ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДЫ И ПРИМЕРЫ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Прямолинейное движение является тот , в котором подвижные движется по прямой линии , и , следовательно , имеет место в одном измерении, также получить имя одномерное движение. Эта прямая линия - это путь или путь, по которому следует движущийся объект. Автомобили, движущиеся по проспекту, изображенному на рисунке 1, следуют этому типу движения.

Это самая простая модель движения, которую вы можете себе представить. Ежедневные движения людей, животных и предметов часто сочетают движения по прямой линии с движениями по кривым, но часто наблюдаются некоторые, которые являются исключительно прямолинейными.

Рис. 1. Автомобили едут по прямой улице. Источник: Pixabay.

Вот несколько хороших примеров:

- При беге по прямолинейной трассе 200 метров.

- Вождение автомобиля по прямой дороге.

- Свободное падение предмета с определенной высоты.

- Когда мяч брошен вертикально вверх.

Теперь цель описания движения достигается путем определения таких характеристик, как:

- позиция

- Смещение

- скорость

- Разгон

- Погода.

Чтобы наблюдатель мог обнаружить движение объекта, он должен иметь опорную точку (начало координат O) и установить конкретное направление движения, которое может быть осью x, осью y и любым другим.

Что касается движущегося объекта, он может иметь бесконечное количество форм. В этом отношении нет никаких ограничений, однако во всем дальнейшем будет предполагаться, что подвижный объект - это частица; объект настолько мал, что его размеры не имеют значения.

Как известно, это не относится к макроскопическим объектам; тем не менее, это модель с хорошими результатами в описании глобального движения объекта. Таким образом, частица может быть автомобилем, планетой, человеком или любым другим движущимся объектом.

Мы начнем наше изучение прямолинейной кинематики с общего подхода к движению, а затем будут изучены частные случаи, такие как уже названные.

Общие характеристики прямолинейного движения

Следующее описание является общим и применимо к любому типу одномерного движения. Первым делом нужно выбрать систему отсчета. Линия, по которой происходит движение, будет осью x. Параметры движения:

Позиция

Рис. 2. Положение мобильного телефона, который движется по оси x. Источник: Wikimedia Commons (изменено Ф. Сапатой).

Это вектор, идущий от начала координат к точке, где объект находится в данный момент. На фиг.2 вектор x ₁ указывает положение мобильного телефона, когда он находится в координате P ₁ и в момент времени t ₁ . Единицы вектора положения в международной системе - метры.

водоизмещение

Смещение - это вектор, указывающий на изменение положения. На рисунке 3 автомобиль перешел из положения P ₁ в положение P ₂ , поэтому его перемещение составляет Δ x = x ₂ - x ₁ . Смещение - это вычитание двух векторов, оно обозначается греческой буквой Δ («дельта») и, в свою очередь, является вектором. Единицы измерения в Международной системе - метры.

Рисунок 3. Вектор смещения. Источник: подготовил Ф. Сапата.

В печатном тексте векторы выделены жирным шрифтом. Но, находясь в одном измерении, при желании можно обойтись без векторной записи.

Пройденный путь

Расстояние d, пройденное движущимся объектом, является абсолютным значением вектора смещения:

Поскольку пройденное расстояние является абсолютным значением, оно всегда больше или равно 0, а его единицы такие же, как и для положения и смещения. Обозначение абсолютных значений может быть выполнено с помощью полос по модулю или просто путем удаления жирного шрифта в печатном тексте.

Средняя скорость

Как быстро меняется позиция? Есть медленные и быстрые мобильные телефоны. Ключом всегда была скорость. Чтобы проанализировать этот фактор, позиция x анализируется как функция времени t.

Средняя скорость v _m (см. Рисунок 4) - это наклон секущей линии (фуксия) к кривой x vs ty, она предоставляет глобальную информацию о движении мобильного устройства в рассматриваемом временном интервале.

Рисунок 4. Средняя скорость и мгновенная скорость. Источник: Wikimedia Commons, изменено Ф. Сапатой.

v _m = ( x ₂ - x ₁ ) / (t ₂ –t ₁ ) = Δ x / Δ t

Средняя скорость - это вектор, единицы измерения которого в международной системе - метры в секунду (м / с).

Мгновенная скорость

Средняя скорость рассчитывается на основе измеримого интервала времени, но не сообщает, что происходит в пределах этого интервала. Чтобы узнать скорость в любой данный момент, вы должны сделать временной интервал очень маленьким, математически эквивалентным выполнению:

Вышеприведенное уравнение дано для средней скорости. Таким образом получается мгновенная скорость или просто скорость:

Геометрически производная положения по времени - это наклон касательной к кривой x vs t в данной точке. На рисунке 4 точка оранжевого цвета, а касательная - зеленого цвета. Мгновенная скорость в этой точке - это наклон этой линии.

скорость

Скорость определяется как абсолютное значение или модуль скорости и всегда положительный (знаки, дороги и шоссе всегда положительные, никогда не отрицательные). Термины «скорость» и «скорость» могут использоваться как взаимозаменяемые на повседневной основе, но в физике необходимо различать вектор и скаляр.

v = Ι v Ι = v

Среднее ускорение и мгновенное ускорение

Скорость может меняться в процессе движения, и в действительности это ожидается. Есть величина, которая количественно определяет это изменение: ускорение. Если мы заметим, что скорость - это изменение положения во времени, ускорение - это изменение скорости во времени.

Рисунок 5. Среднее ускорение и мгновенное ускорение. Источник: Wikimedia Commons, изменено Ф. Сапатой.

Обработка графика x vs t в двух предыдущих разделах может быть распространена на соответствующий график v vs t. Следовательно, среднее ускорение и мгновенное ускорение определяются как:

a _m = ( v ₂ - v ₁ ) / (t ₂ –t ₁ ) = Δ v / Δ t (наклон фиолетовой линии)

Когда ускорение постоянное, среднее ускорение a _m равно мгновенному ускорению a, и есть два варианта:

- Ускорение равно 0, и в этом случае скорость постоянна и имеется равномерное прямолинейное движение или MRU.

- Постоянное ускорение, отличное от 0, при котором скорость увеличивается или уменьшается линейно со временем (равномерно изменяемое прямолинейное движение или MRUV):

Где v _f и t _f - конечная скорость и время соответственно, а v _или yt _o - начальная скорость и время. Если t _o = 0, решая для конечной скорости, мы имеем уже знакомое уравнение для конечной скорости:

Следующие уравнения также действительны для этого движения:

- Положение как функция времени: x = x _o + v _o. t + ½ при ²

- Скорость как функция положения: v _f ² = v _o ² + 2a.Δ x (при Δ x = x - x _o )

Горизонтальные движения и вертикальные движения

Горизонтальные перемещения - это движения, которые происходят вдоль горизонтальной оси или оси x, а вертикальные перемещения - вдоль оси y. Вертикальные движения под действием силы тяжести наиболее часты и интересны.

В предыдущих уравнениях мы принимаем a = g = 9,8 м / с ^2, направленное вертикально вниз, направление, которое почти всегда выбирается с отрицательным знаком.

Таким образом, v _f = v _o + at становится v _f = v _o - gt, и если начальная скорость равна 0, потому что объект упал свободно, она дополнительно упрощается до v _f = - gt. Конечно, если не учитывать сопротивление воздуха.

Примеры работы

Пример 1

В точке A выпускается небольшой пакет, который перемещается по конвейеру с помощью скользящих колес ABCD, показанных на рисунке. Во время спуска по наклонным участкам AB и CD пакет имеет постоянное ускорение 4,8 м / с ² , а на горизонтальном участке BC он поддерживает постоянную скорость.

Рисунок 6. Пакет, движущийся по скользящей дорожке решенного примера 1. Источник: собственная разработка.

Зная, что скорость, с которой пакет достигает точки D, составляет 7,2 м / с, определить:

а) Расстояние между C и D.

б) Время, необходимое для того, чтобы посылка добралась до конца.

Решение

Движение пакета осуществляется в трех показанных прямолинейных участках, и для расчета того, что требуется, требуется скорость в точках B, C и D. Давайте проанализируем каждый участок отдельно:

Раздел AB

Время, которое требуется пакету для прохождения участка AB:

Раздел BC

Скорость в сечении BC постоянна, поэтому v _B = v _C = 5,37 м / с. Время, необходимое для прохождения пакета по этому участку, составляет:

CD раздел

Начальная скорость этой секции v _C = 5,37 м / с, конечная скорость v _D = 7,2 м / с, через v _D ² = v _C ² + 2. a. d решает значение d:

Время рассчитывается как:

Ответы на поставленные вопросы:

а) d = 2,4 м

б) Время пробега t _AB + t _BC + t _CD = 1,19 с +0,56 с +0,38 с = 2,13 с.

Пример 2

Человек находится под горизонтальными воротами, изначально открытыми и высотой 12 м. Человек вертикально бросает предмет в сторону ворот со скоростью 15 м / с.

Известно, что ворота закрываются через 1,5 секунды после того, как человек бросил предмет с высоты 2 метра. Сопротивление воздуха не учитывается. Ответьте на следующие вопросы, обосновав:

а) Может ли объект пройти через ворота до того, как они закроются?

б) Ударится ли объект в закрытые ворота? Если да, то когда это происходит?

Рис. 7. Объект подбрасывается вертикально вверх (рабочий пример 2). Источник: самодельный.

Отвечать на)

Между исходным положением мяча и воротами 10 метров. Это вертикальный бросок вверх, в котором это направление считается положительным.

Вы можете узнать скорость, необходимую для достижения этой высоты, в результате вычисляется время, необходимое для этого, и сравнивается со временем закрытия ворот, которое составляет 1,5 секунды:

Поскольку это время меньше 1,5 секунд, делается вывод, что объект может пройти через ворота хотя бы один раз.

Ответ б)

Мы уже знаем, что объекту удается пройти через ворота, поднимаясь вверх, давайте посмотрим, даст ли он ему возможность пройти снова при спуске. Скорость при достижении высоты ворот имеет ту же величину, что и при подъеме в гору, но в противоположном направлении. Поэтому мы работаем со скоростью -5,39 м / с, и время, необходимое для достижения этой ситуации, составляет:

Поскольку ворота остаются открытыми только 1,5 с, очевидно, что они не успевают пройти еще раз, прежде чем закроются, поскольку они обнаруживают, что они закрыты. Ответ: объект, если он сталкивается с закрытым люком через 2,08 секунды после броска, когда он уже спускается.

Ссылки

1. Фигероа, Д. (2005). Серия: Физика для науки и техники. Том 1. Кинематика. Отредактировал Дуглас Фигероа (USB) .69-116.
2. Джанколи, Д. Физика. (2006). Принципы с приложениями. 6- ^е издание. Прентис Холл. 22-25.
3. Киркпатрик, Л. 2007. Физика: взгляд на мир. 6 ^ta Редактирование сокращено. Cengage Learning. 23 - 27.
4. Резник, Р. (1999). Физический. Том 1. Издание третье на испанском языке. Мексика. Compañía Editor Continental SA de CV 21-22.
5. Рекс, А. (2011). Основы физики. Пирсон. 33 - 36
6. Сирс, Земанский. 2016. Университетская физика с современной физикой. 14 ^чт . Издание 1. 50 - 53.
7. Сервей, Р., Джуэтт, Дж. (2008). Физика для науки и техники. Объем 1. 7 ^ма . Издание. Мексика. Учебные редакторы Cengage. 23-25.
8. Serway, R., Vulle, C. (2011). Основы физики. 9 ^на ред. Cengage обучения. 43 - 55.
9. Уилсон, Дж. (2011). Физика 10. Pearson Education. 133-149.