Как найти время движения на участке

время на маршрут
определяется по формуле:

Tm
=
t∑д.+
t∑п.у.

(1)
,
где

Tm

время маршрута (час);

t∑д.
– суммарное
время движения (час);

t∑п.у
– суммарное
время перерывов в движении (час).

Суммарное время
движения определяется по формуле:

t∑д=
∑(
Lj/Vj)

(2), где

L
– длина i-того
участка (км);

V
– средняя скорость движения на i-том
участке (км./час.).

суммарное время
на заправку топлива определяется по
формуле:

t∑з.т.
=
(∂
L/Qo)to

(3), где

∂ – удельный
расход топлива (л/км)

L
– пробег на маршруте (км)

Qo
– емкость топливного бака (л)

to

продолжительность одной заправки (час)

суммарное время
перерывов в движении определяется по
формуле:

t∑п.у.
=tп.п.о.д+t∑з.т.+t∑и.к.+t∑о.т.
+
tп.в.т
+
t∑э.р.в.+t∑н.о.т
……..+t∑п
(4),
где

tп.п.о.д
– суммарное
время на проверку и оформление документов
(час);

t∑и.к
– суммарное время на инспекционный
контроль (час);

t∑о.т
– суммарное
время на ожидание на таможне (час);

tп.в.т

суммарное
время на посадки-высадки туристов (час);

t∑э.р.в
– суммарное
время на экскурсии(час) ;

t∑н.о.т
– суммарное
время на необходимый отдых туристов
(час) ;

t∑п
– суммарное
время на прочие перерывы в движении
(час) .

3.3 Расчет времени маршрута

Суммарное время
движения Санкт-Петербург – Москва

t∑д=
∑(
Lj/Vj)

L
– длина i-того
участка (км);

V
– средняя скорость движения на i-том
участке (км./час.).

t∑д=
692/80 = 8.65 или 8
часов 45 минут

Суммарное время
движения Москва – Рязань, Рязань –
Тамбов.

t∑д
=
462/80 =
5.75 или 5 часов
45 минут

Суммарное время
движения
Тамбов –
Волгоград:

t∑д
=
509/80=6.4
часа или
6 часов 25
минут

Суммарное время
движения Волгоград – Тамбов, Тамбов –
Рязань:

t∑д
= 788/80=9.75 или 9
часов
45
минут.

Суммарное время
движения Рязань – Москва, Москва –
Санкт-Петербург:

t∑д
= 875/80=9.75 или 10
часов
45
минут.

Время на маршрут
определяется по формуле:

Tm
=
t∑д.+
t∑п.у.

Tm

время маршрута (час);

t∑д.
– суммарное
время движения (час);

t∑п.у
– суммарное
время перерывов в движении (час).

1-е сутки

t∑д=8ч.45м.+
5ч.45м..+ 6ч.25м.+ 9ч.45м+10ч.45м.= 41ч.

t∑п.у=16ч.10м.+18ч.30м.+17ч.40м.+
14ч.20м.+5ч.30м = 72ч.10м.

Tm=41ч.+71ч.15м.=113ч.10м.

Суммарное время
на заправку топлива:

t∑з.т.
=
(∂
L/Qo)to

∂ – удельный
расход топлива (л/км) = 35 л/100 км. или 0.35
л/км

L
– пробег на маршруте (км)

Qo
– емкость топливного бака (л)

to

продолжительность одной заправки (час)

t∑з.т.
=
(0.35х3336/520)х0.15
= 0.34 или 20
минут

За счет большой
протяженности маршрута заправка
требуется 2 раза на протяжении маршрута.

Занесем полученные
данные в таблицу.

3.4
Сводная таблица расчета времени на
маршрут(час)

№ п/п

технологическая
операция

ед.
измерен.

1-сутки

2-сутки

3-сутки

4-сутки

5-сутки

Итого

Структура
времени в %

1.

Посадка

мин.

10

15

10

20

20

75

1.1

2.

Движение

мин.

525

330

380

580

645

2460

36.2

3.

Перерывы
в движении всего

мин.

965

1095

1050

840

310

4260

62.7

В
том числе:

3.1.

Посадки

мин.

10

15

10

20

20

75

1.8

3.2.

Высадки

мин.

20

20

10

20

25

95

2.2

3.3.

Кратковременный
отдых туристов

мин.

10

5

5

10

10

40

0.9

3.4.

Обед

мин.

110

145

150

130

90

625

14.7

3.5.

Заправка
топливом

мин.

10

10

20

0.5

3.6.

Пограничный
и тамож, контроль

мин.

0

0.0

3.7.

Экскурсии

мин.

150

180

150

480

11.3

3.8.

Свободное
время туристов

мин.

60

120

120

60

120

480

11.3

3.9.

Ночевки
в гостинице

мин.

570

570

550

550

2240

52.6

3.10.

Другие

мин.

45

45

65

70

55

280

6.6

Суммарное
время

мин.

965

1095

1050

840

310

4260

100

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

А что делать, если нужно найти среднее значение? В принципе, вычисления, показанные выше, и дают в итоге результат среднего значение искомого нами параметра. Однако можно вывести и более точное значение, если известно, что на некоторых участках по сравнению с другими скорость объекта была непостоянной. Тогда пользуются таким видом формулы:

vср=(v1+v2+v3+…+vn)/n

где v1, v2, v3, vn – значения скоростей объекта на отдельных участках пути S,

n – количество этих участков,

vср – средняя скорость объекта на всем протяжении всего пути.

Эту же формулу можно записать иначе, используя путь и время, за которое объект прошел этот путь:

vср=(S1+S2+…+Sn)/t,

где vср – средняя скорость объекта на всем протяжении пути,

S1, S2, Sn – отдельные неравномерные участки всего пути,

t – общее время, за которое объект прошел все участки.

Можно записать использовать и такой вид вычислений:

vср=S/(t1+t2+…+tn),

где S – общее пройденное расстояние,

t1, t2, tn – время прохождения отдельных участков расстояния S.

Но можно записать эту же формулу и в более точном варианте:

vср=S1/t1+S2/t2+…+Sn/tn,

где S1/t1, S2/t2, Sn/tn – формулы вычисления скорости на каждом отдельном участке всего пути S.

Таким образом, очень легко найти искомый параметр, используя данные выше формулы. Они очень просты, и как уже было указано, используются в начальных классах. Более сложные формулы базируются на этих же формулах и на тех же принципах построения и вычисления, но имеют другой, более сложный вид, больше переменных и разных коэффициентов. Это нужно для получения наиболее точного значения показателей.

Скорость, путь и время являются важными характеристиками любого механического движения. Они связаны между собой формулами:

  • $upsilon = frac{S}{t}$
  • $S = upsilon t$
  • $t = frac{S}{upsilon}$

Данные формулы описывают равномерное движение. При неравномерном движении мы говорим о средней скорости: $upsilon_{ср} = frac{S}{t}$.

Чтобы полноценно научиться использовать вышеупомянутые определения и величины, в данном уроке мы рассмотрим решение разнообразных задач. Вы научитесь вычислять скорость, среднюю скорость, время и путь, переводить единицы измерения скорости из одних в другие, узнаете, как использовать графики этих величин.

Задача №1

Выразите в метрах в секунду ($frac{м}{с}$) скорости: $60 frac{км}{ч}$; $90 frac{км}{ч}$; $300 frac{км}{ч}$; $120 frac{м}{мин}$.

Дано:
$upsilon_1 = 60 frac{км}{ч}$
$upsilon_2 = 90 frac{км}{ч}$
$upsilon_3 = 300 frac{км}{ч}$
$upsilon_4 = 120 frac{м}{мин}$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Для перевода скорости в метры в секунду нам нужно:

  • перевести километры в метры ($1 space км = 1000 space м$)
  • выразить часы или минуты в секундах ($1 space мин = 60 space с$; $1 space ч = 60 space мин = 3600 space с$)

Тогда,
$upsilon_1 = 60 frac{км}{ч} = 60 frac{1000 space м}{3600 space c} = frac{1000 space м}{60 space c} approx 16.7 frac{м}{с}$.

При вычислениях старайтесь увидеть величины, которые можно сократить (как 60 и 3600).

Если мы вычислим множитель $frac{1000 space м}{3600 space c}$, то получим, что $1 frac{км}{ч} = frac{}{3.6} frac{м}{с}$.

Вы можете каждый раз последовательно переводить величины (километры в метры и часы в секунды) или просто разделить скорость, выраженную в километрах в час на $3.6$ и получить скорость в метрах в секунду. Рекомендуется идти первым путем, потому что второй способствует потере точности.

Переведем следующие две скорости в единицы СИ:
$upsilon_2 = 90 frac{км}{ч} = 90 frac{1000 space м}{3600 space c} = 1000 cdot 0.025 frac{м}{с} = 25 frac{м}{с}$,
$upsilon_3 = 300 frac{км}{ч} = 300 frac{1000 space м}{3600 space c} = frac{1000 space м}{12 space c} approx 83.3 frac{м}{с}$.

Теперь переведем скорость, выраженную в метрах в минуту в метры в секунду:
$upsilon_4 = 120 frac{м}{мин} = 120 frac{м}{60 space c} = 2 frac{м}{с}$.

Ответ: $upsilon_1 approx 16.7 frac{м}{с}$; $upsilon_2 = 25 frac{м}{с}$; $upsilon_1 approx 83.3 frac{м}{с}$; $upsilon_4 = 2 frac{м}{с}$.

Задача №2

Пуля, выпущенная из винтовки, долетела до цели, находящейся на расстоянии $1 space км$, за $2.5 space с$. Найдите скорость пули.

Дано:
$S = 1 space км$
$t = 2.5 space с$

СИ:
$S = 1000 space м$

$upsilon — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Формула для расчета скорости:
$upsilon = frac{S}{t}$.

Перед вычислениями не забывайте переводить единицы измерения величин в СИ!

Рассчитаем скорость:
$upsilon = frac{1000 space м}{2.5 space с} = 400 frac{м}{с}$.

Ответ: $upsilon = 400 frac{м}{с}$.

Задача №3

Пароход, двигаясь против течения со скоростью $14 frac{км}{ч}$, проходит расстояние между двумя пристанями за $4 space ч$. За какое время он пройдет то же расстояние по течению, если его скорость в этом случае равна $5.6 frac{м}{с}$?

Дано:
$upsilon_1 = 14 frac{км}{ч}$
$t_1 = 4 space ч$
$upsilon_2 = 5.6 frac{м}{с}$

$t_2 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Найдем расстояние между двумя пристанями:
$S = upsilon_1 t_1$,
$S = 14 frac{км}{ч} cdot 4 space ч = 56 space км = 56 space 000 space м$.

Обратите внимание, что мы изначально не перевели единицы измерения в СИ (километры в час в метры в секунду и часы в секунды), потому что удобнее это сделать после расчета расстояния $S$. Таким образом мы сохраняем более высокую точность вычислений.

Итак, мы знаем расстояние и скорость движения парохода по течению. Теперь мы можем рассчитать время движения парохода по течению:
$t_2 = frac{S}{upsilon_2}$,
$t_2 = frac{56 space 000 space м}{5.6 frac{м}{с}} = 10 space 000 space с$.

Ответ: $t_2 = 10 space 000 space с$.

Задача №4

Автомобиль проехал равномерно участок дороги длиной $3.5 space км$ за $3 space мин$. Нарушил ли правила дорожного движения водитель, если на обочине расположен дорожный знак “скорость не более $50 frac{км}{ч}$”?

Дано:
$S = 3.5 space км$
$t = 3 space мин$

$upsilon — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

После того, как мы рассчитаем скорость движения автомобиля, нам нужно будет сравнить ее со скоростным ограничением в $50 frac{км}{ч}$. Для того чтобы это сделать, нужно, чтобы скорость тоже была выражена в километрах в час.

Так как водитель двигался равномерно, рассчитывать скорость его движения мы будем по формуле:
$upsilon = frac{S}{t}$.

Путь $S$ у нас и так выражен в километрах, а время — в минутах. Поэтому, перед рассветом скорости переведем время из минут в часы:
$t = 3 space мин = frac{3}{60} cdot ч = 0.05 space ч$.

Теперь мы можем рассчитать скорость движения автомобиля:
$upsilon = frac{3.5 space км}{0.05 space ч} = 70 frac{км}{ч}$.

Получается, что водитель нарушил правила дорожного движения, ведь $70 frac{км}{ч} > 50 frac{км}{ч}$.

Ответ: нарушил.

Задача №5

Росток бамбука за сутки вырастает на $86.4 space см$. На сколько он вырастает за $1 space мин$?

Дано:
$S = 86.4 space см$
$t = 1 space сут$
$t_1 = 1 space мин$

$S_1 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Переведем сутки в минуты:
$t = 1 space сут = 24 space ч = 24 cdot 60 space мин = 1440 space мин$.

Рассчитаем скорость роста бамбука, выраженную в сантиметрах в минуту:
$upsilon = frac{86.4 space см}{1440 space мин} = 0.06 frac{см}{мин}$.

Понятие скорости в физике определяет расстояние, которое тело проходит в единицу времени. В нашем случае полученную скорость роста мы можем описать так:
бамбук вырастает на расстояние, равное $0.06 space см$, за $1 space мин$.

Значит,
$S_1 =  0.06 space см = 0.6 space мм$.

Ответ: $S_1 =  0.6 space мм$.

Задача №6

Самолет, летящий со скоростью $300 frac{км}{ч}$, в безветренную погоду пролетел расстояние между аэродромами A и B за $2.2 space ч$. Обратный полет из-за встречного ветра он совершил за $2.5 space ч$. Определите скорость ветра.

Дано:
$upsilon_1 = 300 frac{км}{ч}$
$t_1 = 2.2 space ч$
$t_2 = 2.5 space ч$

$upsilon_в — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Сначала вычислим расстояние между аэродромами, которое пролетает самолет:
$S = upsilon_1 t_1$,
$S = 300 frac{км}{ч} cdot 2.2 space ч = 660 space км$.

Теперь рассчитаем скорость, с которой самолет совершил обратный полет:
$upsilon_2 = frac{S}{t_2}$,
$upsilon_2 = frac{660 space км}{2.5 space ч} = 264 frac{км}{ч}$

Если бы ветра не было, то скорость самолета составила бы $300 frac{км}{ч}$. Но ветер направлен противоположно движению самолеты, вектор его скорости противоположно направлен вектору скорости самолета. Поэтому мы можем записать, что скорость самолета, летящего при встречном ветре, равна разности скорости самолета в безветренной обстановке и скорости ветра:
$upsilon_2 = upsilon_1 — upsilon_в$.

Рассчитаем скорость ветра:
$upsilon_в = upsilon_1 — upsilon_2$,
$upsilon_в = 300 frac{км}{ч} — 264 frac{км}{ч} = 36 frac{км}{ч}$,
или в СИ $upsilon_в = 36 cdot frac{1000 space м}{3600 space с} = 10 frac{м}{с}$.

Ответ: $upsilon_в = 10 frac{м}{с}$.

Определите по графику равномерного движения, изображенному на рисунке 1:

  • скорость движения
  • путь, пройденный телом в течение $4.5 space с$
  • время, в течение которого пройден путь, равный $15 space м$
Рисунок 1. График равномерного движения

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Скорость равномерного движения рассчитывается по формуле:
$upsilon = frac{S}{t}$.

Выберем на графике такую точку, данные которой мы можем точно определить. Например, в момент времени, равный $4 space с$, был пройден путь, равный $16 space м$.

Используя эти данные, рассчитаем скорость:
$upsilon = frac{16 space м}{4 space с} = 4 frac{м}{с}$.

Найдем путь, пройденный телом в течение $4.5 space с$. Если мы взглянем на график, то в этот момент времени тело прошло путь, приблизительно равный $18 space м$. Давайте проверим точность этих данных с помощью вычислений:
$S = upsilon t$,
$S = 4 frac{м}{с} cdot 4.5 space с = 18 space м$.

Используя график, мы не можем точно определить время, в течение которого пройден путь, равный $15 space м$. Поэтому вычислим его:
$t = frac{S}{upsilon}$,
$t = frac{15 space м}{4 frac{м}{с}} = 3.75 space с$.

Ответ: $4 frac{м}{с}$, $18 space м$, $3.75 space с$.

Задача №8

Средняя скорость велосипедиста на всем пути равна $40 frac{км}{ч}$. Первую половину пути он ехал со скоростью $60 frac{км}{ч}$. С какой скоростью велосипедист проехал остаток пути?

Дано:
$upsilon_{ср} = 40 frac{км}{ч}$
$upsilon_1 = 60 frac{км}{ч}$
$S_1 = S_2 = frac{1}{2}S$

$upsilon_2 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Запишем формулу средней скорости при неравномерном движении:
$upsilon_{ср} = frac{S}{t}$.

Общее время движения $t$ мы можем представить в виде суммы $t_1 + t_2$, где $t_1$ — это время движения на первой половине пути, а $t_2$ — время движения на второй половине пути:
$upsilon_{ср} = frac{S}{t_1 + t_2}$.

Время мы можем выразить через скорость на данном участке пути и пройденный за это время путь:
$t_1 = frac{S_1}{upsilon_1} = frac{frac{1}{2}S}{upsilon_1} = frac{S}{2 upsilon_1}$,
$t_2 = frac{S_2}{upsilon_2} = frac{frac{1}{2}S}{upsilon_2} = frac{S}{2 upsilon_2}$,
$upsilon_{ср} = frac{S}{frac{S}{2 upsilon_1} + frac{S}{2 upsilon_2}} = frac{S}{frac{S(upsilon_1 + upsilon_2)}{2 upsilon_1 upsilon_2}} = frac{2 upsilon_1 upsilon_2}{upsilon_1 + upsilon_2}$.

Теперь выразим отсюда скорость $upsilon_2$, с которой велосипедист двигался вторую половину пути:
$2 upsilon_1 upsilon_2 = upsilon_{ср} upsilon_1 + upsilon_{ср} upsilon_2$,
$2 upsilon_1 upsilon_2 — upsilon_{ср} upsilon_2 = upsilon_{ср} upsilon_1$,
$upsilon_2 cdot (2 upsilon_1 —  upsilon_{ср}) = upsilon_{ср} upsilon_1$,
$upsilon_2 = frac{upsilon_{ср} upsilon_1}{2 upsilon_1 —  upsilon_{ср}}$.

Рассчитаем эту скорость:
$upsilon_2 = frac{40 frac{км}{ч} cdot 60 frac{км}{ч}}{2 cdot 60 frac{км}{ч} —  40 frac{км}{ч}} = frac{2400 frac{км}{ч}}{80} = 30 frac{км}{ч}$.

Ответ: $upsilon_2 =  30 frac{км}{ч}$.

Задача №9

На рисунке 2 дан график пути движения поезда. Определите скорости движения на участках, изображенных отрезками графика OA, AB и BC. Какой путь пройден поездом в течении $3 space ч$ с начала его движения?

Рисунок 2. График движения поезда

Дано:
$t = 3 space ч$

$upsilon_1 — ?$, $upsilon_2 — ?$, $upsilon_3 — ?$
$S — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Для того чтобы определить скорость на каждом участке пути, мы будем выбирать удобную нам точку на графике и проводить вычисления.

Определим скорость движения поезда на участке OA. В момент времени, равный $1 space ч$, пройденный поездом путь составил $40 space км$:
$upsilon_1 = frac{S_1}{t_1}$,
$upsilon_1 = frac{40 space км}{1 space ч} = 40 frac{км}{ч}$.

Участок графика AB параллелен оси времени, пройденный путь не изменяется. Значит скорость здесь равна нулю: $upsilon_2 = 0 frac{км}{ч}$.

Определим скорость движения поезда на участке BC. По наклону прямой графика мы видим, что скорость после остановки изменилась. За время с $2 space ч$ до $3 space ч$, пройденный путь изменился с $60 space км$ до $80 space км$. Значит, за $1 space ч$ поезд прошел путь, равный $20 space км$:
$upsilon_3 = frac{S_3}{t_3}$,
$upsilon_3 = frac{20 space км}{1 space ч} = 20 frac{км}{ч}$.

Теперь нам нужно найти путь, пройденный поездом за $3 space ч$ с момента начала движения. Этот путь будет складываться из трех составляющих на разных участках:
$S = S_1 + S_2 + S_3$.

Путь $S_2$, соответствующий участку AB будет равен нулю, так как на нем скорость движения равна нулю.

Тогда, используя данные графика и рассчитанные значения скоростей, мы можем записать:
$S = S_1 + S_3 = upsilon_1 t_1 + upsilon_3 t_3$,

$S = 40 frac{км}{ч} cdot 1.5 space ч + 20 frac{км}{ч} cdot 1 space ч = 80 space км$.

Ответ: $upsilon_1 = 40 frac{км}{ч}$, $upsilon_2 = 0 frac{км}{ч}$, $upsilon_3 = 20 frac{км}{ч}$, $S = 80 space км$.

Задача №10

От одной и той же станции в одном и том же направлении отправляются два поезда. Скорость первого $30 frac{км}{ч}$, второго $40 frac{км}{ч}$. Второй поезд отправляется через $10 space мин$ после первого. После сорокаминутного движения первый поезд делает пятиминутную остановку, потом продолжает двигаться дальше с прежней скоростью.
Определите графически, когда и на каком расстоянии от станции второй поезд догонит первый. Графическое решение проверьте вычислением.

Дано:
$upsilon_1 = 30 frac{км}{ч}$
$upsilon_2 = 40 frac{км}{ч}$
$t_{01} = 0 space мин$
$t_{02} = 10 space мин$
$t_1 = 40 space мин$
$t_{1о} = 5 space мин$

$t — ?$
$S — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Сначала займемся построением графика движения поездов. 

По оси $x$ мы будем откладывать время, а по оси $y$ — расстояние. Время оставим в $мин$, а расстояние будем отмечать в $км$. 

Построим график движения первого поезда (рисунок 3). Он начинает свое движение в момент времени $t_{01} = 0 space мин$.

Движется он со скоростью $30 frac{км}{ч}$ в течение $t_1 = 40 space мин$. Переведем эту скорость в $frac{км}{мин}$ и вычислим, какое расстояние этот поезд пройдет за указанное время:
$upsilon_1 = 30 frac{км}{ч} = 30 frac{км}{60 space мин} = 0.5 frac{км}{мин}$,
$S_1 = upsilon_1 t_2$,
$S = 0.5 frac{км}{мин} cdot 40 space мин = 20 space км$.

Поставим эту точку на графике и соединим с началом координат.

Рисунок 3. График движения первого поезда

Далее поезд сделал остановку. Этот участок графика будет параллелен оси времени — значение пройденного пути остается постоянным, ведь поезд никуда не двигается.

Далее поезд продолжает движение с прежней скоростью. Без вычислений мы можем провести из точки, соответствующей концу остановки, прямую параллельную первой части графика.

Теперь построим тут же график движения для второго поезда (рисунок 4).

Он начинает свое движение не из начала координат, а из точки, соответствующей времени $t_{02} = 10 space мин$.

Он движется со скоростью $40 frac{км}{ч}$. Это означает, что за $1 space ч = 60 space мин$ он проходит путь, равный $40 space км$. Отметим эту точку на координатной плоскости и соединим с точкой начала движения.

Рисунок 4. Графики движения обоих поездов

Итак, графически мы получили, что

  • Второй поезд догонит первый в момент времени $t = 40 space мин$
  • Поезда встретятся на расстоянии $S = 20 space км$ от места отправления

Теперь подтвердим полученные данные вычислениями. Поезда встретятся друг с другом, пройдя определенный путь $S$. Это случится через определенное время $t$:
$S = S_1 = S_2$,
$S_1 = upsilon_1 t$,
$S_2 = upsilon_2 (t — t_{02})$.

Найдем это время:
$upsilon_1 t = upsilon_2 (t — t_{02})$,
$upsilon_2 t — upsilon_1 t = upsilon_2 t_{02}$,
$t (upsilon_2 — upsilon_1) = upsilon_2 t_{02}$,
$t = frac{upsilon_2 t_{02}}{upsilon_2 — upsilon_1}$.

Перед расчетом переведем $мин$ в $ч$: $t_{02} = 10 space мин = frac{10}{60} space ч = frac{1}{6} space ч$.

Теперь рассчитаем время встречи двух поездов:
$t = frac{40 frac{км}{ч} cdot frac{1}{6} space ч}{40 frac{км}{ч} — 30 frac{км}{ч}} = frac{4}{6} space ч = frac{2}{3} space ч = 40 space мин$.

Используя полученное значение времени и скорость движения первого поезда, рассчитаем расстояние, на котором встретятся поезда:
$S = upsilon_1 t$,
$S = 30 frac{км}{ч} cdot frac{2}{3} space ч = 20 space км$.

Ответ: $t = 40 space мин$, $S = 20 space км$.

Задача №11

Поезд прошел $25 space км$ за $35 space мин$, причем первые $10 space км$ он прошел в течение $18 space мин$, вторые $10 space км$ в течение $12 space мин$, а последние $5 space км$ за $5 space мин$. Определите среднюю скорость поезда на каждом участке и на всем пути.

Дано:
$S = 25 space км$
$t = 35 space мин$
$S_1 = 10 space км$
$t_1 = 18 space мин$
$S_2 = 10 space км$
$t_2 = 12 space мин$
$S_3 = 5 space км$
$t_3 = 5 space мин$

$upsilon_{1ср} — ?$, $upsilon_{2ср} — ?$, $upsilon_{3ср} — ?$
$upsilon_{ср} — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Переведем время из $мин$ в $ч$:

  • $t = 35 space мин = frac{35}{60} space ч = frac{7}{12} space ч$
  • $t_1 = 18 space мин = frac{18}{60} space ч = frac{3}{10} space ч = 0.3 space ч$
  • $t_2 = 12 space мин = frac{12}{60} space ч = frac{1}{5} space ч = 0.2 space ч$
  • $t_3 = 5 space мин = frac{5}{60} space ч = frac{1}{12} space ч$

Теперь рассчитаем среднюю скорость на каждом участке пути:

  • $upsilon_{1ср} = frac{S_1}{t_1}$,
    $upsilon_{1ср} = frac{10 space км}{0.3 space ч} approx 33.3 frac{км}{ч}$
  • $upsilon_{2ср} = frac{S_2}{t_2}$,
    $upsilon_{2ср} = frac{10 space км}{0.2 space ч} = 50 frac{км}{ч}$
  • $upsilon_{3ср} = frac{S_3}{t_3}$,
    $upsilon_{3ср} = frac{5 space км}{frac{1}{12} space ч} = 60 frac{км}{ч}$

Рассчитаем среднюю скорость на на всем пути:
$upsilon_{ср} = frac{S}{t}$,
$upsilon_{ср} = frac{25 space км}{frac{7}{12} space ч} approx 42.9 frac{км}{ч}$

Ответ: $upsilon_{1ср}  approx 33.3 frac{км}{ч}$, $upsilon_{2ср} = 50 frac{км}{ч}$, $upsilon_{3ср} = 60 frac{км}{ч}$, $upsilon_{ср} approx 42.9 frac{км}{ч}$.

§6. Примеры движения тела. Методы решения задач.

Рассмотрим некоторые характерные примеры движения тела, знание которых будет полезно при дальнейшем изучении физики.

1.Равномерное прямолинейное движение тела.

При равномерном прямолинейном движении тело совершает равные перемещения `Delta vecr`  за одинаковые промежутки времени  `Delta t`. Иными словами, скорость  `vec v` тела не зависит от времени и остаётся постоянной в процессе движения:

При этом зависимость `vec r(t)` имеет вид:

`vec r(t)=vec r_0+vec v t`,                                                                     (7)

где  `vec r_0`  –  радиус-вектор тела в начальный момент времени  $$ t=0$$ . В этой связи вспомним замечание о начальных условиях, сделанное в §4.  Вектор  $$ {overrightarrow{r}}_{0}$$  здесь является тем начальным условием, которое позволяет однозначно определить радиус-вектор $$ overrightarrow{r}$$ тела в любой момент времени в процессе движения.

Векторное уравнение (7) равносильно системе двух скалярных уравнений, выражающих зависимость от времени $$ t $$ координат $$ x$$ и $$ y$$ движущегося тела:

$$ left{begin{array}{l}xleft(tright)={x}_{0}+{v}_{x}left(tright),\ yleft(tright)={y}_{0}+{v}_{y}left(tright)·end{array}right.$$           (8)

где $$ {x}_{0}$$ и $$ {y}_{0}$$ – начальные координаты тела в момент времени $$ t=0$$, а $$ {v}_{x}$$ и $$ {v}_{y}$$ -проекции вектора скорости `vecv` на координатные оси $$ Ox$$ и $$ Oy$$ соответственно. 

Траектория равномерного прямолинейного движения тела графически представляет собой отрезок прямой линии (рис. 9), тангенс угла наклона которой к оси абсцисс равен отношению проекций скорости на оси координат: $$ mathrm{tg}alpha ={v}_{y}/{v}_{x}$$. Аналитическое уравнение траектории, т. е. зависимость $$ yleft(xright)$$, легко получить, исключив параметр $$ t$$ из системы уравнений (8):

`y(x)=(v_y)/(v_x)(x-x_0)+y_0`.                                                                 (9)

Равномерное прямолинейное движение тела на плоскости $$ xOy$$ описывается уравнениями: $$ xleft(tright)=6+3t$$, $$ yleft(tright)=4t$$ (величины измерены  в  СИ).  Запишите  уравнение  траектории  тела.  Изобразите графически  зависимость  модуля  вектора  скорости  от  времени   $$ vleft(tright)$$. Определите путь, пройденный телом в течение первых пяти секунд движения.

Сравнивая уравнения движения, представленные в условии задачи, с системой уравнений (8), находим:

$$ {x}_{0}=6$$ м, $$ {y}_{0}=0$$ , $$ {v}_{x} =3$$ м/c, $$ {v}_{y} =4$$ м/c.

Уравнение траектории получим, подставив эти значения в общее уравнение (9):

`y(x) =4/3(x – 6)`, или `y(x) = 4/3 x – 8`.

Модуль $$ v$$ скорости тела определим, зная $$ {v}_{x}$$ и $$ {v}_{y}$$:

`v=sqrt(v_x^2+v_y^2)=5` м/с.

График зависимости $$ vleft(tright)$$ представлен на рис. 10. При равномерном прямолинейном движении пройденный путь `Delta S` численно равен модулю вектора `Delta vec r` перемещения тела. Вектор `Deltavec r` для такого движения найдём из уравнения (7):  `Deltavec r = vec r (t) – vec r_0 = vec vt`. Его модуль равен: `Delta r = vt`. Таким образом, при равномерном движении путь, пройденный  телом   в  течение  времени  `t`,   определяется  по формуле `Delta S = vt`,  т. е. численно равен  площади  прямоугольника  под графиком зависимости  $$ vleft(tright)$$ . Этот вывод можно обобщить и на случай неравномерного движения.

В нашем примере путь равен площади прямоугольника, заштрихованного на рис. 10:

`Delta S = vt = 5  “м”/”c”*5  “c” = 25  “м”`.

Используя рассуждения аналогичные Примеру 3, несложно показать, что пусть численно равен площади фигуры под графиком скорости при любом произвольном движении материальной точки.

Координаты тела при  равномерном прямолинейном движении  на  плоскости   $$ xOy $$ за  время  $$ t=2$$ c изменились  от начальных значений $$ {x}_{0}=5$$ м, $$ {y}_{0}=7$$ м до значений $$ x=-3$$ м и $$ y=1$$ м. Найдите модуль скорости тела. Запишите уравнение траектории тела. Изобразите графически траекторию тела и направление вектора его скорости. Постройте графики зависимости координат тела от времени.

Проекции скорости на оси координат можно найти с помощью уравнений движения (8) и численных данных задачи:

`v_x=(x-x_0)/t=(-3-5)/2=-4` м/с, `v_y=(y-y_0)/t=(1-7)/2=-3` м/с.

Тогда модуль скорости  `v=sqrt(v_x^2+v_y^2)=5` м/с.

Уравнение траектории $$ yleft(xright)$$ с учётом (9) и численных данных задачи имеет вид:

$$ yleft(xright)={displaystyle frac{3}{4}}(x-5)+7$$, или $$ yleft(xright)={displaystyle frac{3}{4}}x+{displaystyle frac{13}{4}}$$

Положение тела в начальный и  конечный моменты времени (точки `A` и `B`), его траектория и направление скорости изображены на рис. 11. Зависимость координат тела от времени легко найти аналитически, подставляя начальные условия и значения $$ {v}_{x}$$ и $$ {v}_{y}$$ в общие уравнения движения (8):

$$ xleft(tright)=5-4t,yleft(tright)=7-3t$$. 

Графически эти зависимости представлены в виде отрезков прямых на рис. 12.

Заметим, что тангенсы углов наклона отрезков прямых на рис. 12 численно равны коэффициентам при $$ t$$ в соответствующих уравнениях $$ xleft(tright)$$ и $$ yleft(tright)$$, т. е. значениям $$ {v}_{x}$$ и $$ {v}_{y}$$:

`”tg”alpha=-4`, `”tg”beta=-3`.

(Т. к. в данном случае графики уравнений движения представляют собой убывающие функции, то здесь тангесы отрицательны.)

2. Неравномерное движение тела.

Для неравномерного движения характерно то, что с течением времени изменяется скорость движущегося тела, а в общем случае и его ускорение. В качестве примера может служить движение, при котором тело проходит различные участки своего пути с разной скоростью. Такое движение принято характеризовать, прежде всего, средней путевой скоростью. Причём прилагательное «путевая» в условиях задач часто опускается.

Любитель  бега  трусцой  пробежал  половину  пути со скоростью $$ {v}_{1}=10$$ км/ч. Затем половину оставшегося времени бежал со скоростью $$ {v}_{2}=8$$ км/ч, а потом до конца пути шёл пешком со скоростью $$ {v}_{3}=4$$ км/ч. Определить среднюю скорость движения бегуна.

Из смысла условия задачи следует, что здесь  речь  идёт  о средней  путевой  скорости.  Разобьём  весь  путь   `Delta S`   на  три   участка `Delta S_1`, `Delta S_2` и `Delta S_3`. Время движения на каждом участке обозначим соответственно `Delta t_1`, `Delta t_2`, `Delta t_3`. Средняя скорость бегуна согласно определению, выраженному формулой (3), будет равна:

`v_”cp”= (Delta S_1 +Delta S_2+Delta S_3)/(Delta t_1+Delta t_2+Delta t_3)`.

По    условию    задачи `Delta S_1  =DeltaS // 2`, `Delta S_2 + Delta S_3  = Delta S //2`.    Поскольку `Delta S_1 = v_1Delta t_1`, `Delta S_2 = v_2Delta t_2`, `Delta S_3 = v_3Delta t_3` и, учитывая, что `Delta t_2 = Delta t_3`, найдём время движения на отдельных участках:

`Delta t_1=(Delta S_1)/(v_1)=(Delta S)/(2v_1)`,

`Delta t_2=(Delta S_2)/(v_2)=(Delta S)/(2(v_2+v_3))`,

`Delta t_3=(Delta S_3)/(v_3)=(Delta S)/(2(v_2+v_3))`.

Подставляя эти значения в выражение для `v_”ср”`, получим:

`v_”cp”=(Delta S)/((Delta S)/(2v_1)+(Delta S)/(2(v_2+v_3))+(Delta S)/(2(v_2+v_3)))  =(2v_1(v_2+v_3))/(2v_1+v_2+v_3)=7,5` км/ч.

Заметим, что иногда учащиеся подсчитывают среднюю путевую скорость движения по формуле `v_”ср”= (v_1 + v_2 + … + v_n)//n`, где  `v_i` – скорость движения на `i`-м участке, `n` – число участков пути. Аналогично поступают и с вектором средней скорости `v_”ср”`. Следует иметь в виду, что такой расчёт в общем случае является ошибочным.

Другим характерным примером неравномерного движения служит так называемое равнопеременное движение, которое целесообразно рассмотреть подробно, не выходя при этом за рамки школьной программы.

3. Равнопеременное движение.

Равнопеременным называется такое неравномерное движение, при котором скорость `vec v` за любые равные промежутки   времени   `Delta t`  изменяется  на  одинаковую  величину   `Deltavecv`. В этом случае ускорение `veca` тела не зависит от времени и остаётся постоянным в процессе движения:

(при этом `vec v != “const”`, и траектория движения не обязательно прямолинейная).
При равнопеременном движении скорость $$ overrightarrow{v}$$ тела изменяется с течением времени по закону

`vec v (t)=vec v_0 +vec at`,                                                               (11)

где `vecv_0` – скорость тела в начальный момент времени `t=0`.
В свою очередь, зависимость `vecr(t)` имеет вид:

`vec r(t)=vec r_0+vec v_0t+(vec a t^2)/2`,                                               (12)

где `vecr_0` – начальный радиус-вектор тела при `t=0`. Вновь заметим, что величины `vecv_0` и `vecr_0` представляют собой начальные условия, позволяющие в любой момент времени однозначно определить векторы `vecv` и `vecr`.

При координатном способе описания равнопеременного движения векторным уравнениям (11) и (12), равносильны следующие системы уравнений для проекций скорости и радиус-вектора тела на оси выбранной системы отсчёта. Здесь мы ограничиваемся случаем плоского движения, при котором траектория тела лежит в одной плоскости, совпадающей с координатной:

$$ left{begin{array}{l}{v}_{x}left(tright)={v}_{0x}+{a}_{x}t,\ {v}_{y}left(tright)={v}_{0y}+{a}_{y}t.end{array}right.$$      (13)
$$ left{begin{array}{l}xleft(tright)={x}_{0}+{v}_{0x}t+{displaystyle frac{{a}_{x}{t}^{2}}{2}},\ yleft(tright)={y}_{0}+{v}_{0y}t+{displaystyle frac{{a}_{y}{t}^{2}}{2}},end{array}right.$$ (14)

где $$ {x}_{0}$$ и $$ {y}_{0}$$ – начальные абсцисса и ордината тела (при $$ t=0$$), $$ {v}_{0x}$$ и $$ {v}_{0y}$$ – проекции начальной скорости `vecv_0` тела на координатные оси, $$ {a}_{x}$$ и  $$ {a}_{y}$$ – проекции вектора ускорения на оси $$ Ox$$ и $$ Oy$$ соответственно.
В принципе формулы (11) и (12), или равносильные им системы уравнений (13) и (14) позволяют решить любую задачу на движение тела с постоянным ускорением.

В случае прямолинейного движения тела удобнее одну координатную ось, например ось $$ Ox$$, совместить с траекторией тела. Тогда для описания движения будет достаточно одной этой оси, в проекциях на которую векторные уравнения (11) и (12) дают:

$$ {v}_{x}={v}_{0x}+{a}_{x}t$$,    $$ x={x}_{0}+{v}_{0x}t+{displaystyle frac{{a}_{x}{t}^{2}}{2}}$$.

Если на промежутке времени от $$ 0$$ до $$ t$$ направление движения тела не изменялось на противоположное, то разность $$ x-{x}_{0}$$текущей и начальной координат тела совпадает с пройденным путём $$ S$$, следовательно,

`S=v_(0x)t+(a_xt^2)/2`.

Эту формулу можно записать по-другому, если подставить в неё время $$ t$$,  выраженное из уравнения $$ {v}_{x}={v}_{0x}+{a}_{x}t$$ . Это время будет 

`t=(v_x-v_(0x))/a_x`.

Тогда для пути $$ S$$ после несложных преобразований получим

`S=(v_x^2-v_(0x)^2)/(2a_x)`.

Удобство этой формулы заключается в том, что она не содержит времени $$ t$$ в явном виде. Вместе с тем надо помнить, что формула получена в предположении о неизменности направления движения тела.

За `2`c прямолинейного равноускоренного движения тело прошло `20` м, увеличив свою скорость в `3` раза. Определите конечную скорость тела. (ЕГЭ, 2005г., уровень .B )

Пусть за время $$ t=2$$ с скорость тела изменилась от $$ {v}_{0}$$ до $$ v$$. Направим координатную ось $$ Ox$$ вдоль траектории тела в сторону движения. Тогда в проекциях на эту ось можно записать  `v=v_0+at`, `a` – модуль ускорения тела. По условию `v_0=1/3v` и, следовательно, `a=2/3v/t`. 

За время $$ t$$ тело, движущееся с таким ускорением, пройдёт путь

`S=(v^2-v_0^2)/(2a)`.

С учётом выражений для $$ {v}_{0}$$ и $$ a$$ получим  `S=2/3vt`. Откуда искомая скорость `v=3/2S/t`. Подставляя сюда значения `S = 20` м и `t =2` c, найдём окончательно `v =15` м/ с.


Одним из наиболее наглядных примеров равнопеременного движения является движение тела в поле тяжести Земли, которое мы имеем возможность наблюдать повседневно. Для решения задач в этом случае надо заменить в приведённых выше формулах вектор $$ overrightarrow{a}$$ на ускорение свободного падения $$ overrightarrow{g}$$, сообщаемое силой гравитационного притяжения всякому телу, движущемуся в поле тяжести Земли. Рассмотрим три конкретных случая такого движения.

Движение тела, брошенного вертикально.
Тело бросили с поверхности земли, сообщив ему начальную скорость $$ {overrightarrow{v}}_{0}$$ направленную вертикально вверх. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определите время $$ tau $$ полёта тела до момента падения на землю; скорость тела в момент падения; максимальную высоту $$ H$$ подъёма тела над землёй; время $$ {tau }_{1}$$ подъёма тела на максимальную высоту; путь `S`, пройденный телом за время полёта и перемещение тела. Начертите графики зависимости от времени $$ t$$ вертикальной координаты тела и проекции на вертикальную ось его скорости в процессе полёта.

Поскольку движение полностью происходит в вертикальном направлении, то для определения пространственного положения тела достаточно одной координатной оси $$ Oy$$. Направим её вертикально вверх, начало отсчёта $$ O$$ поместим в точку бросания (рис. 13). Начальные условия движения тела: $$ {y}_{0}=0,{v}_{0y}={v}_{0}$$.

Проекция ускорения тела на ось $$ Oy$$ в отсутствие сопротивления воздуха равна $$ {a}_{y}=-g$$ , т. к. вектор $$ overrightarrow{g}$$ направлен вертикально вниз противоположно направлению координатной оси. Вторые уравнения систем (13) и (14) с учётом начальных условий имеют вид:

Пусть при $$ t=tau $$ тело упало на землю. В этот момент $$ y=0$$ и уравнение (16) даёт: `0=v_0 tau-(g t^2)/2`. Откуда для $$ tau $$ получаем: $$ tau =0$$ или `tau=(2v_0)/g`. Значение $$ tau =0$$ соответствует начальному моменту бросания тела с поверхности земли, и для нас интереса не представляет. Следовательно, время полёта тела `tau=(2v_0)/g`.

Согласно (15), при $$ t=tau $$ имеем: $$ {v}_{y}={v}_{0}-gt$$. Тогда с учётом найденного значения $$ tau $$ получим $$ {v}_{y}={v}_{0}-2{v}_{0}=-{v}_{0}$$. Таким образом, скорость тела в момент падения равна по величине начальной скорости $$ {v}_{0}$$, но направлена вертикально вниз, её проекция на ось $$ Oy$$ отрицательна.

Пусть при $$ t={tau }_{1}$$ тело находится в наивысшей точке подъёма. Это значит, что $$ y=H,{v}_{y}=0$$. С учётом этих значений уравнения (15) и (16) дают:

`0=v_0-g tau_1`, `H=v_0 tau_1-(g tau_1^2)/2`.

Из первого уравнения определяем время подъёма тела  `tau_1=(v_0)/g` и, подставляя $$ {tau }_{1}$$ во второе уравнение, найдём `H=(v_0^2)/(2g)`.
Заметим, что время $$ {tau }_{1}$$ подъёма тела на максимальную высоту вдвое меньше времени $$ tau $$ полёта тела: $$ tau =2{tau }_{1}$$.
Путь $$ S$$, пройденный телом за время полёта, складывается из двух участков: подъёма до высшей точки траектории и падения с высшей точки траектории на поверхность земли. Очевидно, что длины траекторий движения тела на этих участках одинаковы и, значит, $$ S=2H$$. Перемещение тела равно нулю, поскольку начальная и конечная точки траектории тела совпадают.

Зависимость $$ yleft(tright)$$ в соответствии с (16) представляет собой квадратичную функцию, графиком которой, как известно, является парабола (рис. 14). Ветви параболы направлены вниз, т. к. в формуле (16) коэффициент при `t^2` отрицателен.
Зависимость $$ {v}_{y}left(tright)$$ является линейной, и её график представляет собой отрезок прямой линии (рис. 15), тангенс угла наклона которой коси абсцисс равен коэффициенту при $$ t$$ в формуле (15):

`”tg”alpha=-g`.

Движение тела, брошенного горизонтально.

Тело бросили с высоты $$ H$$ над поверхностью земли, сообщив ему начальную скорость $$ {overrightarrow{v}}_{0}$$, направленную горизонтально (рис. 16). Пренебрегая сопротивлением воздуха, определите время $$ tau $$ полёта тела до его падения на землю, дальность $$ l$$ полёта тела, скорость `vecv` тела в момент падения. Выбрав прямоугольную систему координат так, как показано на рис. 16, запишите уравнение траектории движения тела, начертите графики зависимости от времени $$ t$$ координат тела и проекций скорости тела на координатные оси.

Начало отсчёта $$ O$$ поместим на поверхности земли под точкой бросания (рис. 16). Начальные условия движения тела: `x_0=0`, `y_0=H`, `v_(0x)=v_0`, `v_(0y)=0`. Проекции ускорения тела на оси координат при отсутствии сопротивления воздуха равны:

`a_x=0`, `a_y=-g`.

Запишем системы уравнений (13) и (14) с учётом этих значений:

$$ left{begin{array}{l}{v}_{x}={v}_{0},\ {v}_{y}=-gt·end{array}right.$$                       (17)
                          
$$ left{begin{array}{l}x={v}_{0}t,\ y=H-{displaystyle frac{g{t}^{2}}{2}}·end{array}right.$$                           (18)

Пусть при $$ t=tau $$ тело упало на землю. Это означает, что $$ y=0$$, $$ x=l$$, и уравнения системы (18) принимают вид:

$$ l={v}_{0}tau $$, `0=H-(g tau^2)/2`.

Решая их ,находим:

`tau= sqrt((2H)/g)`, `l=v_0sqrt((2H)/g)`.

В свою очередь, система уравнений (17) даёт: $$ {v}_{x}={v}_{0},{v}_{y}=-gtau $$. С учётом значения $$ tau $$ получим `v_y=-sqrt(2gH)`, и модуль скорости `vecv` будет равен:

`v=sqrt(v_x^2+v_y^2)=sqrt(v_0^2+2gH)`.

Направление вектора `vecv` определим с помощью угла $$ alpha $$ (рис. 16):

`”tg”alpha=v_y//v_x=(-sqrt(2gH))//v_0`.

Уравнение $$ yleft(xright)$$ траектории движения тела получим, исключив параметр $$ t$$ из системы (18):

`y(x)=-g/(2v_0^2)x^2+H`.

Так как $$ yleft(xright)$$ представляет собой квадратичную функцию, то траекторией движения тела является участок параболы с вершиной в точке бросания. Ветви параболы направлены вниз. Графики, требуемые в условии данного примера, представлены соответственно на рис. 17 и рис. 18.

Движение тела, брошенного под углом к горизонту.

Тело бросили с поверхности земли с начальной скоростью $$ {v}_{0}$$ направленной под углом $$ alpha $$ к горизонту (рис. 19). Пренебрегая сопротивлением воздуха, определите время $$ tau $$ полёта тела до его падения на землю,дальность $$ l$$ полёта тела, скорость тела в момент падения на землю,максимальную высоту $$ H$$ подъёма тела над землёй, время $$ {tau }_{1}$$ подъёма тела на максимальную высоту. Запишите уравнение траектории тела.

Направим оси прямоугольной системы координат, как показано на рис. 19. Начало отсчёта $$ O$$ поместим в точку бросания. Тогда начальные условия движения тела таковы: `x_0=0`, `y_0=0`, `v_(0x)=v_0cosalpha`, `v_(0y)=v_0sinalpha`. При отсутствии сопротивления воздуха $$ {a}_{x}=0,{a}_{y}=g$$ С учётом этих значений системы уравнений (13) и (14) имеют вид:

$$ left{begin{array}{l}{v}_{x}={v}_{0}mathrm{cos}alpha ,\ {v}_{y}={v}_{0}mathrm{sin}alpha -gt·end{array}right.$$                   (19)
$$ left{begin{array}{l}x=left({v}_{0}mathrm{cos}alpha right)t,\ y=left({v}_{0}mathrm{sin}alpha right)t-{displaystyle frac{g{t}^{2}}{2}}·end{array}right.$$                       (20)

Пусть при $$ t=tau $$ тело упало на землю, тогда: $$ y=0,x=l$$. Уравнения системы (20) дают:

$$ l=left({v}_{0}mathrm{cos}alpha right)tau $$,    $$ 0=left({v}_{0}mathrm{sin}alpha right)tau -{displaystyle frac{g{tau }^{2}}{2}}$$. 

Откуда находим

$$ tau ={displaystyle frac{2{v}_{0}mathrm{sin}alpha }{g}}$$,    $$ l={displaystyle frac{{v}_{0}^{2}text{sin}2alpha }{g}}$$

(Здесь использовано равенство $$ 2mathrm{sin}alpha mathrm{cos}alpha =mathrm{sin}2alpha .$$ )
Из полученного выражения для $$ l$$ легко определить угол $$ alpha $$, при котором дальность полёта тела будет максимальной. Действительно, величина $$ l$$ как функция от $$ alpha $$ принимает максимальное значение в том случае, когда $$ mathrm{sin}2alpha =1$$. Это возможно, если `2alpha=90^@`, т. е. `alpha=45^@`.

Модуль скорости тела в момент падения на землю определим с помощью теоремы Пифагора:  `v=sqrt(v_x^2+v_y^2)`. В соответствии с системой уравнений (19) в этот момент (при $$ t=tau $$ ) имеем: $$ {v}_{x}={v}_{0}mathrm{cos}alpha $$, $$ {v}_{y}={v}_{0}mathrm{sin}alpha -gtau =-{v}_{0}mathrm{sin}alpha $$.

Следовательно, $$ v=sqrt{{v}_{0}^{2}{mathrm{cos}}^{2}alpha +{v}_{0}^{2}{mathrm{sin}}^{2}alpha }={v}_{0}$$, (так как $$ {mathrm{cos}}^{2}alpha +{mathrm{sin}}^{2}alpha =1$$).

Направление скорости тела в момент падения составляет угол $$ alpha $$ с направлением оси $$ Ox$$. Этот угол отсчитывается по часовой стрелке от направления оси $$ Ox$$.

Пусть при $$ t={tau }_{1}$$ тело достигло максимальной высоты. В этот момент $$ {v}_{y}=0$$, `y=H`. Соответствующие уравнения систем (19) и (20) дают:

$$ 0={v}_{0}mathrm{sin}alpha -g{tau }_{1}$$,  $$ H=left({v}_{0}mathrm{sin}alpha right){tau }_{1}-{displaystyle frac{g{tau }_{1}^{2}}{2}}$$.

Отсюда последовательно находим:

$$ {tau }_{1}={displaystyle frac{{v}_{0}mathrm{sin}alpha }{g}}$$, $$ H={displaystyle frac{{v}_{0}^{2}{mathrm{sin}}^{2}alpha }{2g}}$$.

Видим,что $$ tau =2{tau }_{1}$$.

Уравнение траектории получим, исключив из системы (20) время $$ t$$ :

$$ yleft(xright)={displaystyle frac{g}{2{v}_{0}^{2}{mathrm{cos}}^{2}alpha }}{x}^{2}+mathrm{tg}alpha x$$. 

График траектории тела представляетсобой участок параболы, ветви которой направлены вниз.

С древних времен людей беспокоит мысль о достижении сверх скоростей, так же как не дают покоя раздумья о высотах, летательных аппаратах. На самом деле это два очень сильно связанных между собой понятия. То, насколько быстро можно добраться из одного пункта в другой на летательном аппарате в наше время, зависит полностью от скорости. Рассмотрим же способы и формулы расчета этого показателя, а также времени и расстояния.

Как же рассчитать скорость?

На самом деле, рассчитать ее можно несколькими способами:

  • через формулу нахождения мощности;
  • через дифференциальные исчисления;
  • по угловым параметрам и так далее.

В этой статье рассматривается самый простой способ с самой простой формулой – нахождение значения этого параметра через расстояние и время. Кстати, в формулах дифференциального расчета также присутствуют эти показатели. Формула выглядит следующим образом:

v=S/t, где

  • v – скорость объекта,
  • S – расстояние, которое пройдено или должно быть пройдено объектом,
  • t – время, за которое пройдено или должно быть пройдено расстояние.

Как видите, в формуле первого класса средней школы нет ничего сложного. Подставив соответствующие значения вместо буквенных обозначений, можно рассчитать быстроту передвижения объекта. Например, найдем значение скорости передвижения автомобиля, если он проехал 100 км за 1 час 30 минут. Сначала требуется перевести 1 час 30 минут в часы, так как в большинстве случаев единицей измерения рассматриваемого параметра считается километр в час (км/ч). Итак, 1 час 30 минут равно 1,5 часа, потому что 30 минут есть половина или 1/2 или 0,5 часа. Сложив вместе 1 час и 0,5 часа получим 1,5 часа.

Теперь нужно подставить имеющиеся значения вместо буквенных символов:

v=100 км/1,5 ч=66,66 км/ч

Здесь v=66,66 км/ч, и это значение очень приблизительное (незнающим людям об этом лучше прочитать в специальной литературе), S=100 км, t=1,5 ч.

Таким нехитрым способом можно найти скорость через время и расстояние.

А что делать, если нужно найти среднее значение? В принципе, вычисления, показанные выше, и дают в итоге результат среднего значение искомого нами параметра. Однако можно вывести и более точное значение, если известно, что на некоторых участках по сравнению с другими скорость объекта была непостоянной. Тогда пользуются таким видом формулы:

vср=(v1+v2+v3+…+vn)/n, где v1, v2, v3, vn – значения скоростей объекта на отдельных участках пути S, n – количество этих участков, vср – средняя скорость объекта на всем протяжении всего пути.

Эту же формулу можно записать иначе, используя путь и время, за которое объект прошел этот путь:

  • vср=(S1+S2+…+Sn)/t, где vср – средняя скорость объекта на всем протяжении пути,
  • S1, S2, Sn – отдельные неравномерные участки всего пути,
  • t – общее время, за которое объект прошел все участки.

Можно записать использовать и такой вид вычислений:

  • vср=S/(t1+t2+…+tn), где S – общее пройденное расстояние,
  • t1, t2, tn – время прохождения отдельных участков расстояния S.

Но можно записать эту же формулу и в более точном варианте:

vср=S1/t1+S2/t2+…+Sn/tn, где S1/t1, S2/t2, Sn/tn – формулы вычисления скорости на каждом отдельном участке всего пути S.

Таким образом, очень легко найти искомый параметр, используя данные выше формулы. Они очень просты, и как уже было указано, используются в начальных классах. Более сложные формулы базируются на этих же формулах и на тех же принципах построения и вычисления, но имеют другой, более сложный вид, больше переменных и разных коэффициентов. Это нужно для получения наиболее точного значения показателей.

Другие способы вычисления

Существую и другие способы и методы, которые помогают вычислить значения рассматриваемого параметра. В пример можно привести формулу вычисления мощности:

N=F*v*cos α , где N – механическая мощность,

F – сила,

v – скорость,

cos α – косинус угла между векторами силы и скорости.

Нахождение среднего значения

Способы вычисления расстояния и времени

Можно и наоборот, зная скорость, найти значение расстояния или времени. Например:

S=v*t, где v – понятно что такое,

S – расстояние, которое требуется найти,

t – время, за которое объект прошел это расстояние.

Таким образом вычисляется значение расстояния.

Или вычисляем значение времени, за которое пройдено расстояние:

t=S/v, где v – все та же скорость,

S – расстояние, пройденный путь,

t – время, значение которого в данном случае нужно найти.

Скорость время и расстояние

Для нахождения средних значений этих параметров существует довольно много представлений как данной формулы, так и всех остальных. Главное, знать основные правила перестановок и вычислений. А еще главнее знать сами формулы и лучше наизусть. Если же запомнить не получается, тогда лучше записывать. Это поможет, не сомневайтесь.

Пользуясь такими перестановками можно с легкостью найти время, расстояние и другие параметры, используя нужные, правильные способы их вычисления.

И это еще не предел!

Видео

В нашем видео вы найдете интересные примеры решения задач на нахождение скорости, времени и расстояния.

Добавить комментарий