Как найти начальную скорость на графике ускорения

Как найти начальную скорость на графике ускорения


Загрузить PDF


Загрузить PDF

Скорость является функцией времени и определяется как абсолютной величиной, так и направлением.[1]
 Часто в задачах по физике требуется найти начальную скорость (ее величину и направление), которой изучаемый объект обладал в нулевой момент времени. Для вычисления начальной скорости можно использовать различные уравнения. Основываясь на данных, приведенных в условии задачи, вы можете выбрать наиболее подходящую формулу, которая позволит легко получить искомый ответ.

  1. Изображение с названием Find Initial Velocity Step 1

    1

    Используйте подходящее уравнение. При решении физической задачи необходимо знать, какая формула вам понадобится. Для этого первым делом следует записать все данные, приведенные в условии задачи. Если известны конечная скорость, ускорение и время, для определения начальной скорости удобно использовать следующее соотношение:

    • Vi = Vf – (a * t)
    • В эту формулу входят следующие величины:
      • Vi — начальная скорость
      • Vf — конечная скорость
      • a — ускорение
      • t — время
    • Обратите внимание, что это стандартная формула, используемая для вычисления начальной скорости.

  2. Изображение с названием Find Initial Velocity Step 2

    2

    Подставьте в формулу известные величины. Выписав все исходные данные и записав необходимое уравнение, можно подставить в него известные величины. Важно внимательно изучить условие задачи и аккуратно записывать каждый шаг при ее решении.

    • Если вы где-либо допустили ошибку, то легко сможете найти ее, просмотрев свои записи.

  3. Изображение с названием Find Initial Velocity Step 3

    3

    Решите уравнение. Подставив в формулу известные значения, воспользуйтесь стандартными преобразованиями для получения искомого результата. Если можно, используйте калькулятор, чтобы снизить вероятность просчетов при вычислениях.

    • Предположим, что объект, двигаясь на восток с ускорением 10 метров в секунду в квадрате в течение 12 секунд, разогнался до конечной скорости 200 метров в секунду. Необходимо найти начальную скорость объекта.
      • Запишем исходные данные:
      • Vi = ?, Vf = 200 м/с, a = 10 м/с2, t = 12 с
    • Умножим ускорение на время: a * t = 10 * 12 =120
    • Вычтем полученное значение из конечной скорости: Vi = Vf – (a * t) = 200 – 120 = 80 Vi = 80 м/с на восток
    • Запишите ответ в правильном виде. Необходимо указать единицы измерения, в нашем случае метры в секунду, или м/с, а также направление движения объекта. Если вы не укажете направление, ответ будет неполным, содержа лишь величину скорости без информации о том, в каком направлении движется объект.

    Реклама

  1. Изображение с названием Find Initial Velocity Step 4

    1

    Используйте подходящую формулу. При решении какой-либо физической задачи необходимо выбрать соответствующее уравнение. Для этого первым делом следует записать все данные, приведенные в условии задачи. Если известны пройденное расстояние, время и ускорение, для определения начальной скорости можно использовать следующее соотношение:

    • Vi = (d / t) – [(a * t) / 2]
    • В эту формулу входят следующие величины:
      • Vi — начальная скорость
      • d — пройденное расстояние
      • a — ускорение
      • t — время

  2. Изображение с названием Find Initial Velocity Step 5

    2

    Подставьте в формулу известные величины. После того, как вы выписали все исходные данные и записали необходимое уравнение, можно подставить в него известные величины. Важно внимательно изучить условие задачи и аккуратно записывать каждый шаг при ее решении.

    • Допустив ошибку в решении, вы сможете без труда найти ее, просмотрев свои записи.

  3. Изображение с названием Find Initial Velocity Step 6

    3

    Решите уравнение. Подставив в формулу известные значения, воспользуйтесь стандартными преобразованиями для нахождения ответа. Если возможно, используйте калькулятор, чтобы уменьшить вероятность просчетов при вычислениях.

    • Допустим, объект движется в западном направлении с ускорением 7 метров в секунду в квадрате в течение 30 секунд, пройдя при этом 150 метров. Необходимо вычислить его начальную скорость.
      • Запишем исходные данные:
      • Vi = ?, d = 150 м, a = 7 м/с2, t = 30 с
    • Умножим ускорение на время: a * t = 7 * 30 = 210
    • Поделим произведение на два: (a * t) / 2 = 210 / 2 = 105
    • Поделим расстояние на время: d / t = 150 / 30 = 5
    • Вычтем первую величину из второй: Vi = (d / t) – [(a * t) / 2] = 5 – 105 = -100 Vi = -100 м/с в западном направлении
    • Запишите ответ в правильном виде. Необходимо указать единицы измерения, в нашем случае метры в секунду, или м/с, а также направление движения объекта. Если вы не укажете направление, ответ будет неполным, содержа лишь величину скорости без информации о том, в каком направлении движется объект.

    Реклама

  1. Изображение с названием Find Initial Velocity Step 7

    1

    Используйте подходящее уравнение. Для решения физической задачи необходимо выбрать соответствующую формулу. Первым делом следует записать все начальные данные, указанные в условии задачи. Если известны конечная скорость, ускорение и пройденное расстояние, для определения начальной скорости удобно использовать следующее соотношение:

    • Vi = √ [Vf2 – (2 * a * d)]
    • Эта формула содержит следующие величины:
      • Vi — начальная скорость
      • Vf — конечная скорость
      • a — ускорение
      • d — пройденное расстояние

  2. Изображение с названием Find Initial Velocity Step 8

    2

    Подставьте в формулу известные величины. После того, как вы выписали все исходные данные и записали необходимое уравнение, можно подставить в него известные величины. Важно внимательно изучить условие задачи и аккуратно записывать каждый шаг при ее решении.

    • Допустив где-либо ошибку, вы сможете без труда найти ее, просмотрев ход решения.

  3. Изображение с названием Find Initial Velocity Step 9

    3

    Решите уравнение. Подставив в формулу известные значения, воспользуйтесь необходимыми преобразованиями для получения ответа. По возможности используйте калькулятор, чтобы уменьшить вероятность просчетов при вычислениях.

    • Предположим, объект движется в северном направлении с ускорением 5 метров в секунду в квадрате и, преодолев 10 метров, имеет конечную скорость 12 метров в секунду. Необходимо найти его начальную скорость.
      • Запишем исходные данные:
      • Vi = ?, Vf = 12 м/с, a = 5 м/с2, d = 10 м
    • Возведем в квадрат конечную скорость: Vf2= 122 = 144
    • Умножим ускорение на пройденное расстояние и на 2: 2 * a * d = 2 * 5 * 10 = 100
    • Вычтем результат умножения из квадрата конечной скорости: Vf2 – (2 * a * d) = 144 – 100 = 44
    • Извлечем квадратный корень из полученного значения: = √ [Vf2 – (2 * a * d)] = √44 = 6,633 Vi = 6,633 м/с в северном направлении
    • Запишите ответ в правильном виде. Необходимо указать единицы измерения, то есть метры в секунду, или м/с, а также направление движения объекта. Если вы не укажете направление, ответ будет неполным, содержа лишь величину скорости без информации о том, в каком направлении движется объект.

    Реклама

  1. Изображение с названием Find Initial Velocity Step 10

    1

    Выберите подходящую формулу. При решении физической задачи необходимо использовать соответствующее уравнение. Прежде всего следует записать все данные, приведенные в условии задачи. Если известны конечная скорость, время и пройденное расстояние, для определения начальной скорости можно использовать следующее соотношение:

    • Vi = Vf + 2 (t – d)
    • В данную формулу входят следующие величины:
      • Vi — начальная скорость
      • Vf — конечная скорость
      • t — время
      • d — пройденное расстояние

  2. Изображение с названием Find Initial Velocity Step 11

    2

    Подставьте в формулу известные значения. После того, как вы выписали все исходные данные и записали необходимое уравнение, можно подставить в него известные величины. Внимательно изучите условие задачи и аккуратно записывайте каждый шаг при ее решении.

    • Допустив ошибку, вы сможете без труда найти ее, просмотрев решение.

  3. Изображение с названием Find Initial Velocity Step 12

    3

    Решите уравнение. Подставив в формулу известные значения, воспользуйтесь необходимыми преобразованиями для получения ответа. Если можно, используйте калькулятор, чтобы уменьшить вероятность просчетов при вычислениях.

    • Допустим, объект преодолел расстояние 15 метров (49,2 фута) в течение 45 секунд, и его конечная скорость составляет 17 метров (55,8 фута) в секунду. Найдем начальную скорость объекта.
      • Запишем исходные данные:
      • Vi = ?, Vf = 17 м/с, t = 45 с, d = 15 м
    • Вычтем расстояние из времени: (t – d) = (45 – 15) = 30
    • Умножим полученное значение на 2: 2 ( t – d) = 2 (45 – 15) = 60
    • Прибавим к этой величине конечную скорость: Vf + 2 (t – d) = 17 + 60 = 77 Vi = 77 м/с в южном направлении
    • Запишите ответ в правильном виде. Необходимо указать единицы измерения, то есть метры в секунду, или м/с, а также направление движения объекта. Если вы не укажете направление, ответ будет неполным, содержа лишь величину скорости без информации о том, в каком направлении движется объект.

    Реклама

Что вам понадобится

  • Карандаш
  • Бумага
  • Калькулятор (необязательно)

Об этой статье

Эту страницу просматривали 149 475 раз.

Была ли эта статья полезной?

Источник

В данной статьи изложены мысли, которые возникали при решении задач с сайта “Решу ЕГЭ” в разделе – https://phys-ege.sdamgia.ru/test?theme=204. Рисунки взяты оттуда же.

1. Общий подход

Анализ и использование данного графика базируется на формуле перемещения тела S, м:

Формула 1
Формула 1

Как видно из формулы площадь под графиком равна перемещению тела. Например, тело с 1 по 2 секунду на графике, представленном на рис. 1 прошло S = V * t = 2м/с * (2с – 1с) = 2м/с *1с = 2м

Рис. 1. График зависимости скорости от времени
Рис. 1. График зависимости скорости от времени

2. Чуть посложнее

Если мы захотим найти перемещение тела с начала движения t = 0c до 4-ой секунды движения тела согласно графику на рис. 2, то нам необходимо найти сумму площадей трех геометрических фигур: с 0с по 1с – треугольник, с 1с по 2с прямоугольник, со 2с по 4с – трапеция.

Рис. 2. Находим перемещение как сумму площадей геометрических фигур
Рис. 2. Находим перемещение как сумму площадей геометрических фигур

S треугольника = (1/2) * длину высоты треугольника * длину сторону треугольника, к которой проведена высота =
=(1/2) * 2м/с * (1с – 0с) = 1/2 * 2м/с * 1с = 1м
S прямоугольника мы находили в начале статьи = 2м
S трапеции = (1/2) * сумму оснований трапеции * высоту трапеции =
=(1/2) * (2м/с + 6м/с) * (4с – 2с) = (1/2) * 8м/с * 2с = 8м
Итого S = 1м + 2м + 8м = 11м

3. А если скорость равна нулю?

Не стоит пугаться нулевых скоростей на каком-либо интервале времени. Например с 3с по 5с на графике, представленном на рис. 3 перемещение тела равно 0м, т. к. площадь фигуры с 3с по 5с равна 0.

Рис. 3. Нулевое перемещение
Рис. 3. Нулевое перемещение

4. А если скорость ушла “в минус”?

Рис. 4. Отрицательная скорость
Рис. 4. Отрицательная скорость

А вот отрицательная скорость может вызвать некоторые затруднения. Здесь надо очень внимательно читать задание и не перепутать очень похожие физические величины: путь и перемещение. Путь – величина скалярная и поэтому для ее нахождения с помощью графика на рис. 4 надо зеркально отобразить отрицательные участки скорости и сложить площади фигур (см. Рис. 5)

Рис. 5. Зеркальное отображение отрицательных участков
Рис. 5. Зеркальное отображение отрицательных участков

Перемещение – величина векторная и поэтому при определении этой величины необходимо учитывать знак площади. Например, если нужно найти перемещение тела с 0с по 10с (см. рис. 5), то нужно площадь треугольника с 0с по 4с сложить с площадью треугольника с 8с по 10с и из полученного результата вычесть площадь треугольника с 4с по 8с.

5. Когда можно и не считать!

Рис. 6. Анализ графиков
Рис. 6. Анализ графиков

Иногда требуется визуальный анализ графиков. Например, необходимо определить какой автомобиль из 4-х с 0с до 15с проехал наибольшее расстояние?
Рассматривая площади геометрических фигур под графиками (см. рис. 6) видим, что площадь больше у графика (и машины) №3.

6. Переходим к ускорению

До сих пор мы на линейных графиках с координатами скорости и времени (см. рис. 7) видели скорость, время и перемещение (или путь).

Рис. 7. Ищем на графике ускорение
Рис. 7. Ищем на графике ускорение

А тут ещё прячется ускорение. Давайте попробуем его найти. Вспоминаем формулу равноускоренного движения

Формула 2 . Формула равноускоренного движения
Формула 2 . Формула равноускоренного движения

Рассматривая график на рис. 7 определим Vo при t = 0с => Vo = 2м/с.
А теперь возьмём на графике точку в момент времени t = 1c и определим по графику скорость в этот момент времени => V = 4м/с.
Подставляем найденные значения в формулу 2 =>
4м/с = 2м/с + a * 1c => а = (4м/с – 2м/с) / 1с = 2м/с2

Возвращаемся к графику (см. рис. 8)

Рис. 8. Находим уравнение графика
Рис. 8. Находим уравнение графика

Теперь мы можем сказать, что на рис. 8 представлен график линейного уравнения V = Vo + a*t = 2 + 2*t. Эти знания расширяют область использования графика на рис. 8. Например мы можем сказать, что при
t = 10c скорость будет равна V = 2м/с + 2м/с2*10с = 22м/с

7. Ищем ускорение на произвольном прямолинейном участке графика

Нас могут попросить найти ускорение тела на произвольном прямолинейном участке графика. Например с 6с по 10с на графике, представленном на рис. 9.

Рис. 9. Находим ускорение на произвольном прямолинейном участке графика
Рис. 9. Находим ускорение на произвольном прямолинейном участке графика

Для этого получим формулу для ускорения, усложнив формулу 2 заменив t на (t – to):

Формула 3. Формула для определения ускорения
Формула 3. Формула для определения ускорения

Возвращаемся к поиску ускорения:
а = (5м/с – (-5м/с))/(10с – 6с) = 10м/с / 4с = 2.5м/с2

8. Ищем координаты тела

Зная начальные координаты тела, начальную скорость, ускорение тела и время перемещения можем найти координаты тела в любой момент времен (формула 4)

Формула 4. Уравнение для координаты тела
Формула 4. Уравнение для координаты тела

9. Ищем скорость в пространстве

Рис. 10. Скорость в пространстве
Рис. 10. Скорость в пространстве

Мы можем знать значение проекций скорости на оси: х, y и z. Нас могут попросить найти модуль скорости. Ищем по формуле 5:

Формула 5. Формула для модуля скорости
Формула 5. Формула для модуля скорости

Для понимания формулы 5 можно представить модуль скорости диагональю параллелепипеда, а проекции скорости сторонами параллелепипеда (см. рис. 11)

рис. 11 Расшифровка формулы 4
рис. 11 Расшифровка формулы 4

Заключение

Пока, это все мысли, которые появлялись во время решения задач в разделе сайта “Решу ЕГЭ” по адресу https://phys-ege.sdamgia.ru/test?theme=204. Пишите в комментариях, если что-то напрашивается добавить.

Автор с благодарностью примет любые пожертвования на развитие канала “От сложного к простому” https://money.yandex.ru/to/4100170126360.

Источник

Скорость, ускорение и время являются основными величинами для вывода уравнения движения. В общем, производная скорости по времени дает ускорение.

В кинематике скорость можно найти, используя ускорение и время. С скорость и ускорение связаны с величиной и направлением, для определения скорости мы используем как алгебраический метод, так и интегральное исчисление. В этом посте обсуждается, как найти скорость с учетом ускорения и времени, используя оба метода.

Представим, что тело движется с ускорением «а», преодолевая определенное расстояние в момент «t».

Алгебраическим методом:

Из кинематического определения ускорение – скорость изменения скорости движущегося тела.

а=в/т

Здесь мы считаем; первоначально тело обладает минимальной скоростью; следовательно, начальная скорость можно считать примерно равной нулю.

Переставляя члены, мы получаем скорость тела как;

v = а * т

Методом интегрального исчисления:

Производная по времени от скорость дает ускорение тела. Это определяется следующим уравнением.

d/dt[v(t)]= а(t)

Преобразуя приведенное выше уравнение

dv (t) = a (t) dt

Интегрируя приведенное выше уравнение по времени t

∫d/dt[v(t)]=∫a(t) dt+C

Где; C – интегральная постоянная.

Следовательно; v = при + C

Вышеприведенное уравнение дает скорость; таким образом, умножение ускорения на время дает скорость.

Кредиты изображения: Изображение предоставлено Долоресбарриослуа от Pixabay 

Как найти скорость по графику ускорения и времени?

Построен график ускорения в зависимости от времени, что позволяет определить различные физические величины, такие как рывки и удары. скорость. Область, покрытая графиком «ускорение – время», показывает скорость.

Например, машина движется с начальной скоростью 16 м / с. Как со временем, машина начинает разгоняться. В ускорение автомобиля постоянна во времени. Через некоторое время машина внезапно останавливается, что показано на приведенном ниже графике.

как найти скорость с ускорением и временем

График, чтобы показать, как найти скорость с ускорением и графиком времени

Пунктирная линия используется как контрольная линия, когда тело останавливается.

Площадь, занимаемая в график ускорение – время представляет собой прямоугольник. Площадь прямоугольника определяется как

А = l × b

Из приведенного выше графика длина прямоугольника – это ускорение, а ширина – время; следовательно, уравнение

А = а * т

Но площадь графика at – это скорость, тогда

v = а * т

v = 7 × 8

v = 56 м / с.

Следовательно, по определению На графике времени разгона площадь – это не что иное, как скорость.

Как найти начальную скорость с ускорением и временем?

Когда тело начинает двигаться из одной точки в другую, вначале оно обладает некоторой скоростью. Тело не нуждается постоянная скорость пока не достигнет конечного пункта назначения. Скорость тела изменяется со временем по мере его прохождения, и, следовательно, тело приобретает ускорение.

Из приведенного выше объяснения ясно, что движущееся тело может иметь разные скорости. Тела скорость на начальном этапе может отличаться от финального. Давайте обсудим нахождение скорости с ускорением и временем в начальной точке.

Рассмотрим сначала автомобиль, движущийся со скоростью vi, а его скорость изменится через некоторое время t. Теперь тело ускоряется с ускорением «а», и, наконец, когда оно достигает конечной точки, оно имеет скорость vf.

Начальную скорость можно рассчитать тремя способами.

Используя алгебраический метод:

Ускорение из-за изменения скорости определяется выражением

а = (vf-vi)/т

а * т = vf – vi

О перестановке

vi = Vf – в

Вышеприведенное уравнение дает начальную скорость движущегося тела.

По расчетам:

Исходя из определения ускорения, уравнение имеет вид

а=дв/дт

Изменение условий;

адт = дв

Интегрируя приведенное выше уравнение, выбирая пределы в качестве начальной скорости vi в момент времени t = 0 и конечной скорости vf в момент t.

а (t – 0) = (vf – vi)

при = vf – vi

Преобразуя приведенное выше уравнение, мы получаем начальную скорость.

vi = Vf – в

Графическим методом:

Построен график зависимости скорости от времени, наклон которого дает ускорение – затем, найдя наклон, можно вычислить начальную скорость.

vt график показать, как найти скорость с ускорением и время

Исходя из приведенного выше графика, мы можем сказать это.

  • В единый интервал времени скорость тела изменяется.
  • OD – время, затрачиваемое телом на путешествие, а BD – конечная скорость тела.
  • Перпендикулярные линии от BD к A проводятся параллельно OD. Таким же образом проводится линия BE параллельно OD.

На приведенном выше графике показано, что

Начальная скорость тела vi = ОА

Конечная скорость тела vf = БД

На графике BD = BC + DC

Следовательно, vf = ВС + ПОС

Но DC = OA = vi

vf = до нашей эры + ви

На графике наклон = ускорение a

а=ВС/АС

Но AC = t (из графика)

а=БК/т

при = BC

Подставляя значение BC

vf = при + vi

vi = Vf – в

Как найти изменение скорости в зависимости от ускорения и времени

В общем, изменение скорости со временем дает ускорение.

Пусть тело движется с ускорением ‘a’ со временем ‘t’, изначально скорость объекта равна vi, а в конечной точке имеет скорость vf. Тогда изменение скорости определяется по уравнению:

∆a=(Δv/Δt)

Где ∆v – изменение скорости, а ∆t – изменение во времени.

∆v = ∆a∆t

Но изменение скорости определяется разница между начальной и конечной скоростью. Это дается уравнением ниже.

∆v = vf -vi

Изменение в скорость можно рассчитать с помощью графика “ускорение – время”. Площадь под графиком at показывает изменение скорости.

Давайте ясно поймем это, рассмотрев пример, представленный графиком, приведенным ниже.

Площадь на графике времени ускорения представляет собой треугольник. Следовательно, вычисляя изменение скорости дается путем вычисления площади треугольника. Формула для определения площади треугольника:

А=(1/2)чб

Здесь h – высота треугольника, ускорение считается высотой, а b – основание треугольника, которое определяется осью времени. Таким образом, изменение скорости равно

∆v=(1/2)*6*9

∆v = 29 м / с.

По изменению скорости мы можем узнать начальную и конечную скорость тела.

Решены задачи о том, как найти скорость с ускорением и временем.

Задача 1) Лодка движется с начальной скоростью 11 м / с. Лодка развивает ускорение 3 м / с.2 каждые 10 секунд. Затем рассчитайте изменение скорости и конечную скорость лодки.

Решение:

Данные приведены для расчета:

Начальная скорость лодки vi = 11 м / с.

Изменение ускорения, достигаемого лодкой a = 3 м / с2.

Изменение по времени t = 10 сек.

∆v = ∆a∆t

∆v = 3 × 10

∆v = 30 м / с

Чтобы найти окончательную скорость, уравнение

∆v = vf -vi

vf = ∆v + vi

vf = 30 + 11

vf = 41 м / с.

Задача 2) График ускорение – время приведен ниже. Найдите изменение скорости и вычислите начальную скорость, если конечная скорость равна 54 м / с.

График ускорения-времени

Решение:

Приведенные данные:

Конечная скорость vf = 54 м / с. На графике ускорение-время покрытая область представляет собой трапецию. Таким образом, площадь трапеции определяется выражением

А=[(а+б)/2)]*ч

Где a и b – прилегающее основание трапеции, h – высота. Из графика; a = 9 единиц, b = 5 единиц, h = 4 единицы.

А=[(9+5)/2]*4

А = 28 шт.

Изменение скорости равно площади трапеции.

∆v = 28 м / с.

Чтобы найти начальную скорость

∆v = vf -vi

vi = Vf – ∆v

vi = 54 – 28

vi = 26 м / с.

Задача 3) дается график ускорение – время для определения изменения скорости.

Решение:

Приведенный выше график можно разделить на три части, представленные пунктирной линией, как показано на рисунке ниже.

На приведенном выше графике можно понять следующие термины.

OAD и BCE – треугольник; площадь треугольника задается формулой

а=(1/2)чб

ABCD – прямоугольник; площадь прямоугольника определяется выражением

А = l × b

Чтобы найти изменение скорости, необходимо вычислить сумму площадей всех геометрических структур.

∆v = A=(1/2)hb+lb+(1/2)hb

Изменение скорости ∆v = 180 м / с.

Задача 4) Найдите начальную скорость мяча, который ускоряется со скоростью 6 м / с.2 со временем 8 сек. Конечная скорость мяча составляет 100 м / с.

Решение:

Приведены данные: ускорение мяча a = 6 м / с2.

Время t = 8 сек.

Конечная скорость vf = 100 м / с.

Для нахождения начальной скорости тела задается уравнение

vi = Vf – в

vi = 100 – (6 × 8)

vi = 100 – 48

vi = 52 м / с.

Задача 5) Рассчитайте изменение скорости движущегося объекта, имеющего начальную скорость 34 м / с. Ускорение объекта 12 м / с.2, а изменение по времени – 7 сек.

Решение:

Данный:

Начальная скорость объекта vi = 34 м / с.

Ускорение объекта a = 12 м / с2.

Изменение по времени t = 7 сек.

Конечная скорость объекта определяется выражением;

vf = Vi + в

vf = 34 + (12 * 7)

vf = 34 + 84

vf = 118 м / с.

Изменение скорости определяется выражением;

∆v = vf – vi

∆v = 118 – 34

∆v = 84 м / с.

Задача 6) Диск движется с начальной скоростью 25 м / с. Диск меняет свою скорость каждые 10 секунд. Изменение ускорения 5 м / с.2. Рассчитайте конечную скорость диска.

Решение:

Приведенные данные:

Начальная скорость диска vi = 25 м / с.

Изменение ускорения ∆a = 5 м / с2.

Изменение времени ∆t = 10 сек.

Изменение скорости равно

∆v = ∆a∆t

∆v = 5 × 10

∆v = 50 м / с.

Конечная скорость диска может быть рассчитана по формуле, приведенной ниже.

∆v = vf – vi

50 = вf -25

vf = 50 + 25

vf = 75 м / с.

Источник

Механическое движение

О чем эта статья:

Механическое движение

Когда мы идем в школу или на работу, автобус подъезжает к остановке или сладкий корги гуляет с хозяином, мы имеем дело с механическим движением.

Механическим движением называется изменение положения тел в пространстве относительно других тел с течением времени.

«Относительно других тел» — очень важные слова в этом определении. Для описания движения нам нужны:

  • тело отсчета
  • система координат
  • часы

В совокупности эти три параметра образуют систему отсчета.

В механике есть такой раздел — кинематика. Он отвечает на вопрос, как движется тело. Дальше мы с помощью кинематики опишем разные виды механического движения. Не переключайтесь 😉

Прямолинейное равномерное движение

Движение по прямой, при котором тело проходит равные участки пути за равные промежутки времени называют прямолинейным равномерным. Это любое движение с постоянной скоростью.

Например, если у вас ограничение скорости на дороге 60 км/ч, и у вас нет никаких препятствий на пути — скорее всего, вы будете двигаться прямолинейно равномерно.

Мы можем охарактеризовать это движение следующими величинами.

Скалярные величины (определяются только значением)

  • Время — в международной системе единиц СИ измеряется в секундах [с].
  • Путь — длина траектории (линии, по которой движется тело). В случае прямолинейного равномерного движения — длина отрезка [м].

Векторные величины (определяются значением и направлением)

  • Скорость — характеризует быстроту перемещения и направление движения материальной точки [м/с].
  • Перемещение — вектор, проведенный из начальной точки пути в конечную [м].

Проецирование векторов

Векторное описание движения полезно, так как на одном чертеже всегда можно изобразить много разнообразных векторов и получить перед глазами наглядную «картину» движения.

Однако всякий раз использовать линейку и транспортир, чтобы производить действия с векторами, очень трудоёмко. Поэтому эти действия сводят к действиям с положительными и отрицательными числами — проекциями векторов.

Если вектор сонаправлен с осью, то его проекция равна длине вектора. А если вектор противоположно направлен оси — проекция численно равна длине вектора, но отрицательна. Если вектор перпендикулярен — его проекция равна нулю.

Скорость может определяться по вектору перемещения и пути, только это будут две разные характеристики.

Скорость — это векторная физическая величина, которая характеризует быстроту перемещения, а средняя путевая скорость — это отношение длины пути ко времени, за которое путь был пройден.

Скорость

— скорость [м/с]
— перемещение [м]
— время [с]

Средняя путевая скорость

V ср.путевая = S/t

V ср.путевая — средняя путевая скорость [м/с]
S — путь [м]
t — время [с]

Задача

Найдите, с какой средней путевой скоростью должен двигаться автомобиль, если расстояние от Санкт-Петербурга до Великого Новгорода в 210 километров ему нужно пройти за 2,5 часа. Ответ дайте в км/ч.

Решение:

Возьмем формулу средней путевой скорости
V ср.путевая = S/t

Подставим значения:
V ср.путевая = 210/2,5 = 84 км/ч

Ответ: автомобиль будет двигаться со средней путевой скоростью равной 84 км/ч

Уроки физики в онлайн-школе Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!

Уравнение движения

Одной из основных задач механики является определение положения тела относительно других тел в данный момент времени. Для решения этой задачи помогает уравнение движения, то есть зависимость координаты тела от времени х = х(t).

Уравнение движения

x(t) — искомая координата в момент времени t [м]
x0 — начальная координата [м]
vx — скорость тела в данный момент времени [м/с]
t — момент времени [с]

Если положительное направление оси ОХ противоположно направлению движения тела, то проекция скорости тела на ось ОХ отрицательна, скорость меньше нуля (v

Уравнение движения при движении против оси

x(t) — искомая координата в момент времени t [м]
x0 — начальная координата [м]
vx — скорость тела в данный момент времени [м/с]
t — момент времени [с]

Прямолинейное равноускоренное движение

Чтобы разобраться с тем, что за тип движения в этом заголовке, нужно ввести новое понятие — ускорение.

Ускорение — векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости. В международной системе единиц СИ измеряется в метрах, деленных на секунду в квадрате.

СИ — международная система единиц. «Перевести в СИ» означает перевод всех величин в метры, килограммы, секунды и другие единицы измерения без приставок. Исключение — килограмм с приставкой «кило».

Итак, равноускоренное прямолинейное движение — это движение с ускорением по прямой линии. Движение, при котором скорость тела меняется на равную величину за равные промежутки времени.

Уравнение движения и формула конечной скорости

Основная задача механики не поменялась по ходу текста — определение положения тела относительно других тел в данный момент времени. У равноускоренного движения в уравнении появляется ускорение.

Уравнение движения для равноускоренного движения

x(t) — искомая координата в момент времени t [м]
x0 — начальная координата [м]
v0x — начальная скорость тела в [м/с]
t — время [с]
ax — ускорение [м/с 2 ]

Для этого процесса также важно уметь находить конечную скорость — решать задачки так проще. Конечная скорость находится по формуле:

Формула конечной скорости

— конечная скорость тела [м/с]
— начальная скорость тела [м/с]
— время [с]
— ускорение [м/с 2 ]

Задача

Найдите местоположение автобуса, который разогнался до скорости 60 км/ч за 3 минуты, через 0,5 часа после начала движения из начала координат.

Решение:

Сначала найдем ускорение автобуса. Его можно выразить из формулы конечной скорости:

Так как автобус двигался с места, . Значит

Время дано в минутах, переведем в часы, чтобы соотносилось с единицами измерения скорости.

3 минуты = 3/60 часа = 1/20 часа = 0,05 часа

Подставим значения:
a = v/t = 60/0,05 = 1200 км/ч 2
Теперь возьмем уравнение движения.
x(t) = x0 + v0xt + axt 2 /2

Начальная координата равна нулю, начальная скорость, как мы уже выяснили — тоже. Значит уравнение примет вид:

Ускорение мы только что нашли, а вот время будет равно не 3 минутам, а 0,5 часа, так как нас просят найти координату в этот момент времени.

Подставим циферки:
км

Ответ: через полчаса координата автобуса будет равна 150 км.

Движение по вертикали

Движение по вертикали — это частный случай равноускоренного движения. Дело в том, что на Земле тела падают с одинаковым ускорением — ускорением свободного падения. Для Земли оно приблизительно равно 9,81 м/с 2 , а в задачах мы и вовсе осмеливаемся округлять его до 10 (физики просто дерзкие).

Вообще в значении ускорения свободного падения для Земли очень много знаков после запятой. В школе обычно дают значение: g = 9,8 м/с 2 . В экзаменах ОГЭ и ЕГЭ в справочных данных дают g = 10 м/с 2 .

Частным случаем движения по вертикали (частным случаем частного случая, получается) считается свободное падение — это равноускоренное движение под действием силы тяжести, когда другие силы, действующие на тело, отсутствуют или пренебрежимо малы.

Помните о том, что свободное падение — это не всегда движение по вертикали из состояния покоя. Если мы бросаем тело вверх, то начальная скорость, конечно же, будет.

Как найти скорость с ускорением и временем: разные подходы, проблемы, примеры

Скорость, ускорение и время являются основными величинами для вывода уравнения движения. В общем, производная скорости по времени дает ускорение.

В кинематике скорость можно найти, используя ускорение и время. С скорость и ускорение связаны с величиной и направлением, для определения скорости мы используем как алгебраический метод, так и интегральное исчисление. В этом посте обсуждается, как найти скорость с учетом ускорения и времени, используя оба метода.

Представим, что тело движется с ускорением «а», преодолевая определенное расстояние в момент «t».

Алгебраическим методом:

Из кинематического определения ускорение – скорость изменения скорости движущегося тела.

Здесь мы рассматриваем; изначально тело имеет минимальную скорость; следовательно, начальную скорость можно считать приблизительно нулевой.

Переставляя члены, мы получаем скорость тела как;

Методом интегрального исчисления:

Производная по времени от скорость дает ускорение тела. Это определяется следующим уравнением.

Преобразуя приведенное выше уравнение

Интегрируя приведенное выше уравнение по времени t

Где; C – интегральная постоянная.

Следовательно; v = при + C

Вышеприведенное уравнение дает скорость; таким образом, умножение ускорения на время дает скорость.

Как найти скорость по графику ускорения и времени?

Построен график ускорения в зависимости от времени, что позволяет определить различные физические величины, такие как рывки и удары. скорость. Область, покрытая графиком «ускорение – время», показывает скорость.

Например, машина движется с начальной скоростью 16 м / с. Как со временем, машина начинает разгоняться. В ускорение автомобиля постоянна во времени. Через некоторое время машина внезапно останавливается, что показано на приведенном ниже графике.

Пунктирная линия используется как контрольная линия, когда тело останавливается.

Площадь, занимаемая в график ускорение – время представляет собой прямоугольник. Площадь прямоугольника определяется как

Из приведенного выше графика длина прямоугольника – это ускорение, а ширина – время; следовательно, уравнение

Но площадь графика at – это скорость, тогда

Следовательно, по определению На графике времени разгона площадь – это не что иное, как скорость.

Как найти начальную скорость с ускорением и временем?

Когда тело начинает перемещаться из одной точки в другую, сначала оно обладает некоторой скоростью. Тело не нуждается в постоянной скорости, пока оно не достигнет своего конечного пункта назначения. Скорость тела изменяется со временем, когда оно движется, и, следовательно, тело приобретает ускорение.

Из приведенного выше объяснения ясно, что движущееся тело может иметь разные скорости. Тела скорость на начальном этапе может отличаться от финального. Давайте обсудим нахождение скорости с ускорением и временем в начальной точке.

Рассмотрим сначала автомобиль, движущийся со скоростью vi, а его скорость изменится через некоторое время t. Теперь тело ускоряется с ускорением «а», и, наконец, когда оно достигает конечной точки, оно имеет скорость vf.

Начальную скорость можно рассчитать тремя способами.

Используя алгебраический метод:

Ускорение из-за изменения скорости определяется выражением

Вышеприведенное уравнение дает начальную скорость движущегося тела.

По расчетам:

Исходя из определения ускорения, уравнение имеет вид

Интегрируя приведенное выше уравнение, выбирая пределы в качестве начальной скорости vi в момент времени t = 0 и конечной скорости vf в момент t.

Преобразуя приведенное выше уравнение, мы получаем начальную скорость.

Графическим методом:

Построен график зависимости скорости от времени, наклон которого дает ускорение – затем, найдя наклон, можно вычислить начальную скорость.

Исходя из приведенного выше графика, мы можем сказать это.

  • В единый интервал временискорость тела изменяется.
  • OD – время, затрачиваемое телом на путешествие, а BD – конечная скорость тела.
  • Перпендикулярные линии от BD к A проводятся параллельно OD. Таким же образом проводится линия BE параллельно OD.

На приведенном выше графике показано, что

Начальная скорость тела vi = ОА

Конечная скорость тела vf = БД

На графике BD = BC + DC

Следовательно, vf = ВС + ПОС

vf = до нашей эры + ви

На графике наклон = ускорение a

Но AC = t (из графика)

Подставляя значение BC

Как найти изменение скорости в зависимости от ускорения и времени

В общем, изменение скорости со временем дает ускорение.

Пусть тело движется с ускорением ‘a’ со временем ‘t’, изначально скорость объекта равна vi, а в конечной точке имеет скорость vf. Тогда изменение скорости определяется по уравнению:

Где ∆v – изменение скорости, а ∆t – изменение во времени.

Но изменение скорости определяется разница между начальной и конечной скоростью. Это дается уравнением ниже.

Изменение в скорость можно рассчитать с помощью графика “ускорение – время”. Площадь под графиком at показывает изменение скорости.

Давайте ясно поймем это, рассмотрев пример, представленный графиком, приведенным ниже.

Площадь на графике времени ускорения представляет собой треугольник. Следовательно, вычисляя изменение скорости дается путем вычисления площади треугольника. Формула для определения площади треугольника:

Здесь h – высота треугольника, ускорение считается высотой, а b – основание треугольника, которое определяется осью времени. Таким образом, изменение скорости равно

По изменению скорости мы можем узнать начальную и конечную скорость тела.

Решены задачи о том, как найти скорость с ускорением и временем.

Задача 1) Лодка движется с начальной скоростью 11 м / с. Лодка развивает ускорение 3 м / с. 2 каждые 10 секунд. Затем рассчитайте изменение скорости и конечную скорость лодки.

Решение:

Данные приведены для расчета:

Начальная скорость лодки vi = 11 м / с.

Изменение ускорения, достигаемого лодкой a = 3 м / с 2 .

Изменение по времени t = 10 сек.

Чтобы найти окончательную скорость, уравнение

Задача 2) График ускорение – время приведен ниже. Найдите изменение скорости и вычислите начальную скорость, если конечная скорость равна 54 м / с.

Решение:

Конечная скорость vf = 54 м / с. На графике ускорение-время покрытая область представляет собой трапецию. Таким образом, площадь трапеции определяется выражением

Где a и b – прилегающее основание трапеции, h – высота. Из графика; a = 9 единиц, b = 5 единиц, h = 4 единицы.

Изменение скорости равно площади трапеции.

Чтобы найти начальную скорость

Задача 3) дается график ускорение – время для определения изменения скорости.

Решение:

Приведенный выше график можно разделить на три части, представленные пунктирной линией, как показано на рисунке ниже.

На приведенном выше графике можно понять следующие термины.

OAD и BCE – треугольник; площадь треугольника задается формулой

ABCD – прямоугольник; площадь прямоугольника определяется выражением

Чтобы найти изменение скорости, необходимо вычислить сумму площадей всех геометрических структур.

Изменение скорости ∆v = 180 м / с.

Задача 4) Найдите начальную скорость мяча, который ускоряется со скоростью 6 м / с. 2 со временем 8 сек. Конечная скорость мяча составляет 100 м / с.

Решение:

Приведены данные: ускорение мяча a = 6 м / с2.

Конечная скорость vf = 100 м / с.

Для нахождения начальной скорости тела задается уравнение

Задача 5) Рассчитайте изменение скорости движущегося объекта, имеющего начальную скорость 34 м / с. Ускорение объекта 12 м / с. 2 , а изменение по времени – 7 сек.

Решение:

Начальная скорость объекта vi = 34 м / с.

Ускорение объекта a = 12 м / с 2 .

Изменение по времени t = 7 сек.

Конечная скорость объекта определяется выражением;

Изменение скорости определяется выражением;

Задача 6) Диск движется с начальной скоростью 25 м / с. Диск меняет свою скорость каждые 10 секунд. Изменение ускорения 5 м / с. 2 . Рассчитайте конечную скорость диска.

Решение:

Начальная скорость диска vi = 25 м / с.

Изменение ускорения ∆a = 5 м / с 2 .

Изменение времени ∆t = 10 сек.

Изменение скорости равно

Конечная скорость диска может быть рассчитана по формуле, приведенной ниже.

Последние сообщения о передовой науке и исследованиях

Я Кирти К. Мурти, я закончила аспирантуру по физике со специализацией в области физики твердого тела. Я всегда считал физику фундаментальным предметом, связанным с нашей повседневной жизнью. Будучи студентом естественных наук, я люблю изучать новые вещи в физике. Как писатель, моя цель – через свои статьи дойти до читателей в упрощенной форме.
Свяжитесь со мной – keerthikmurthy24@gmail.com

report this ad Похожие сообщения

Ускорение против. Замедление: подробный анализ

Примеры положительного ускорения: подробный анализ

Поверхностное ускорение без трения: исчерпывающая информация…

Как найти ускорение свободного падения:…

Как найти ускорение свободного падения…

Пример гравитационного ускорения: подробные сведения

Как рассчитать ускорение с помощью…

Как найти среднюю скорость…

Скорость графика постоянного ускорения против…

Как найти ускорение с…

Как рассчитать силу без…

Как найти нормальную силу…

15 Пример чистой силы:…

Как найти нормальную силу…

Как найти чистую силу:…

Мгновенная скорость и ускорение: сравнительное…

Отрицательно ли замедление: подробные факты

Как определить конечную скорость…

Как найти скорость с помощью…

Как найти скорость с помощью…

Свяжитесь с нами

Электронная почта: hr@lambdageeks.com
support@lambdageeks.com

Контактное лицо: + 91-8106864654

Наша миссия

Наша миссия – служить и делиться своим опытом с большим и разносторонним сообществом студентов или работающих профессионалов для удовлетворения их потребностей в обучении.

Движение тела с ускорением свободного падения

теория по физике 🧲 кинематика

Свободное падение — это движение тела только под действием силы тяжести.

В действительности при падении на тело действует не только сила тяжести, но и сила сопротивления воздуха. Но в ряде задач сопротивлением воздуха можно пренебречь. Воздух не оказывает значимого сопротивления падающему мячу или тяжелому грузу. Но падение пера или листа бумаги можно рассматривать только с учетом двух сил: небольшая масса тела в сочетании с большой площадью его поверхности препятствует свободному падению вниз.

В вакууме все тела падают с одинаковым ускорением, так как в нем отсутствует среда, которая могла бы дать сопротивление. Так, брошенные в условиях вакуума с одинаковой высоты перо и молоток приземлятся в одно и то же время!

Ускорение свободного падения

Ускорение свободного падения — векторная физическая величина. Вектор ускорения свободного падения всегда направлен вниз к центру Земли. Обозначается как g .

Единица измерения ускорения свободного падения — 1 м/с 2 .

Модуль ускорения свободного падения — скалярная величина. Обозначается как g. Численно равна 9,8 м/с 2 . При решении задач это значение округляется до целых: g = 10 м/с 2 .

Свободное падение

Свободное падение — частный случай равноускоренного прямолинейного движения. Если тело отпустить с некоторой высоты, оно будет падать с ускорением свободного падения без начальной скорости. Тогда его кинематические величины можно определить по следующим формулам:

v — скорость, g — ускорение свободного падения, t — время, в течение которого падало тело

Пример №1. Тело упало без начальной скорости с некоторой высоты. Найти его скорость в конечный момент времени t, равный 3 с.

Подставляем данные в формулу и вычисляем:

v = gt = 10∙3 = 30 (м/с).

Перемещение при свободном падении тела равно высоте, с которой оно начало падать. Высота обозначается буквой h.

Внимание! Перемещение равно высоте, с которой падало тело, только в том случае, если t — полное время падения.

Если известна скорость падения тела в момент времени t, перемещение (высота) определяется по следующей формуле.

Если скорость тела в момент времени t неизвестна, но для нахождения перемещения (высоты) используется формула:

Если неизвестно время, в течение которого падало тело, но известна его конечная скорость, перемещение (высота) вычисляется по формуле:

Пример №2. Тело упало с высоты 5 м. Найти его скорость в конечный момент времени.

Так как нам известна только высота, и найти нужно скорость, используем для вычислений последнюю формулу. Выразим из нее скорость:

Формула определения перемещения тела в n-ную секунду свободного падения:

s(n) — перемещение за секунду n.

Пример №3. Определить перемещение свободно падающего тела за 3-ую секунду движения.

Движение тела, брошенного вертикально вверх

Движение тела, брошенного вертикально вверх, описывается в два этапа

Два этапа движения тела, брошенного вертикально вверх Этап №1 — равнозамедленное движение. Тело поднимается вверх на некоторую высоту h за время t с начальной скоростью v0 и на мгновение останавливается в верхней точке, достигнув скорости v = 0 м/с. На этом участке пути векторы скорости и ускорения свободного падения направлены во взаимно противоположных направлениях ( v ↑↓ g ). Этап №2 — равноускоренное движение. Когда тело достигает верхней точки, и его скорость равна 0, начинается свободное падение с начальной скоростью до тех пор, пока тело не упадет или не будет поймано на некоторой высоте. На этом участке пути векторы скорости и ускорения свободного падения направлены в одну сторону ( v ↑↑ g ). Формулы для расчета параметров движения тела, брошенного вертикально вверх Перемещение тела, брошенного вертикально вверх, определяется по формуле:

Если известна скорость в момент времени t, для определения перемещения используется следующая формула:

Если время движения неизвестно, для определения перемещения используется следующая формула:

Формула определения скорости:

Какой знак выбрать — «+» или «–» — вам помогут правила:

  • Если движение равнозамедленное (тело поднимается вверх), перед ускорением свободного падения в формуле нужно ставить знак «–», так как векторы скорости и ускорения противоположно направлены.
  • Если движение равноускоренное (тело падает вниз), перед ускорением свободного падения в формуле нужно ставить знак «+», так как векторы скорости и ускорения сонаправлены.

Обычно тело бросают вертикально вверх с некоторой высоты. Поэтому если тело упадет на землю, высота падения будет больше высоты подъема (h2 > h1). По этой же причине время второго этапов движения тоже будет больше (t2 > t1). Если бы тело приземлилось на той же высоте, то начальная скорость движения на 1 этапе была бы равно конечной скорости движения на втором этапе. Но так как точка приземления лежит ниже высоты броска, модуль конечной скорости 2 этапа будет выше модуля начальной скорости, с которой тело было брошено вверх (v2 > v01).

Пример №4. Тело подкинули вверх на некотором расстоянии 2 м от земли, придав начальную скорость 10 м/с. Найти высоту тела относительно земли в момент, когда оно достигнет верхней точки движения.

Конечная скорость в верхней точке равна 0 м/с. Но неизвестно время. Поэтому для вычисления перемещения тела с точки броска до верхней точки найдем по этой формуле:

Согласно условию задачи, тело бросили на высоте 2 м от земли. Чтобы найти высоту, на которую поднялось тело относительно земли, нужно сложить эту высоту и найденное перемещение: 5 + 2 = 7 (м).

Уравнение координаты и скорости при свободном падении

Уравнение координаты при свободном падении позволяет вычислять кинематические параметры движения даже в случае, если оно меняет свое направление. Так как при вертикальном движении тело меняет свое положение лишь относительно оси ОУ, уравнение координаты при свободном падении принимает

Вид — группа особей, сходных по морфолого-анатомическим, физиолого-экологическим, биохимическим и генетическим признакам, занимающих естественный ареал, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство.

Уравнение скорости при свободном падении:

Полезные факты

  • В момент падения тела на землю y = 0.
  • В момент броска тела от земли y0 = 0.
  • Когда тело падает без начальной скорости (свободно) v0 = 0.
  • Когда тело достигает наибольшей высоты v = 0.

Построение чертежа

Решать задачи на нахождение кинематических параметров движения тела, брошенного вертикально вверх, проще, если выполнить чертеж. Строится он в 3 шага.

План построения чертежа

  • Чертится ось ОУ. Начало координат должно совпадать с уровнем земли или с самой нижней точки траектории.
  • Отмечаются начальная и конечная координаты тела (y и y0).
  • Указываются направления векторов. Нужно указать направление ускорения свободного падения, начальной и конечной скоростей.

Свободное падение на землю с некоторой высоты

Тело подбросили от земли и поймали на некоторой высоте

Уравнение скорости:

Тело подбросили от земли, на одной и той же высоте оно побывало дважды

Интервал времени между моментами прохождения высоты h:

Уравнение координаты для первого прохождения h:

Уравнение координаты для второго прохождения h:

Важно! Для определения знаков проекций скорости и ускорения нужно сравнивать направления их векторов с направлением оси ОУ.

Пример №5. Тело падает из состояния покоя с высоты 50 м. На какой высоте окажется тело через 3 с падения?

Из условия задачи начальная скорость равна 0, а начальная координата — 50.

Через 3 с после падения тело окажется на высоте 5 м.

Алгоритм решения

  1. Записать исходные данные.
  2. Сделать чертеж, иллюстрирующий ситуацию.
  3. Записать формулу для определения искомой величины в векторном виде.
  4. Записать формулу для определения искомой величины в векторном виде.
  5. Подставить известные данные и вычислить скорость.

Решение

Записываем исходные данные:

Перемещение (высота) свободно падающего тела, определяется по формуле:

В скалярном виде эта формула примет вид:

Учтем, что начальная скорость равна нулю, а ускорение свободного падения противоположно направлено оси ОУ:

Относительно оси ОУ груз совершил отрицательное перемещение. Но высота — величина положительная. Поэтому она будет равна модулю перемещения:

Вычисляем высоту, подставив известные данные:

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Алгоритм решения

  1. Записать исходные данные.
  2. Сделать чертеж, иллюстрирующий ситуацию.
  3. Записать формулу для определения скорости тела в векторном виде.
  4. Записать формулу для определения скорости тела в скалярном виде.
  5. Подставить известные данные и вычислить скорость.

Решение

Записываем исходные данные:

Записываем формулу для определения скорости тела в векторном виде:

Теперь запишем эту формулу в скалярном виде. Учтем, что согласно чертежу, вектор скорости сонаправлен с осью ОУ, а вектор ускорения свободного падения направлен в противоположную сторону:

Подставим известные данные и вычислим скорость:

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

[spoiler title=”источники:”]

http://ru.lambdageeks.com/how-to-find-velocity-with-acceleration-and-time/

Движение тела с ускорением свободного падения

[/spoiler]

Источник

График зависимости проекции скорости от времени

Зависимость проекции скорости от времени является линейной, так как описывается следующим законом:

 

Из курса математики нам известно похожее уравнение:

 

Это уравнение прямой, следовательно, график зависимости проекции скорости от времени также будет иметь вид прямой. Нарисуем эту прямую на координатной сетке (рис. 1). Для этого выбираем произвольное значение  и строим произвольную прямую.

Рис. 1. График зависимости проекции скорости от времени

Проанализируем полученный график.

Видно, что скорость тела возрастала и в какой-то момент времени  была равна . Это говорит о том, что проекция ускорения .

Рассмотрим прямоугольный треугольник (выделенный красным цветом). Длина катета 1 в этом треугольнике равна  , а длина катета 2 равна . С помощью этих катетов найдем тангенс угла , то есть тангенс угла наклона построенной прямой:

 

Нам известно, что отношение изменения скорости ко времени, за которое оно произошло – это ускорение, следовательно:

 

Проанализируем график  на рисунке 2.

Рис. 2. График зависимости проекции скорости от времени

Видно, что скорость тела не менялась и всегда оставалась равной , следовательно, проекция ускорения этого тела равно нулю . Такое движение является равномерным.

Проанализируем график  на рисунке 3.

Рис. 3. График зависимости проекции скорости от времени

Видно, что проекция ускорения имеет знак минус . До момента времени  модуль скорости уменьшался (тело тормозило), а далее модуль скорости увеличивался (тело разгонялось в противоположную сторону), следовательно, момент времени  – это точка поворота (рис. 4).

Рис. 4. Точка поворота

Задача 1

На рисунке 5 представлен график зависимости проекции скорости от времени для движущегося тела. По данному рисунку запишите эту зависимость аналитически.

Рис. 5. Иллюстрация к задаче

Решение

Зависимость является прямой, то есть тело двигалось равноускоренно. Зависимость скорости от времени при равноускоренном движении выглядит следующим образом:

 

Для того чтобы записать эту зависимость для данного тела, необходимо найти проекцию начальной скорости  и проекцию ускорения .

Начальная скорость – это скорость в начальный момент времени, то есть при . На данном графике видно, что начальная скорость равна  (цена одного деления на оси проекции скорости ).

Формула для нахождения проекции ускорения:

 

Начальная скорость  нам известна, а  определим в произвольный момент времени. В данном случае удобно определить скорость  в точке пересечения прямой с осью времени. Скорость в этой точке равна нулю . Время, за которое скорость изменилась с  до  определим по графику. Это время равно  (цена одного деления на оси времени ).

Подставляем полученные данные в формулу проекции ускорения:

 

Подставляем значение проекции начальной скорости и ускорения в закон изменения проекции скорости со временем:

 

Ответ: .

График зависимости проекции перемещения от времени

Зависимость проекции перемещения от времени имеет следующий вид:

 

Множитель t в этой зависимости стоит как в первой степени, так и во второй. С точки зрения математики такая зависимость называется квадратичной, а график ее – парабола.

 


Рис. 6. Графики зависимости проекции перемещения от времени

На рисунке 6 изображены параболы.

Ветви параболы 1 направлены вверх, следовательно, коэффициент , то есть проекция ускорения положительная .

Для параболы 2 проекция ускорения также будет положительной . До момента времени  тело двигалось в противоположную выбранной оси сторону;  – точка поворота.

Ветви параболы 3 направлены вниз, следовательно, проекция ускорения меньше нуля .  – точка поворота.

График зависимости координаты от времени

Зависимость координаты от времени имеет следующий вид:

 

Данная зависимость отличается от уравнения зависимости проекции перемещения от времени только слагаемым . Поэтому график  также будет иметь вид параболы, которая сдвинута по оси ординат на величину начальной координаты () (рис. 7).

Рис. 7. Сдвиг графика

На рисунке 8 изображены графики зависимости координаты от времени.

Рис. 8. Графики зависимости координаты от времени

Парабола 1 имеет отрицательную начальную координату. Ветви этой параболы направлены вверх, следовательно, проекция ускорения будет больше нуля, .

У параболы 2 начальная координата больше нуля. Ветви этой параболы направлены вниз, следовательно, проекция ускорения будет меньше нуля, .

Модуль проекции ускорения будет больше во втором случае, так как координата (x) менялась быстрее.

Задача 2

На рисунке 9 представлен график зависимости  для равноускоренно движущегося тела. Известно, что начальная координата тела составляла . По этим данным запишите аналитически зависимость ,  и , а также постройте график зависимости .

Рис. 9. Иллюстрация к задаче

Решение

1. Общий вид закона :

 

На графике видно, что проекция начальной скорости равна:

 

Формула для нахождения проекции ускорения:

 

В данном случае удобно определить скорость  в точке пересечения прямой с осью времени. Скорость в этой точке равна нулю . Время, за которое скорость изменилась от начального значения до значения , определим по графику. Это время равно .

 

Подставляем значение проекции начальной скорости и ускорения в уравнение :

 

2. Общий вид закона :

 

Значение проекции начальной скорости и ускорения нам известны, поэтому подставляем их в уравнение:

 

 

3. Общий вид закона :

 

Значение проекции начальной скорости и ускорения, а также начальной координаты нам известны, поэтому подставляем их в уравнение:

 

 

4. По имеющейся зависимости  построим график.

Для того чтобы построить график параболы, необходимо определить координаты вершины.

Координаты вершины  параболы  находятся по формулам:

;

Тогда,  

Ординату вершины найдем, подставив значение абсциссы () в уравнение зависимости :

 

Также необходимо найти точки пересечения параболы с осями.

Из условия известна начальная координата. То есть при , . Вторую точку найдем, подставив 0 вместо  в уравнение зависимости координаты от времени.

 

При решении данного квадратного уравнения получаем два корня  и . Нам подходит положительный корень , так как мы считаем, что тело начало двигаться в момент времени .  – момент времени за 2 с до начала наблюдения.

Следовательно, вторая точка имеет абсциссу , ординату .

По известным точкам строим параболу. Ветви данной параболы направлены вверх, так как в уравнении перед  стоит знак плюс (рис. 10).

Рис. 10. Иллюстрация к задаче

Список литературы

  1. М. М. Балашов, А. И. Гомонова, А. Б. Долицкий. Физика: механика. 10. – М.: Дрофа, 2004.
  2. А. П. Рымкевич. Физика. Задачник 10-11. – М.: Дрофа, 2006.
  3. В. А. Касьянов. Физика 10 кл. – М.: Дрофа, 2000.
  4. А. В. Перышкин, В. В. Крауклис. Курс физики. Т. 1. – М.: Гос. уч.-пед. изд. мин. просвещения РСФСР, 1957.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал «ru.solverbook.com» (Источник)
  2. Интернет-портал «msk.edu.ua» (Источник)
  3. Интернет-портал «festival.1september.ru» (Источник)

Домашнее задание

  1. Задача 57, 58 (стр. 15) – А. П. Рымкевич. Физика. Задачник 10-11
  2. Нарисуйте график зависимости координаты от времени для прямолинейного движения, удовлетворяющего одновременно двум условиям: а) средняя скорость в промежутке времени от 2 до 6 с равна 5 м/с; б) максимальная скорость в том же промежутке равна 15 м/с.
  3. По графикам зависимости проекции скорости от времени (рис. 11) определите для каждого тела:

а) проекцию начальной скорости;

б) проекцию скорости через 2 с;

в) проекцию ускорения;

г) уравнение проекции скорости;

д) когда проекция скорости тел будет равна 6 м/с.

Рис. 11. Иллюстрация к задаче

Источник

Добавить комментарий