Максимальная высота подъема тела, брошенного под углом к горизонту, формула
Максимальная высота подъема тела, брошенного под углом к горизонту определяется из формул времени максимального подъема и формулы координат тела
Максимальная высота подъема тела, брошенного под углом к горизонту
и после подстановки thmax в выражение (1) и его упрощения получим
Здесь:
u0 — начальная скорость тела (м/с),
α — угол, под которым брошено тело к горизонту (°),
g — ускорение свободного падения 9.81 (м/c 2 ),
thmax — время подъема на максимальную высоту (c)
Формулы скорости, высоты и времени. Тело брошено вертикально вверх.
h max — максимальная высота достигнутая телом за время t
V к — конечная скорость тела на пике, равная нулю
V н — начальная скорость тела
t — время подъема тела на максимальную высоту h
g ≈ 9,8 м/с 2 — ускорение свободного падения
h — расстояние пройденное телом за время t
V н — начальная скорость тела
V — скорость тела в момент времени t
t — время подъема за которое тело пролетело расстояние h
g ≈ 9,8 м/с 2 — ускорение свободного падения
Движение тела, брошенного под углом к горизонту (бросок)
Движение тела, брошенного под углом к горизонту, — движение тела в двумерной системе координат (по двум осям) при изначальном направлении начальной скорости под углом к горизонту. Данное движение является сложным видом механического движения с криволинейной траекторией. Такие типы движений принято рассматривать в проекции на оси выбранной системы координат. В нашем конкретном случае возьмём декартову систему координат и запустим тело под углом к оси ОХ (рис. 1).
Рис. 1. Тело бросили под углом к горизонту
Классическая постановка задач на подобную тематику: тело бросили под углом к горизонту с начальной скоростью , найти различные параметры движения.
Первое, что мы сделаем, это попробуем данное сложное движение представить как сумму простых (рис. 2).
Рис. 2. Тело бросили под углом к горизонту (максимальная высота подъёма, путь по горизонтали, движение)
Рассмотрим само движение. После броска траектория движущегося тела представляет собой параболу (докажем позже). Выберем произвольную точку на параболе и укажем ускорение, с которым движется тело в данный момент (ускорение свободного падения). Направление данного ускорения — вертикально вниз. Проекции данного ускорения на ось ОХ ( (м/ ), а на ось OY ( (м/ ).
Тогда, вдоль оси ОХ, тело движется равномерно (т.к. ускорение вдоль этой оси равно 0). Более сложным является движение тела вдоль оси OY: между точками A и B тело движется замедляясь, при этом движение равнозамедленное. Между точками B и C движение равноускоренное (рис.2, подписи). Исходя из установленного вида движения, можем решать задачу.
Рис. 3. Тело бросили под углом к горизонту (проекции скоростей)
Для рассмотрения движения тела вдоль осей, введём начальные скорости движения тела вдоль выбранных нами осей (рис. 3). На рисунке представлена часть траектории в самом начале движения. Начальные скорости движения вдоль осей обозначим и . Исходя из треугольника, катетами которого являются наши проекции (можно построить параллельным переносом), а гипотенузой — модуль вектора начальной скорости ( ), можем найти значения необходимых нам проекций:
Вернёмся к рисунку 2. Попробуем найти полное время полёта ( ). Для этого воспользуемся тем, что вдоль оси OY тело движется равнозамедленно, а в точке B движение вдоль этой оси и вовсе останавливается. Таким образом, конечная скорость в этой точке вдоль оси OY равна 0. Тогда, исходя из движения:
— т.к. время движения от точки А до B, и от B до C одинаково. Тогда:
Перейдём к вопросу о максимальной дальности броска в горизонтальном направлении ( ).
Вдоль горизонта тело движется равномерно (рис. 2). Тогда путь, проделанный телом за время :
А с учётом (1) и (5):
Перейдём к максимальной высоте полёта ( ). Данный параметр связан с движением тела вдоль оси OY, которое, как мы выяснили, является равноускоренным/равнозамедленным. Рассмотрим участок BC: для него вдоль соответствующей оси тело без начальной скорости движется с ускорением ( ) в течение времени , формируем уравнение:
Таким образом, ряд параметров движения при броске под углом к горизонту можно вычислить, зная лишь начальные параметры броска.
Рис. 4. Тело бросили под углом к горизонту (конечная скорость)
Далее попробуем найти конечную скорость движения (при таких движениях, конечная скорость — скорость при подлёте к Земле). Рассмотрим конечную точку движения С (рис. 4). Скорость тела направлена под неким углом . Построим проекции данного вектора на оси OX и OY. На основании построенного треугольника реализуем теорему Пифагора для поиска модуля полной конечной скорости:
Найдём компоненты вектора . Т.к. движение вдоль оси OX равномерное, значит, , используя (1):
Движение вдоль оси OY от точки B в точку C равноускоренное, причём, без начальной скорости за время , тогда:
Используя (5), получим:
Подставим (12) и (13) в (10):
Для избавления от тригонометрических функций мы воспользовались основным тригонометрическим тождеством. Таким образом, доказано, что конечная скорость такого движения равна начальной, кроме того, из треугольника видно, что тело подлетело к земле под углом .
Вывод:
- для движения тела, брошенного под углом к горизонту, выведены добавочные формулы: (5), (7), (9), которые могут существенно упростить решение задачи.
- представлен один из общих способов нахождения скорости при криволинейном движении (через теорему Пифагора и поиск компонент вектора).
http://www-formula.ru/freefall-speed-up
http://www.abitur.by/fizika/teoreticheskie-osnovy-fiziki/mexanicheskoe-dvizhenie/dvizhenie-tela-broshennogo-pod-uglom-k-gorizontu-brosok/