Равномерное движение материальной точки можно описать уравнением

Кинематика. Равномерное движение.

Если тело за любые равные промежутки времени проходит равные пути, его движение называется равномерным.

Равномерное движение встречается довольно редко. Например, почти равномерно движется Земля вокруг Солнца, проходя за год один оборот.

При равномерноем движении скорость не изменяется:

Равномерное движение происходит как по прямолинейной, так и по криволинейной траектории.

Равномерное движение тела описывается уравнением:

где s – путь, пройденный телом от некоторой точки, принятой за начало отсчета, t – время тела в пути, s₀ – значение s в начальный момент времени t = 0.

Прямолинейным равномерным движением называют движение, при котором тело за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения. Скорость прямолинейного равномерного движения – величина постоянная. Определяется как отношение перемещения точки к промежутку времени, в течение которого это перемещение произошло:

Модуль этой скорости – это перемещение тела, совершаемое за единицу времени.

Скоростью равномерного прямолинейного движении называют величину, равную отношению перемещения тела за любой промежуток времени к значению этого промежутка:

Перемещение при равномерном прямолинейном движении (по оси Х) можно рассчитать по формуле:

где υ_x – проекция скорости на ось Х, откуда закон равномерного прямолинейного движения будет иметь вид:

Равномерное движение

Равномерное движение

Равномерное движение — движение вдоль прямой линии с постоянной (как по модулю, так и по направлению) скоростью. При равномерном движении пути, которые тело проходит за равные промежутки времени, также равны.

Для кинематического описания движения расположим ось OХ вдоль направления движения. Для определения перемещения тела при равномерном прямолинейном движении достаточно одной координаты Х. Проекции перемещения и скорости на координатную ось можно рассматривать, как алгебраические величины.

Пусть в момент времени t 1 тело находилось в точке с координатой x 1 , а в момент времени t 2 — в точке с координатой x 2 . Тогда проекция перемещения точки на ось OХ будет запишется в виде:

В зависимости от направления оси и направления движения тела эта величина может быть как положительной, так и отрицательной. При прямолинейном и равномерном движении модуль перемещения тела совпадает с пройденным путем. Скорость равномерного прямолинейного движения определяется по формуле:

v = ∆ s ∆ t = x 2 — x 1 t 2 — t 1

Если v > 0 , тело движется вдоль оси OX в положительном направлении. Иначе — в отрицательном.

Математическое описание равномерного прямолинейного движения

Закон движения тела при равномерном прямолинейном движении описывается линейным алгебраическим уравнением.

Уравнение движения тела при равномерном прямолинейном движении

x ( t ) = x 0 + v t

v = c o n s t ; x 0 — координата тела (точки) в момент времени t = 0 .

Пример графика равномерного движения — на рисунке ниже.

Здесь два графика, описывающих движение тел 1 и 2. Как видим, тело 1 во время t = 0 находилось в точке x = — 3 .

От точки x 1 до точки x 2 тело переместилось за две секунды. Перемещение тела составило три метра.

∆ t = t 2 — t 1 = 6 — 4 = 2 с

Зная это, можно найти скорость тела.

v = ∆ s ∆ t = 1 , 5 м с 2

Есть еще один способ определения скорости: из графика ее можно найти как отношение сторон BC и AC треугольника ABC.

v = ∆ s ∆ t = B C A C .

Причем, чем больше угол, который образует график с осью времени, тем больше скорость. Говорят также, что скорость равна тангенсу угла α .

Аналогично вычисления проводятся для второго случая движения. Рассмотрим теперь новый график, изображающий движение с помощью отрезков прямых. Это так называемый кусочно-линейный график.

Движение, изображенное на нем — неравномерное. Скорость тела меняется мгновенно в точках излома графика, а каждый отрезок пути до новой точки излома тело движется равномерно с новой скоростью.

Из графика мы видим, что скорость менялась в моменты времени t = 4 c , t = 7 с , t = 9 с . Значения скоростей также легко находятся из графика.

Отметим, что путь и перемещение не совпадают для движения, описываемого кусочно-линейным графиком. Например, в интервале времени от нуля до семи секунд тело прошло путь, равный 8 метрам. Перемещение тела при этом равно нулю.

Уравнение равномерного движения

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 99.

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 99.

Из курса физики 9 класса известно, что равномерное движение — это движение, при котором за одинаковые промежутки времени материальная точка проходит одинаковые расстояния. Описание такого движения в формульном виде наиболее простое, поэтому изучение кинематики начинают с него. Кратко рассмотрим виды уравнений равномерного движения.

Равномерное движение и его виды

Равномерность движения состоит в том, что изменение положения материальной точки в пространстве за одинаковые промежутки времени постоянно.

Рис. 1. Равномерное движение.

Проще всего описывается прямолинейное равномерное движение. Как правило, при этом берётся система отсчёта с одной координатной осью, направленной параллельно вектору скорости. Уравнение движения при этом получается наиболее простым и прямо даёт координату в нужный момент времени.

Более сложным видом движения является вращательное движение — то есть такое движение, при котором траектория движения представляет собой окружность или её часть. Направление вектора скорости при движении по окружности постоянно меняется, поэтому одной координатной осью здесь обойтись нельзя. Более того, проекция вектора скорости на любую из координатных осей будет непостоянна во времени, уравнения получаются достаточно сложными.

Выйти из затруднения можно, если учесть, что при равномерном движении по окружности постоянным во времени является угол поворота. И он не зависит от радиуса окружности. Если использовать не линейные, а угловые величины, уравнения движения получаются так же просты, как и в случае прямолинейного движения, и аналогичны им.

Уравнения равномерного движения

Приведём уравнения для прямолинейного и вращательного движения и убедимся в их аналогии. Для уравнения равномерного движения формула координаты выводится из определения скорости.

Прямолинейное движение

Скорость равна отношению перемещения к промежутку времени, за которое оно произошло, и при равномерном движении она постоянна:

Для прямолинейного движения перемещение равно разности координат. Следовательно:

Откуда получаем окончательно:

Вращательное движение

Для вращательного движения, как говорилось выше, перемещение и скорость берутся угловыми. Следовательно:

Разность угла в числителе равна:

$$\Delta \alpha = \alpha – \alpha_0$$

Подставляя это уравнение в предыдущее, получаем:

И окончательно имеем:

$$\alpha = \alpha_0 + \omega t$$

Можно видеть, что уравнение равномерного вращательного движения полностью аналогично уравнению равномерного прямолинейного движения, где все линейные величины заменены на угловые: угол соответствует расстоянию, а скорость соответствует угловой скорости.

Что мы узнали?

Равномерное движение — это движение, при котором за одинаковые промежутки времени перемещения одинаковы. Равномерное движение может быть прямолинейным или вращательным. Уравнения равномерного движения здесь аналогичны, только для первого случая используются линейные величины, а для второго — угловые.