Что такое неравномерное движение?
Ускоренное движение является частью кинематики, в которой изучаются изменения скорости во время движения. Кратковременная скорость — это скорость материальной точки в данный момент времени или в заданной точке траектории. Он равен средней скорости за очень короткий промежуток времени Δt. Ускорение определяется как отношение изменения скорости и временного интервала. Если тело встает на место или движется с постоянной скоростью, он не имеет ускорения. Отсюда следует, что ускорение можно представить в виде уравнения следующим образом. Средняя скорость — это отношение полного смещения тела и размера этого временного интервала. Средняя скорость никоим образом не должна рассчитываться как среднее арифметическое для скоростей отдельных частей движения. При введении средней скорости неоднородные движения отождествляются с равномерными линейными движениями.
В зависимости от знака ускорения равномерно изменяемое движение может быть: положительно ускорено (а> 0) и отрицательно ускорено (а <0), а по отношению к начальным условиям оно может быть: движение без начальной скорости (v = 0) и движение с начальной скоростью (v > 0).
Равномерно изменяемое движение — это постоянное движение ускорения. Это означает, что любое изменение скорости, деленное на временной интервал, даст такое же значение ускорения. Постоянное ускорение означает равное изменение скорости с равными интервалами. Основное уравнение для скорости в одинаково ускоренном движении определяется выражением:. В случае вращения переменной скорости (положительно ускоренного α> 0 и отрицательно ускоренного α <0):
Система отсчета
В определении механического движения особое значение имеет выражение относительно других тел. Нам всегда необходимо выбрать так называемое тело отсчета, то есть тело, относительно которого мы будем рассматривать движение исследуемого нами объекта. Простой пример: подвигайте рукой и скажите – движется ли она? Да, конечно, по отношению к голове, но по отношению к пуговице на вашей рубашке она будет недвижима. Поэтому выбор отсчета очень важен, ведь относительно некоторых тел движение совершается, а относительно других тел движения не происходит. Чаще всего телом отсчета выбирают тело, которое всегда есть под руками, точнее под ногами, – это наша Земля, которая является телом отсчета в большинстве случаев.
Издавна ученые спорили о том, Земля ли вращается вокруг Солнца или Солнце вращается вокруг Земли. На самом деле, с точки зрения физики, с точки зрения механического движения это всего лишь спор о теле отсчета. Если телом отсчета считать Землю, то да – Солнце вращается вокруг Земли, если телом отсчета считать Солнце – то Земля вращается вокруг Солнца
Поэтому тело отсчета – это важное понятие
Как же описывать изменение положения тела?
Чтобы точно задать положение интересующего нас тела относительно тела отсчета, надо связать с телом отсчета систему координат (рис. 2).
Рис. 2. Декартовая система координат
При движении тела координаты меняются, а для того чтобы описать их изменение, нам необходим прибор для измерения времени. Чтобы описывать движение, нужно иметь:
— тело отсчета;
— связанную с телом отсчета систему координат;
— прибор для измерения времени (часы).
Все эти объекты составляют вместе систему отсчета. До тех пор пока мы не выбрали систему отсчета, не имеет смысла описывать механическое движение – мы не будем уверены в том, как движется тело. Простой пример: чемодан, лежащий на полке в купе поезда, который движется, для пассажира просто покоится, а для человека, стоящего на перроне, движется. Как мы видим, одно и то же тело и движется, и покоится, вся проблема в том, что системы отсчета различны (рис. 3).
Рис. 3. Различные системы отчета
Зависимость траектории от выбора системы отсчета
Ответим на интересный и важный вопрос, зависит ли форма траектории и пройденный телом путь от выбора системы отсчета. Рассмотрим ситуацию, когда есть пассажир поезда, радом с которым на столе стоит стакан с водой. Какой же будет траектория стакана в системе отчета, связанной с пассажиром (телом отсчета является пассажир)?
Конечно, относительно пассажира стакан неподвижен. Это значит, что траектория является точкой, а перемещение равно (рис. 4).
Рис. 4. Траектория стакана относительно пассажира в поезде
Какой же будет траектория стакана относительно пассажира, который ожидает поезда на перроне? Для этого пассажира будет казаться, что стакан движется по прямой линии и у него ненулевой путь (рис. 5).
Рис. 5. Траектория стакана относительно пассажира на перроне
Из вышесказанного можно сделать вывод, что траектория и путь зависят от выбора системы отсчета.
Для того чтобы описывать механическое движение, в первую очередь необходимо определиться с системой отсчета.
Движение изучается нами для того, чтобыпредсказать, где окажется тот или иной объект в необходимый момент времени. Основная задача механики – определить положение тела в любой момент времени. Что же значит описать движение тела?
Конечно же, размерами автобуса в данном случае можно пренебречь. Мы можем описывать автобус как одну движущуюся точку, по-другому ее называют материальной точкой.
Определение
Тело, размерами которого в данной задаче можно пренебречь, называют материальной точкой.
Определение механического движения
В физике определение механического движения, изучаемое в седьмом классе, следующее:
изменение положения тела относительно других тел с течением времени называется механическим движением. Примерами механического движения в быту будут движение автомобилей, людей и пароходов. Комет и кошек. Пузырьков воздуха в закипающем чайнике и учебников в тяжелом рюкзаке школьника. И всякий раз высказывание о движении либо покое одного из этих предметов (тел) будет лишенным смысла без указания тела отсчета. Поэтому в жизни мы чаще всего, когда говорим о движении, имеем в виду движение относительно Земли или статичных объектов — домов, дорог и так далее.
Геометрия движения
- По окружности (см. Первая космическая (круговая) скорость)
- По эллипсу
- По параболе (см. Вторая космическая (параболическая) скорость), под действием однородного гравитационного поля
- По гиперболе
- Равномерное движение
- Квадратриса
- Кривая погони. Эволюта (огибающая нормалей) трактрисы: (цепная линия, поверхность которой — катеноид)
- Под действием однородного гравитационного поля
-
Кривая скорейшего спуска
Время спуска под действием только силы тяжести не зависит от расположения начальной точки на дуге циклоиды
-
Лемниската Бернулли: материальная точка, движущаяся по кривой под действием однородного гравитационного поля, пробегает дугу за то же время, что и соответствующую хорду. При этом ось лемнискаты составляет угол с вектором напряжённости поля, а центр лемнискаты совпадает с исходным положением движущейся точки.
-
1 вариант
A1. Самолёт совершает механическое движение,
1) если положение самолёта относительно аэродрома не изменяется
2) если изменяется положение самолёта относительно аэродрома
3) если положение самолёта неизвестно
4) если самолёт не перемещается
А2. Два автомобиля, движущихся с одинаковой скоростью в одном направлении,
1) покоятся относительно Земли и друг относительно друга
2) движутся относительно Земли и друг относительно друга
3) движутся относительно Земли и покоятся друг относительно друга
4) покоятся относительно Земли и движутся друг относительно друга
А3. Длина траектории называется
1) перемещение
2) путь
3) линия
4) метр
А4. При неравномерном движении тело проходит
1) разные расстояния за промежуток времени в одну минуту
2) равные расстояния за промежуток времени в одну секунду
3) равные расстояния за промежуток времени в одну минуту
4) равные расстояния за промежуток времени в один час
А5. На рисунке показана тележка и отмечены положения тележки через каждые 2 секунды.
Движение тележки является
1) неравномерным с увеличивающейся скоростью
2) неравномерным с уменьшающейся скоростью
3) неравномерным с произвольно меняющейся скоростью
4) равномерным
А6. Гепард пробежал расстояние 100 м за 5,95 с. Средняя скорость гепарда на этой дистанции равна
1) 16,8 м/с
2) 27,6 м/с
3) 3,63 м/с
4) 2,85 м/с
А7. Двигаясь со скоростью 144 км/ч, автомобиль проедет расстояние 100 км за время приблизительно
1) 2500 с
2) 1,44 часа
3) 58 мин
4) 14 400 с
А8. На рисунке представлен график скорости движения тела.
Путь, пройденный телом за 6 с, равен 1
1) 15 м
2) 60 м
3) 90 м
4) 45 м
Траектория движения тела. Путь
Чаще всего в механике мы будем изучать именно движение материальной точки. При своем перемещении материальная точка последовательно проходит положение вдоль некоторой линии.
Определение
Линия, вдоль которой движется тело (или материальная точка), называется траекторией движения тела (рис. 7).
Рис. 7. Траектория точки
Иногда мы наблюдаем траекторию (например, процесс выставления оценки за урок), но чаще всего траектория – это какая-то воображаемая линия. При наличии средств измерения мы можем замерить длину траектории, вдоль которой двигалось тело, и определим величину, которая называется путь (рис. 8).
Определение
Путь, пройденный телом за некоторое время, – это длина участка траектории.
Рис. 8. Путь
Разделяют два основных вида движения – это прямолинейное и криволинейное движение.
Если траектория тела – это прямая линия, то движение называется прямолинейным. Если тело движется по параболе или по любой другой кривой – мы говорим о криволинейном движении. При рассмотрении движения не просто материальной точки, а движения реального тела различают еще два вида движения: поступательное движение и вращательное движение.
Поступательное и вращательное движение. Пример
Какие же движения называются поступательными, а какие – вращательными? Рассмотрим этот вопрос на примере колеса обозрения. Как движется кабина колеса обозрения? Отметим две произвольные точки кабины и соединим их прямой. Колесо вращается. Через некоторое время отметим те же точки и соединим их. Полученные прямые будут лежать на параллельных прямых (рис. 9).
Рис. 9. Поступательное движение кабины колеса обозрения
Если прямая, проведенная через любые две точки тела, при движении остается параллельной сама себе, то такое движение называют поступательным.
В противном случае мы имеем дело с вращательным движением. Если бы прямая не была параллельной сама тебе, то пассажир, скорее всего, вывалился бы из кабины колеса (рис. 10).
Рис. 10. Вращательное движение кабины колеса
Вращательным называют такое движение тела, при котором его точки описывают окружности, лежащие в параллельных плоскостях. Прямая, соединяющая центры окружностей, называется осью вращения.
Очень часто нам приходится сталкиваться с комбинацией поступательного и вращательного движения, так называемым поступательно-вращательным движением. Самый простой пример такого движения – это движение прыгуна в воду (рис. 11). Он выполняет вращение (сальто), но при этом центр его масс поступательно движется в направлении воды.
Рис. 11. Поступательно-вращательное движение
Колебательное движение
Движение в двух противоположных направлениях, колебательное. Раскачивания, которые проходят в замкнутых концепциях называют независимыми или собственными колебаниями. Колыхания, которые происходят под действием внешних сил, называют вынужденными.
Если анализировать раскачивание согласно характеристик, которые изменяются (амплитуда, частота, период и др.), тогда их можно поделить на затухающие, гармонические, нарастающие (а также прямоугольные, сложные, пилообразные).
При свободных колебаниях в настоящих системах всегда происходят утраты энергии. Энергия тратится на работу по преодолению силы сопротивления воздуха. Сила трения уменьшает амплитуды колебаний, и они прекращаются через некоторое время.
Вынужденные раскачивания незатухающие. Поэтому надо пополнять потери энергии за каждый час колебаний. Для этого необходимо действовать на тело время от времени, изменяющейся силой. Вынужденные колыхания происходят с частотой, равной изменениям внешней силы.
Амплитуда принужденных колебаний достигает самого большого значения тогда, когда данный коэффициент такой же, как и частота колебательной системы. Это называется резонансом.
Например, если периодически дергать канат в такт его колебаниям, то мы увидим увеличение амплитуды его раскачивания.
Определение 3
Материальная точка – это тело, величиной которого в определенных условиях можно пренебрегать.
Часто вспоминаемый нами автомобиль возможно принимать за материальную точку сравнительно Земли. Но если люди перемещаются внутри этой машины, то уже нельзя пренебрегать размерами автомобиля.
Когда вы решаете задачи по физике, расценивают движение тела как движение материальной точки, и пользуются такими понятиями, как скорость точки, ускорение материального тела, инерция материальной точки и т.п.
Это интересно: 3765,Принц Уильям
Слайды и текст этой презентации
Механическое движение
Физика 7 класс
Автор презентации «Механическое движение» Помаскин Юрий Иванович — учитель физики, Почетный работник общего образования.
Презентация сделана как учебно-наглядное пособие к учебнику «Физика 7» автора А.В. Перышкина. Предназначена для демонстрации на уроках изучения нового материала
Что такое механическое движение?
Изменение с течением времени положения тела относительно других тел называется механическим движением.
Положение облаков меняется относительно земли
Положение автомобилей меняется относительно домов, деревьев, дороги
Положение автомобилей не меняется относительно друг друга
Траектория и путь
Длина траектории, по которой движется тело в течение некоторого промежутка времени, называется путем.
Путь, измерение пути.
Путь обозначают буквой s Путь – это физическая величина, которую можно измеритьОсновной единицей пути в Международной системе (СИ) является метр (м )Другие единицы пути1 мм = 0,001 м 1 дм = 0,1 м 1 см = 0,01 м 1 км = 1000 м
Равномерное и неравномерное движение
0.00
0.01
0.02
0.03
Если тело за любые равные промежутки времени проходит равные пути, то его движение называют равномерным.
Если тело за равные промежутки времени проходит разные пути, то его движение называют неравномерным.
Скорость
00
10
20
30
40
Скорость при равномерном движении тела показывает какой путь прошло тело в единицу времени
Формула для нахождения скорости
Единицы скорости
Скорость тела при равномерном движении – это величина, равная отношению пути ко времени, за которое этот путь пройден.
Это значит , что за единицу скорости принимается скорость такого равномерного движения , при котором за 1 секунду тело проходит путь, равный 1 метру.
Скорость векторная величина
Скорость, кроме числового значения, имеет и направление.
Скорость – это векторная физическая величина
Расчет пути и времени движения
Чтобы определить путь, пройденный телом при равномерном движении, надо скорость тела умножить на время его движения
Чтобы определить время при равномерном движении, надо путь , пройденный телом , разделить на скорость его движения
Средняя скорость
Средняя скорость – характеристика неравномерного движения.
Расчет пути и времени при неравномерном движении
Чтобы определить среднюю скорость тела при неравномерном движении, надо весь путь разделить на все время движения.
Средние скорости движения некоторых тел, скорость звука и света, (м/с)
Вопросы и задачи
Что называется механическим движением?Почему указывают, относительно каких тел движется тело?Что называют путем, пройденным телом?Какова единица пути в СИ?Какие тела движутся относительно Земли? Какие неподвижны относительно Земли?
Почему во время снежной метели трудно указать, движется поезд или нет?
Как оформляются задачи по физике
Пример: Поезд, двигаясь равномерно , за 2 часа проходит путь, равный 108 км. Вычислите скорость движения поезда.
Дано:t = 2 чS = 108кмv — ?
Ответ: v = 15 м/с
Упр.5 (2)На велосипеде можно без особого напряжения ехать со скоростью 3 м/с. На какое расстояние можно уехать за 1,5 ч?
Дано: v = 3м/сt = 1,5 чS — ?
Решение:S = vt1,5 ч = 5400 сS = 3 м/с * 5400 с =16 200 м
Ответ: S = 16 200 м или 16,2 км.
Упр.5(3)График зависимости скорости движения тела от времени представлен на рисунке. По графику определите скорость движения тела. Рассчитайте путь, который тело пройдет за 2 ч.
S,км500400300200100
0 1 2 3 4 5 6 t ,c
Ответ: v = 100 км/ч
Упр.5(4)График зависимости скорости равномерного движения тела от времени представлен на рисунке. По этому графику определите скорость движения тела. Рассчитайте путь , который пройдет тело за 4 ч.
0 1 2 3 4 5 6 t, c
S, м8642
Дано:v = 8 м/ct = 4 чv — ? S -?
Решение:S = vt4 ч =14400 сS = 8 м/с *14400 с =115200 м
Ответ: S = 115200 м или 115,2 км.
Автомобиль первые 20 км проехал за 20 мин, а следующие 60 км за 40 минут.С какой средней скоростью автомобиль проехал весь путь?
Дано:S1 = 20 кмt1 =20 минS2 = 60 кмt2 = 40минvср -?
Решение:vср = S = S1 + S2t = t1 + t2S = 20 км + 60 км = 80 кмt = 20 мин + 40 мин = 60 мин или 1 чvср = = 80 км/ч
Ответ : vср = 80 км/ч
Заключение
Мы сегодня изучили азбуку кинематики, то есть основные, самые важные понятия, которые в дальнейшем позволят нам перейти к решению главной задачи механики – определению положения тела в любой момент времени.
Список литературы
- Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
- Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Мнемозина, 2014.
- Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика – 9, Москва, Просвещение, 1990.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
Домашнее задание
Подумайте, что является телом отсчета, когда мы говорим:
- книга неподвижно лежит на столике в купе движущегося поезда;
- стюардесса после взлета проходит по пассажирскому салону самолета;
- Земля вращается вокруг своей оси.
