорение равно нулю, то зависимость a(t) - прямая линия, которая лежит на оси времени.
Зависимость скорости от времени . Так как тело движется прямолинейно и равномерно (v = const ), т.е. скорость со временем не изменяется, то график с зависимостью скорости от времени v(t) - прямая линия, параллельная оси времени.
Проекция перемещения тела численно равна площади прямоугольника АОВС под графиком, так как величина вектора перемещения равна произведению вектора скорости на время, за которое было совершено перемещение.
Правило определения пути по графику v(t): при прямолинейном равномерном движении модуль вектора перемещения равен площади прямоугольника под графиком скорости.
Зависимость перемещения от времени. График s(t) - наклонная линия:
Из графика видно, что проекция скорости равна:
Рассмотрев эту формулу, мы можем сказать, чем больше угол, тем быстрей движется тело и оно проходит больший путь за меньшее время.
Правило определения скорости по графику s(t): Тангенс угла наклона графика к оси времени равен скорости движения.
Неравномерное прямолинейное движение.
Равномерное движение это движение с постоянной скоростью. Если скорость тела меняется, говорят, что оно движется неравномерно.
Движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает неодинаковые перемещения, называют неравномерным или переменным движением .
Для характеристики неравномерного движения вводится понятие средней скорости.
Средняя скорость движения равна отношению всего пути, пройденного материальной точкой к промежутку времени, за который этот путь пройден.
В физике наибольший интерес представляет не средняя, а мгновенная скорость , которая определяется как предел, к которому стремится средняя скорость за бесконечно малый промежуток времени Δt :
Мгновенной скоростью переменного движения называют скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории .
Мгновенная скорость тела в любой точке криволинейной траектории направлена по касательной к траектории в этой точке.
Различие между средней и мгновенной скоростями показано на рисунке.
Движение тела, при котором его скорость за любые равные промежутки времени изменяется одинаково, называют равноускоренным или равнопеременным движением .
Ускорение - это векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости, численно равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло.
Если скорость изменяется одинаково в течение всего времени движения, то ускорение можно рассчитать по формуле:
Обозначения:
V x - Скорость тела при равноускоренном движении по прямой
V x o - Начальная скорость тела
a x - Ускорение тела
t - Время движения тела
Ускорение показывает, как быстро изменяетcя скорость тела. Если ускорение положительно, значит скорость тела увеличивается, движение ускоренное. Если ускорение отрицательно, значит скорость уменьшается, движение замедленное.
Единица измерения ускорения в СИ [м/с 2 ].
Ускорение измеряют акселерометром
Уравнение скорости для равноускоренного движения:v x = v xo + a x t
Уравнение равноускоренного прямолинейного движения (перемещение при равноускоренном движении):
Обозначения:
S x - Перемещение тела при равноускоренном движении по прямой
V x o - Начальная скорость тела
V x - Скорость тела при равноускоренном движении по прямой
a x - Ускорение тела
t - Время движения тела
Еще формулы, для нахождения перемещения при равноускоренном прямолинейном движении, которые можно использовать при решении задач:
Если известны начальная, конечная скорости движения и ускорение.
Если известны начальная, конечная скорости движения и время всего движения
Графическое представление неравномерного прямолинейного движения
Механическое движение представляют графическим способом. Зависимость физических величин выражают при помощи функций. Обозначают:
V(t) - изменение скорости со временем
S(t) - изменение перемещения (пути) со временем
