Что значит прямолинейно в физике
Что значит прямолинейно в физике
Прямолинейное движение тела — это движение, при котором тело движется по прямой линии в данной системе отсчёта.
Чтобы описать прямолинейное движение в выбранной системе отсчёта, необходимо в момент начала движения включить часы и измерять координату тела в различные моменты времени. Результаты измерений представляют в виде таблицы (табличный способ описания движения) или графика движения в осях: время — координата (графический способ описания движения).
Если известна графическая зависимость координаты тела от времени в виде непрерывной линии, то движение тела описано полностью, т. е. можно:
2. Равномерное движение
Прямолинейное движение тела называют равномерным, если тело за любые равные промежутки времени проходит равные расстояния в одном и том же направлении. Изменением координаты тела за промежуток времени от момента t1 до момента t2 называют разность х2 — х1 между конечным и начальным значениями координаты.
x = х0 + v • t,
где х0 — начальная координата тела, t — момент времени после начала движения, v — постоянная величина, равная изменению координаты тела за единицу времени, х — координата тела в момент времени t.
3. Скорость прямолинейного равномерного движения
Если тело движется равномерно прямолинейно, то физическую величину v, численно равную изменению его координаты за единицу времени, называют значением скорости равномерного прямолинейного движения. В СИ единица скорости — метр в секунду (м/с).
Скорость — векторная величина, которая характеризуется не только своим модулем, но и направлением. Если значение скорости положительно, то скорость направлена в положительном направлении оси X. Если же значение скорости отрицательно, то скорость направлена в отрицательном направлении оси X.
Конспект урока по физике в 7 классе «Прямолинейное равномерное движение».
Решение задач на равномерное движение в конспекте: «Задачи на движение».
Прямолинейное движение.
Чтобы найти координаты движущегося тела в любой момент времени, нужно знать проекции вектора перемещения на оси координат, а значит, и сам вектор перемещения. Что для этого нужно знать. Ответ зависит от того, какое движение совершает тело.
Рассмотрим сначала самый простой вид движения – прямолинейное равномерное движение.
Движение, при котором тело за любые равные промежутки совершает одинаковые перемещения, называют прямолинейным равномерным движением.
Чтобы найти перемещение тела в равномерном прямолинейном движении за какой-то промежуток времени t, надо знать, какое перемещение совершает тело за единицу времени, поскольку за любую другую единицу времени оно совершает такое же перемещение.
Перемещение, совершаемое за единицу времени, называют скоростью движения тела и обозначают буквой υ. Если перемещение на этом участке обозначить через 
, а промежуток времени через t, то скорость можно выразить отношением к 
. Поскольку перемещение – векторная величина, а время – скалярная, то скорость тоже векторная величина. Вектор скорости направлен так же, как и вектор перемещения.
Скоростью равномерного прямолинейного движения тела называют величину, равную отношению перемещения тела к промежутку времени, в течение которого это перемещение произошло:
,
Таким образом, скорость показывает, какое перемещение совершает тело в единицу времени. Следовательно, чтобы найти перемещение тела, надо знать его скорость 
. Перемещение тела вычисляется по формуле:
.
Вектор перемещения направлен так же, как и вектор скорости, время t – величина скалярная.
По формулам, написанным в векторной форме, вычисления вести нельзя, поскольку векторная величина имеет не только численное значение, но и направление. При вычислениях пользуются формулами, в которые входят не векторы, а их проекции на оси координат, так как над проекциями можно производить алгебраические действия.
Поскольку векторы 
равны, то равны и их проекции на ось X, отсюда:
.
Теперь можно получить формулу для вычисления координаты x точки в любой момент времени. Нам известно, что
Из этой формулы видно, что при прямолинейном равномерном движении координата тела линейно зависит от времени, а это значит, что с ее помощью можно описать прямолинейное равномерное движение.
Кроме того, из формулы следует, что для нахождения положения тела в любой момент времени при прямолинейном равномерном движении нужно знать начальную координату тела x0 и проекцию вектора скорости на ось, вдоль которой движется тело.
Прямолинейное равномерное движение встречается редко. Чаще приходится иметь дело с движением, при котором за равные промежутки времени перемещения тела могут быть различными. Это значит, что скорость тела с течением времени как-то изменяется. С переменной скоростью движутся автомобили, поезда, самолеты и т. д., брошенное вверх тело, падающие на Землю тела.
.
Средняя скорость показывает, чему равно перемещение, которое тело в среднем совершает за единицу времени.
Однако, при помощи понятия средней скорости основную задачу механики – определить положение тела в любой момент времени – решить нельзя.
Равномерное прямолинейное движение: проекция и формулы
В природе существует несколько видов движения, с которыми человек ежедневно сталкивается. Но в каждом случае действуют свои законы физики. Любое механическое движение тела можно разделить на две категории: вращательное и линейное. Для решения поставленных задач нужно знать принцип изменения координат конкретного объекта в зависимости от времени. Если речь касается равномерного прямолинейного движения, тогда следует учесть действующие законы физики.
Скорость и её свойства
В физике все явления имеют своё научное объяснение. Когда тело движется исключительно равномерно прямолинейно, то имеющуюся величину v, которая численно соответствует его координатам за единицу времени, называют значением скорости. Для обозначения используется сокращение (м/с).
Скорость представляет собой векторную величину, которая отличается не только своим направлением, но и модулем. Именно это учитывается в первую очередь при решении задач. В положительную сторону относительно оси скорость будет направлена в том случае, если речь не касается отрицательных значений. В противном случае результат будет кардинально противоположным.
Все виды движения тел связаны с прямолинейной либо круговой траекторией. В первом случае ускоренное движение с известной первоначальной скоростью подразумевает комбинацию двух видов перемещения. В качестве примера можно рассмотреть следующую ситуацию: автомобиль ехал со скоростью v0, но водитель нажал на тормоза, в результате чего транспортное средство остановилось. Для функции скорости уместной будет следующая формула: v = v0 — a * t. Начальная скорость обозначается с помощью v0. Присутствующий знак «-» указывает на то, что внешняя сила направлена исключительно против скорости v0.
Формулу для пути можно получить в том случае, если задействовать интеграл по времени от v (t). Итоговый результат будет выглядеть так: s = v0 * t — a * t 2 / 2. Если использовать эту формулу, тогда можно будет узнать путь торможения. Когда нужно определить расстояние, которое проехало транспортное средство за всё время, тогда нужно попробовать отыскать сумму двух путей: для равнозамедленного и равномерного движения. Если водитель вместо педали тормоза нажал на газ, то в формуле знак «-» поменяли бы на «+».
Особенности равномерного движения
В физике прямолинейным равномерным принято называть то движение, при котором за любые равные промежутки времени тело может совершить одинаковые перемещения. У этого процесса есть свои нюансы. Если нужно разобраться в том, будет ли являться равномерным прямолинейным то движение, при котором определённый объект за секунду проходит одинаковое расстояние, совершая стандартные перемещения (например, 1 см), тогда нужно учесть детали. Если за первые 0,5 секунды объект сможет пройти сантиметр, то оставшиеся полсекунды будет перерыв — движение не будет равномерным.
В качестве примера можно рассмотреть движение пузырьков в воде, падение капель дождя, езду автомобиля и поезда на определённом участке пути. В повседневной жизни человек редко сталкивается с равномерным движением. Но если правильно подходить к процессу, тогда можно моделировать более сложные ситуации и применять их на практике.
Если речь касается прямолинейного равномерного движения, тогда перемещение будет прямо пропорциональным времени. Это физическое явление можно записать с помощью следующих формул:
Из этих формул можно понять, что отношение перемещения ко времени будет постоянной величиной. Благодаря этому такое понятие может быть введено в качестве основной характеристики прямолинейного равномерного движения.
Окружность в физике
Благодаря ускорению происходит движение любых объектов по окружности. Это связано с тем, что даже при сохранении модуля скорости меняется направление. Центростремительным называют то ускорение, которое зависит от изменений окружности. Этот процесс искривляет траекторию тела, постепенно превращая её в окружность. Для вычисления модуля скорости используется следующая формула: ac = v 2 / r. Задействованная буква r обозначает радиус.
Итоговое значение скорости может зависеть от времени. Наглядно это демонстрирует равноускоренное движение по окружности. В этом случае показатель ac будет расти очень быстро. Это явление называется квадратной зависимостью.
Вращение вокруг оси
Если попробовать приложить внешнюю силу к объекту, который может вращаться, то он начнёт постепенно наращивать свою угловую скорость. Для логического описания этого явления в физике существует закон движения тела вокруг оси вращения: F * d = I * dω / dt. Используемая буква F обозначает внешнюю силу, которая была приложена к системе на расстоянии d от оси. Левая часть равенства называется моментом силы. Показатель ω зависит от времени только тогда, когда рассматривается равноускоренное движение по окружности: ω = а * t, где α = F * d / I. Эта формула позволяет узнать угловое ускорение.
Если попробовать проинтегрировать ω по времени, тогда можно будет отыскать угол поворота за отведённое время t. Решить задачу поможет формула: θ = а * t2 / 2. Если до этого объект уже вращался с определённой скоростью ω0, а только потом начал постепенно действовать внешний момент силы F*d, тогда по принципу линейных примеров можно будет записать:
Благодаря полученным результатам можно будет понять, что причиной наличия ускорения в системе с осью вращения является появление внешнего момента сил. Других объяснений быть не может. Нужно понимать, что внести поправки в скорость вращения ω можно будет не только при помощи внешнего момента сил, но и в результате изменения первоначальных характеристик системы.
Наибольшее значение имеет момент инерции. Такую ситуацию мог наглядно видеть каждый человек, который наблюдал за грациозными вращениями фигуристов на ледовой арене.
В результате группировки всех мышц спортсмен увеличивает показатель ω, но уменьшает l. Всё происходит по принципу простого закона движения тел: I * ω = const.
Принцип ускорения по прямой
Второй закон Ньютона гласит, что внешние силы могут не только воздействовать на объект, но и ускорять его. Для определения ускорения используется одна из двух существующих формул: a = v / t или v = a * t. Если внешняя сила будет непрерывно воздействовать на объект (не меняя своего направления и модуля), тогда и ускорение останется прежним. Это движение в физике называется равноускоренным.
В роли коэффициента пропорциональности между временем и скоростью выступает ускорение. В этом случае показатели будут увеличиваться линейно. Для расчёта пути используется интегрированная скорость по времени. При равноускоренном перемещении применяется формула: s = a * t 2 / 2. Ярким примером такого движения является падение любого предмета с большой высоты. Природная сила тяжести задаёт объекту ускорение: g = 9,81 м/с2.
Математическое описание
Линейными алгебраическими уравнениями описан закон движения тела при равномерном прямолинейном передвижении. Для решения задач используется базовая формула: x (t)=x0 +vt. При этом v=const. Для обозначения координаты тела (конкретной точки) в момент времени t=0 используется x0. Чтобы решение задач не вызывало сложностей, нужно рассмотреть примеры. Дополнительно можно построить проекцию равномерного движения.
Задача № 1. Если изобразить на бумаге 2 графика, которые описывают движение двух тел, то можно увидеть, что первая точка при t=0 имеет координаты х=-3. От х1 до х2 объект переместился всего за 2 секунды. Расстояние составило 3 метра. Решение задачи должно происходить по этой схеме:
Если этот способ решения задачи кажется сложным, тогда можно узнать скорость следующим образом: с помощью графика искомое значение можно найти как отношение сторон АС и ВС треугольника АВС. Для поиска правильного ответа понадобится следующая формула: v=Δs/Δt=АС/ВС.
Скорость будет больше в том случае, если присутствует большой угол, который образует график с осью времени. Но также принято считать, что скорость соответствует тангенсу угла А.
Задача № 2. По условиям этого примера график изображает движение с помощью прямых отрезков (кусочно-линейный график). В этом случае все передвижения будут неравномерными. В точках излома графика скорость будет меняться молниеносно. Каждый отрезок пути до достижения новой точки тело будет двигаться равномерно, но с новой скоростью. Благодаря графику можно понять, как именно менялись скорости в точках излома. Перемещение и путь не будут совпадать между собой. К примеру, за отведённый промежуток времени (от 0 до 7 секунд) объект преодолел путь 8 метров. А вот перемещение осталось равным нулю.
Для решения поставленных задач важно знать скорость равномерного прямолинейного движения. В этом случае несложно будет определить перемещение, которое сможет совершить тело за любой интервал времени. Благодаря такому подходу можно решить любую задачу механики.
Механическое движение
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
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:
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)
Векторные величины (определяются значением и направлением)
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
→ →
V = S/t
→
V — скорость [м/с]
→
S — перемещение [м]
t — 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
Основной задачей механики является определение положения тела 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) = x0 + vxt
x(t) — искомая координата [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