Уравнение для равномерного и неравномерного движения

Равномерное и неравномерное движение

Содержание

В прошлом уроке мы дали определение механическому движению; узнали, что оно относительно; рассмотрели такие характеристики как траектория и путь.

Движение бывает прямолинейным и криволинейным. Но, как вы уже догадываетесь, у движения есть и другие важные характеристики. В данном уроке вы познакомитесь с определениями равномерного и неравномерного движения.

Равномерное движение

Рассмотрим две ситуации. В первой мы наблюдаем за автомобилем. Он движется по пустой прямой дороге.
Во второй ситуации мы видим, как ребенок скатывается на санках с горки. Что объединяет эти две ситуации?

В обоих случаях тела движутся по прямой линии, т.е. совершают прямолинейное движение. Но, если машина за каждую минуту проезжает по одному километру, то про санки мы не можем сказать то же самое.

Итак, машина за каждые 5 минут проедет 5 км, за каждые полчаса (30 мин) – 30 км, за каждый час (60 мин) – 60 км. В таком случае говорят, что тело движется равномерно.

Равномерное движение – это механическое движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит равные пути.

Из этого следует:

При равномерном движении скорость не изменяется

Мы должны понимать, что в реальной жизни водителю не удастся поддерживать долгое время равномерность движения: на дороге возникают другие машины, светофоры, пешеходы.

Но что же тогда будет являться примером равномерного движения? Взгляните на рисунок 1.

Рисунок 1. Время полного оборота вокруг Солнца планет Солнечной системы.

Планеты движутся вокруг Солнца равномерно. Земля каждый раз делает полный оборот за 365 дней (1 год), Юпитер за 11 лет, Нептун за 165 и т.д.

Неравномерное движение

Вернемся к рассматриваемой ситуации с санками. Очевидно, что с течением времени, они проходят все большие и большие участки пути, т.е. движутся неравномерно, так как их скорость постоянно увеличивается.

Неравномерное движение – это движение, при котором тело за равные промежутки времени проходит разные пути.

Рассмотрим простой опыт, который поможет нам лучше разобраться с этим определением. На рисунке 2 изображена тележка с капельницей. Из капельницы каждую 1 секунду падает капля.

Когда тележка начинает двигаться под действием груза, к которому она привязана, мы видим, что расстояние между каплями неодинаково. Это означает, что тележка двигается неравномерно, т.е. проходит разные пути за равные промежутки времени.

Рисунок 2. Неравномерное движение на примере движения тележки с капельницей.

Неравномерное движение встречается гораздо чаще, чем равномерное. Реальное движение автомобиля в городе – пример неравномерного движения.

Поезд, отходя от станции, движется неравномерно, потому что за одинаковые промежутки времени проходит все большие и большие пути.

Рассмотрим следующий интересный пример. Если вы взгляните на механические часы, то вам может показаться, что минутная и часовая стрелки движутся равномерно. Но это не так, и вы легко можете убедиться в этом, взглянув на секундную стрелку. Она движется скачкообразно, с остановками – это неравномерное движение. Значит, минутная и часовая стрелки движутся так же, но медленно, поэтому их рывков не видно.

Равномерное и неравномерное движение. Скорость

Этот видеоурок доступен по абонементу

У вас уже есть абонемент? Войти

На этом уроке вы узнаете, что такое равномерное и неравномерное движение, познакомитесь с новой физической величиной – скоростью. Кроме того, вы узнаете о том, какие величины называются векторными, и что скорость – вектор.

Равномерное и неравномерное движение

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 296.

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 296.

Механическим движением физического тела называется изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени. Механика — это раздел физики, в котором изучаются различные варианты движения тел. Первая часть механики, описывающая геометрические свойства движения, не требующие учета действующих сил и масс тел, называется кинематикой. Для начала необходимо определиться с понятиями равномерного и неравномерного движения.

Относительность движения тела

Движение каждого тела можно рассматривать по отношению к другим телам. По отношению к разным телам данное тело будет совершать разные движения: пассажир, сидящий в самолете, относительно самолета покоится, но относительно Земли движется. В кинофильмах одно и тоже движение может быть снято и показано относительно разных тел: например, сначала в кадре будет поезд, движущийся на фоне тайги (движение относительно Земли), а в следующих кадрах, мы увидим в окне поезда мелькающие деревья (движение относительно вагона).

Можно сделать вывод: всякое движение, а также покой тела (как частный случай движения) относительны. Для ответа на вопрос, покоится тело или движется (и как именно движется), необходимо указать, относительно каких тел рассматривается движение данного тела.

Тела, относительно которых рассматривается данное движение, называют системой отсчета. Кроме этого в систему входят указание отсчета времени t₀ и используемая система координат (обычно декартова прямоугольная).

Равномерное движение

Линия, по которой движется точка тела, называется траекторией движения. Длина траектории называется пройденным путем и обозначается латинской буквой s.

Движение тела, когда все его точки движутся идентично, называется поступательным движением. Вид движения, при котором происходит вращение тела как целого, называется вращательным. Например, при движении автомобиля его кузов с пассажирами движутся поступательно, а колеса совершают вращательное движения относительно осей.

Среди разнообразных движений часто встречаются такие, при которых тело проходит равные отрезки пути за любые равные промежутки времени. Такой тип движения называется равномерным.

Рис. 1. Примеры равномерного движения.

Что такое скорость?

В различных равномерных движениях перемещение тел за одинаковые промежутки времени могут быть различными, а значит, одинаковые перемещения будут совершаться ими за разное время. Так, на прохождение одинакового расстояния автомобиль затратит меньше времени, чем велосипедист; турист пройдет за одну минуту примерно 100 м, пассажирский самолет пролетит за этот промежуток времени 15 км, а луч лазера за минуту продвинется на 18 миллионов км. Мы говорим: автомобиль движется быстрее туриста, самолет — быстрее автомобиля, а луч лазера — быстрее, чем самолет.

Чтобы количественно охарактеризовать это различие между равномерными движениями, вводится физическая величина – скорость движения v. Скоростью равномерного движения называют отношение длины пути s, пройденного телом, к промежутку времени Δt, за который этот путь пройден:

Для определения скорости тела необходимо измерить путь s, пройденный телом, измерить промежуток времени Δt , в течение которого этот путь пройден, и разделить результат первого измерения на результат второго.

Зная скорость v равномерного движения, можно найти путь, пройденный за любой промежуток времени t, по формуле:

В свою очередь, зная путь s, пройденный телом при равномерном движении, и скорость v этого движения, можно найти время t, которое потребуется для прохождения этого пути по формуле:

В Международной системе единиц СИ время измеряется в секундах, путь (длина) — в метрах, а значит, скорость измеряется в м/с:

В астрономии применяют внесистемную единицу длины, в основе которой лежит скорость света. Эта единица называется световой год, то есть это путь проходимый светом за один год. Скорость света в вакууме равна 300 000 км/с, значит световой год равен примерно 9,46*10 12 км. Ближайшая к Земле звезда находится от нас на расстоянии 3,2 световых года.

Неравномерное движение

Неравномерным называется движение, при котором за равные промежутки времени тело проходит различные отрезки пути. Примеров неравномерного движения гораздо больше, чем равномерного:

• Автомобиль в современном городе передвигается все время меняя скоростной режим в соответствии со знаками дорожного движения и сигналами светофоров;
• Велосипедисты во время многокилометровых гонок меняют свою скорость в зависимости от горного рельефа или из тактических (соревновательных) соображений.

Рис. 3. Примеры неравномерного движения.

При неравномерном движении нельзя говорить о какой-то определенной скорости, так как отношение пройденного пути к соответственному промежутку времени не одинаково для разных участков, как при равномерном движении. В этом случае вводится понятие средней скорости движения: средней скоростью v_ср движения на данном участке пути называется отношение длины s этого участка к промежутку времени t, за который этот участок пройден:

Если известны средние скорости v₁, v₂, v₃… за отдельные последовательные промежутки времени t₁, t₂ , t₃…, то средняя скорость всего движения выразится формулой:

Следует обратить внимание, что в общем случае средняя скорость не равна среднему значению от средних скоростей на отдельных участках пути. В числителе формулы (6) стоит сумма всех отдельных участков пути, а в знаменателе полное, суммарное, время движения.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что механическое движение тел может быть равномерным или неравномерным. Характеристикой равномерного движения является физическая векторная величина, называемая скоростью. Для вычисления количественных показателей движения (путь, скорость, время) получены формулы равномерного и неравномерного движения (1), (2), (3), (5), (6). Эти первоначальные понятия из раздела кинематики, полученные в 7 классе, помогут в дальнейшем разобраться с более сложными, криволинейными движениями.