Равномерное движение как пишется

Школьный курс физики содержит раздел «кинематика». Большинство задач этого раздела можно решить, рассматривая движение вдоль одной оси — одномерное движение. Его еще называют прямолинейным движением.

Для некоторых задач нужно рассматривать движение на плоскости – двумерный случай.

Вообще, движение тела может происходить:

• вдоль оси – одномерный случай, ось часто именуют, как «Ox»;
• на плоскости;
• в трехмерном пространстве;

Здесь рассмотрим одномерный случай движения — движение тел вдоль оси.

Параметры, описывающие движение

Чтобы описать движение, используют:

• перемещение тела;
• время, в течение которого движение происходило;
• скорость тела;
• начальные и конечные координаты тела;
• траекторию тела;

Траектория – линия, вдоль которой двигалось тело.

Траектория – скаляр, в СИ длину траектории измеряют в метрах.
Для криволинейного движения траектория будет отрезком кривой.
Если движение прямолинейное, траектория – отрезок прямой линии.

Перемещение тела – это вектор. Он соединяет точки, в которых тело находилось в начале и конце движения, направлен из начальной точки в конечную.
Модуль этого вектора – его длину, в СИ измеряют в метрах.

Может ли перемещение тела равняться нулю, при том, что траектория имеет какую-либо протяженность?
Да, такое может быть. Когда тело движется так, что в конце движения оно вернется в начальную точку, в которой находилось перед началом движения.
Если в завершении движения тело окажется на каком-то расстоянии от начальной точки, длина вектора перемещения будет положительной.

Примечания:

• Модуль (длина) вектора не бывает отрицательным, он либо положительный, либо нулевой.
• Когда тело движется по прямой и не меняет направление, длина траектории совпадает с длиной (модулем) перемещения.

Уравнение движения — описывает характер движения.

Оно содержит:

• время движения,
• начальную и конечную координаты тела и
• его скорость.

Вместо координат тела уравнение движения может содержать перемещение.

Примечания:

1. Координаты тела, время движения и траектория – это скалярные величины.
2. А скорость тела, его ускорение и перемещение – это векторы.
3. Когда движение равномерное, скорость тела не меняется.
4. Скорость отвечает на вопрос: как быстро изменяется координата (или путь, перемещение).

Описанные параметры применяют и для равномерного и для неравномерного движения.

Прямолинейное движение вдоль оси

Рассмотрим движение по прямой, когда скорость тела не меняется. Это — равномерное прямолинейное движение.

На рисунке 1 представлено движение тела вдоль оси, назовем ее для определенности Ox:

Ось «Ox»  на рисунке 1 обозначена большим символом «X».
Точка, в которой тело находилось в начале движения (x_{0}  left( text{м} right)) — начальная координата тела;
В эту точку тело переместилось к концу движения (x  left( text{м} right)) — конечная координата тела;
Расстояние между двумя точками (S left( text{м} right)) – это перемещение тела. Перемещение – это вектор.

Формула перемещения для одномерного случая

Для движения по оси (одномерный случай), длину перемещения находят так:
[ large boxed { S = left| x — x_{0} right| }]
Знак модуля нужен для того, чтобы длина перемещения оставалась положительной, даже, если движение происходит влево по оси, т. е. против направления оси Ox.
Сравним два случая движения тел. Первый – в положительном направлении оси Ox (рис 2а), второй – в направлении, противоположном оси (рис 2б).

Чтобы найти длину вектора перемещения при движении в положительном направлении оси (рис. 2а), модуль раскрываем так:
[ S = left| x — x_{0} right| = x — x_{0} ]
Для движения в отрицательном направлении оси (рис. 2б), длина вектора перемещения выражается так:
[ S = left| x — x_{0} right| = — left( x — x_{0} right) = x_{0} — x ]
И в первом, и во втором случае, длина (модуль) вектора перемещения окажется положительной.

Скорость равномерного движения

В учебниках физики равномерному движению дают такое определение:
Движение равномерное, когда тело за одинаковые интервалы времени проходит равные расстояния.

Упростим формулировку:
Если каждую секунду тело проходит одинаковые расстояния – оно движется равномерно.

Слово «равномерное» состоит из двух частей.
Если разбить его на части, получим
«равно» — одинаковый, равный,
«мерное» — отмерять.
Или, другими словами: каждую секунду отмеряем одинаковые расстояния (рис. 2).

Для равномерного движения тела его

• перемещение,
• время движения и
• скорость,

связаны соотношением:

[ left|vec{S} right| = left|vec{v} right|cdot t ]

Эта формула называется уравнением движения. Или, развернуто: «уравнение равномерного прямолинейного движения».

Где ( left|vec{S} right| ) — длина (модуль) вектора перемещения и, (left|vec{v} right|) — длина (модуль) вектора скорости.

Уравнение движения можно записать проще:

[ large boxed { S = v cdot t }]

(S left( text{м} right)) – расстояние, пройденное телом (перемещение).

(t left( c right)) – промежуток времени, в течение которого тело двигалось.

(v left( frac{text{м}}{c} right)) – скорость, с которой двигалось тело.

Разделив обе части уравнения ( S = v cdot t ) на интервал времени ( t ), получим выражение для скорости тела:

[ large boxed { frac{S}{t} = v }]

График уравнения равномерного движения

Вспомним, что перемещение является разностью конечных и начальных координат тела

(  S = left| x — x_{0} right| )

Воспользуемся тем, что при движении вдоль положительного направления оси модуль можно раскрыть так:

(  left| x — x_{0} right| = x — x_{0} )

Тогда уравнение движения перепишем так:

[ large boxed { x — x_{0}  = v cdot t }]

Прибавим к обеим частям уравнения величину ( x_{0} ). Получим такую запись

[ large x  = v cdot t + x_{0}]

Это уравнение задает на плоскости tOx линию. Ее график на осях «x» и «t» — это прямая линия.

Вспомним, что для прямой линии в математике применяют такой вид записи:

( y  = k cdot x + b)

Сравним два уравнения:

[ begin{cases} x = vcdot t + x_{0} y = kcdot x + b end{cases} ]

Видно, что число ( x_{0}) – начальная координата тела, выполняет роль коэффициента (b).

А скорость тела ( v) – играет роль углового коэффициента (k).

Сравним графики линий (рис. 4), описанных соотношениями ( y  =  k cdot x + b) и ( x  =  v cdot t + x_{0})

Видно, что линия на рисунке 4а, располагается и слева и справа от вертикальной оси.

Линия же, описывающая движение тела, представленная на рисунке 4б, располагается только лишь в правой полуплоскости. Это не с проста. На горизонтальной оси рисунка 4б отложено время, а в левой полуплоскости время будет отрицательным. При решении задач физики мы считаем, что в начальный момент задачи время равно нулю. Поэтому, область отрицательного времени в физике нас не интересует.

Рассмотрим теперь на графике равномерное движение двух тел, обладающих разными скоростями (рис. 5). Движение тела 1 на рисунке описывает синяя линия, а тела 2 – красная.

Два тела стартуют из точки ( x_{0}) и двигаются равномерно воль оси Ox. За промежуток времени ( Delta t) тело 1, проходит больший путь, чем тело 2.

Примечание: Чем сильнее на графике x(t) прямая линия прижимается к вертикали, тем больше скорость, с которой движется тело!

Как отмечалось выше, тело может двигаться не только в положительном направлении вдоль оси, но и в отрицательном направлении.

На следующем рисунке представлены случаи движения тела в положительном (рис. 6а) и, в отрицательном (рис. 6б) направлениях оси Ox.

Когда скорость направлена по оси (рис. 6а) — координата «x» увеличивается,

а когда против оси (рис. 6б) —  координата «x» уменьшается.

На рисунке рядом с прямыми x(t) приведены уравнения движения. Когда скорость направлена против оси (рис. 6б), перед ней записывают знак «минус».

Угол (alpha) на рисунке связан со знаком скорости. Если скорость направлена по оси (рис. 6а), то угол будет острым. А если скорость направлена против оси (рис. 6б) – угол тупой.

Примечание: Скорость – это вектор. Когда вектор направлен против оси, его проекция на эту ось будет отрицательной. Читайте тут о проекциях векторов. Длина любого вектора – это положительная величина.

Как по графику перемещения определить скорость

Пользуясь графиком функций S(t), или x(t) равномерного движения можно определить скорость, с которой движется тело.

Примечания:

• График S(t) называют так: «зависимость перемещения S от времени t», или кратко — график перемещения от времени.
• А график x(t) — так: «зависимость координаты x от времени t», или кратко — график координат от времени.

Скорость находим за четыре шага (рис. 7):

1. Выбираем две точки на линии, описывающей движение и определяем их координаты;
2. Находим разность вертикальных координат;
3. После находим разность координат по горизонтали;
4. Делим «вертикаль» на «горизонталь»

Полученное число и будет скоростью тела.

Примечания:

• Когда просят найти скорость, обычно имеют ввиду, что нужно найти модуль вектора скорости.
• Скорость в системе СИ измеряют в метрах, деленных на секунду.

Обращаем внимание на то, в каких единицах на осях измерены расстояние S и время t. Если нужно, переводим расстояние в метры, а время — в секунды, чтобы получить скорость в правильных единицах измерения.

Рассмотрим рисунок 7.

На рисунке первая точка имеет координаты ( left( t_{1} ; x_{1} right) ),

координаты второй точки: ( left( t_{2} ; x_{2} right) ).

Разницы между координатами находим, руководствуясь принципом («конечная» — «начальная») по формулам

( Delta t = t_{2} — t_{1} )

( Delta x = x_{2} — x_{1} )

Скорость вычислим из соотношения

[ v = frac{Delta x}{Delta t}]

Читайте далее о том, как переводить скорость из километров в час в метры в секунду и о равнопеременном движении

1. Равномерное движение
2. Равноускоренное движение тела
3. Ускорение тела

В процессе такого перемещения скорость тела периодически изменяется, поэтому для описания данного процесса применяют понятия средней и мгновенной скоростей.

Средняя скорость переменного движения (v_{ср}) является векторной величиной, и определяется отношением длины пути (S) к промежутку времени (t), за которое данный путь был преодолен:

(v_{ср} = {Sover t}.)

Мгновенная скорость – это скорость движения тела, которая фиксируется в конкретный момент времени в заданной точке пути. Другими словами, мгновенной скоростью (v) есть предел стремления средней скорости тела (v_{ср}) при бесконечно малом промежутке времени:

(v=lim ({DSover Dt}).)

Известно, что предел отношения приращения функции к приращению аргумента, в случае стремления последнего к нулю, – это главная производная функции по аргументу.

Рассмотрим пример скатывания шарика по наклонной поверхности. При этом мы наблюдаем, что шарик движется неравномерно: расстояния, которые он проходит за одинаковые последовательные интервалы времени, постоянно увеличиваются. То есть, темп его движения постоянно растёт. Данное движение, как и скачивание любого предмета, является классикой прямолинейного равноускоренного перемещения.

Еще одним примером такого движения является перемещение транспорта, когда он разгоняется, а так же когда тормозит. То есть равноускоренным движением может считаться не только ускоренное, но и замедленное движение.

Дело в том, что понятие «ускорение» в физическом смысле более широкое, нежели мы привыкли использовать в ежедневной жизни. Слово ускорение в широком потреблении понимается как увеличение скорости, но физически под ускорением понимается передвижение тела с постоянным изменением скорости, при этом неважно увеличивается она или уменьшается.

Понятие прямолинейного равноускоренного движения достаточно широко используется при изучении законов механики.

Стоит отметить, что при влиянии постоянной силы тело будет перемещаться равноускорено.

Равномерное движение

Равномерное движение – это такое механическое перемещение тела, когда за равные промежутки времени оно преодолевает равные расстояния.

Для равномерного перемещения характерно постоянное значение скорости:

(v= {l over δt},)

где (v) – скорость равномерного перемещения, м/с;

       (l) – расстояние, преодоленное объектом, м;

       (δt) – промежуток времени перемещения, с.

При равномерном перемещении скорость предмета остаётся равной на каждом промежутке пути.

Если перемещение тела не только равномерное, а также прямолинейное, то его путь равен модулю его перемещения. Значит, аналогично предыдущему выражению, определяем скорость равномерного прямолинейного перемещения:

(overline{v} = {overline{S} over δt},)

где (overline{v} ) – скорость равномерного прямолинейного перемещения, м/с;

       (overline{S})– перемещение тела, м;

       (δt) – промежуток времени перемещения, с.

Скорость равномерного прямолинейного перемещения является векторной величиной. То есть её направление также имеет значение, как и модуль.

Равноускоренное движение тела

При равноускоренном перемещении скорость постоянно изменяется. Если речь идет об убыстрении, скорость постоянно растет. То есть ускорение остаётся величиной постоянной, а темп постоянно растет.

Помимо равноускоренного движения еще выделяют равнозамедленное, где темп постоянно уменьшается с одинаковой быстротой.

Различают одномерное и многомерное ускорение. Первое происходит вдоль одной оси координат, а второе – в плоскости или в пространстве.

Ускорение тела

Формулы равномерного движения для расчета ускорения могут применяться без учёта времени в разных плоскостях. Например, при расчёте свободного падения жестких тел, можно определять их местоположение. Это бывает полезно при различных геометрических расчётах.

Неравномерное перемещение тела, так же как и равноускоренное, характеризуется изменением скорости. Но в чём же тогда их отличие? При равноускоренном – скорость тела не просто изменяется, она равно ускоряется.

Понятие ускорения часто ассоциируют с ростом скорости. Поскольку скорость растет одинаково, говорят о равном возрастании скорости. Как же определить, скорость растет равномерно или нет? Для этого засекают время, оценивают приращение скорости за равные промежутки времени, если при этом приращение одинаково на каждом новом участке, передвижение считается равноускоренным.

Ускорение – это физическая величина, показывающая на сколько возрастает скорость.

Замедленным движением есть перемещение с уменьшающейся скоростью. Поскольку в физике любое перемещение с меняющейся скоростью называется ускоренным, то неважно разгоняется автомобиль либо тормозит, в любом случае он передвигается с ускорением.

Значит, ускорение описывает быстроту изменения скорости. Оно показывает на сколько меняется скорость за одну секунду. Чем больше величина ускорения, тем стремительнее тело набирает скорость либо сбрасывает её. Ускорение обозначается буквой a и определяется соотношением изменения скорости δv к промежутку времени δt, за которое оно осуществлено:

(overline{a} = {δv over δt}.)