Fizica mișcare uniformă și neuniformă. Mișcare mecanică: uniformă și neuniformă. Tbchopreteneoope dchytseoye fpuly rp plthtsopufy

Lecția #3

Subiect. Mișcare rectilinie uniformă. Viteză. Legea adunării vitezei. Diagrame de mișcare.

Ţintă: formarea cunoștințelor despre mișcarea rectilinie, viteza ca mărime fizică, legea clasică de adunare a vitezelor, rezolvarea problemei principale de mecanică a mișcării uniforme rectilinie; luarea în considerare a graficelor dependenței vitezei, coordonatele mișcării uniforme rectilinie în timp.

Tip de lecție: lecție combinată.

1. 
   Etapa organizatorica
2. 
   ^ Examinare teme pentru acasă.

Profesorul verifică selectiv temele scrise a trei sau patru elevi sau îi implică pe elevi într-o astfel de verificare cu nivel inalt pregătire.

sondaj frontal.

• 
  Ce este un sistem de referință?
• 
  Ce este o traiectorie? Ce tipuri de mișcare fisionabilă în funcție de traiectorie?
• 
  Ce se numește cale? in miscare?
• 
  Care este diferența dintre cale și mișcare?
• 
  Care este esența conceptului de relativitate a mișcării?

1. 
   Raportarea temei, scopului și sarcinilor lecției

Planul de studiu al subiectului

1. 
   Mișcare rectilinie uniformă.
2. 
   Viteză uniformă mișcare rectilinie Cum cantitate fizica.
3. 
   Legea adunării vitezei.
4. 
   Mișcare rectilinie uniformă. Rezolvarea problemei principale de mecanică pentru mișcarea uniformă rectilinie.
5. 
   Diagrame de mișcare.

1. 
   Învățarea de materiale noi

1. Mișcare rectilinie uniformă

Cel mai simplu tip de mișcare este mișcarea rectilinie uniformă.

Mișcare rectilinie uniformă numită o astfel de mișcare a corpului, în care corpul pentru orice intervale de timp egale efectuează aceeași mișcare și traiectoria mișcării sale este o linie dreaptă.

Întrebare pentru studenți:

1. 
   Dați exemple de mișcare rectilinie uniformă.
2. 
   Ce credeți, întâlnim adesea cazuri de mișcare uniformă rectilinie?
3. 
   De ce să studiezi acest tip de mișcare, să-i poți descrie tiparele?

^ 2. Viteza mișcării rectilinie uniforme ca mărime fizică

Una dintre caracteristicile mișcării rectilinie uniforme este viteza acesteia. Profesorul oferă elevilor să caracterizeze viteza ca mărime fizică conform planului generalizat al caracteristicilor mărimii fizice.

Plan generalizat pentru caracteristicile unei mărimi fizice:

1. 
   Un fenomen care caracterizează o valoare.
2. 
   Definiție, denumire.
3. 
   Formule care raportează o anumită cantitate de alte mărimi.
4. 
   Unități.
5. 
   Metode de măsurare.

Viteza mișcării rectilinie uniforme ca mărime fizică

1. 
   măsurători directe (folosind vitezometru, radar);
2. 
   măsurători indirecte (prin formulă)

Noi desemnăm:

- vector viteză;

υ x , υ y - proiecții ale vectorului viteză pe axele de coordonate Ox, Oy;

υ - modulul de viteză.

Întrebare:

Poate fi proiecția vitezei negative? (Proiecția vitezei poate fi pozitivă sau negativă, în funcție de modul în care se mișcă corpul (Figura 1).)

1. 
   ^ Legea adunării vitezei

După cum știm deja, viteza este o valoare relativă și depinde de cadrul de referință ales.

Dacă mișcarea aceluiași punct material este luată în considerare în raport cu două sisteme de referință asociate cu un corp fix și unul în mișcare (de exemplu, o persoană care stă pe malul râului de-a lungul căruia plutește această barcă și o persoană care însuși urmărește mișcarea unei persoane de-a lungul punții unei bărci) în același timp se află pe barcă), atunci putem formula legea clasică de adunare a vitezelor.

Legea adunării vitezei: viteza corpului față de cadrul fix de referință este egală cu suma vectorială a vitezei corpului față de cadrul în mișcare și viteza reală a cadrului în mișcare față de cel fix:

unde și sunt vitezele corpului în raport cu cadrul de referință fix și respectiv în mișcare și este viteza cadrului de referință în mișcare în raport cu cel fix (Fig. 2).

1. 
   ^ Mișcare rectilinie uniformă. Rezolvarea problemei principale de mecanică pentru mișcarea uniformă rectilinie

Din formula
puteți determina modulul de deplasare pentru mișcarea uniformă rectilinie:
.

Dacă un punct material, care se deplasează de-a lungul axei OX, s-a deplasat dintr-un punct cu coordonate X 0 până la un punct cu coordonate X , apoi pentru vremea respectivă t ea s-a mișcat:
(Fig. 3).

Deoarece sarcina principală a mecanicii este de a determina poziția corpului în acest moment timpul conform condițiilor inițiale cunoscute, apoi ecuația
si este o solutie la problema principala a mecanicii.

Această ecuație este numită și legea de bază a mișcării rectilinie uniforme.

1. 
   Diagrame de mișcare

1. 
   Graficul viteză vs. timp

Graficul funcției
este o linie dreaptă paralelă cu axa timpului t (Fig. 4, a).

Dacă > 0, atunci această linie trece deasupra axei timpului t , si daca t.

Aria figurii delimitată de grafic și axă t , este numeric egal cu modulul deplasării (Fig. 4, b).

1. 
   Graficul proiecției deplasării în funcție de timp

programa
este o linie dreaptă care trece prin origine. Dacă > 0, atunci s X creşte cu timpul, dacă s X scade cu timpul (Fig. 5, a). Panta graficului este mai mare, cu atât modulul de viteză este mai mare (Fig. 5, b).

Dacă vorbim despre un grafic de cale, atunci trebuie amintit că calea este lungimea traiectoriei, prin urmare nu poate scădea, ci poate crește doar cu timpul, prin urmare, acest grafic nu se poate apropia de axa timpului (Fig. 5, c).

1. 
   ^ Graficul coordonatelor în funcție de timp

Programa
diferit de diagramă
doar prin deplasare X 0 de-a lungul axei de coordonate.

Punctul de intersecție al graficelor 1 și 2 corespunde momentului în care coordonatele corpurilor sunt egale, adică acest punct determină momentul în timp și coordonatele întâlnirii a două corpuri (Fig. 6).

1. 
   Aplicarea cunoștințelor dobândite

Rezolvarea problemelor (oral)

1. 
   Obiectele în mișcare sunt date în ordine aleatorie: pieton; unde sonore în aer; moleculă de oxigen la 0 °C; vânt slab; undele electromagneticeîn vid; vânt de furtună.

Încercați să aranjați obiectele în ordine descrescătoare în funcție de viteze (nu sunt date viteze ale obiectelor, elevii folosesc cunoștințele pre-dobândite, intuiția).

Răspuns:

1. 
   unde electromagnetice în vid (300.000 km/s);
2. 
   moleculă de oxigen la 0 °C (425 m/s);
3. 
   unde sonore în aer (330 m/s);
4. 
   vânt de furtună (21 m/s);
5. 
   vant slab (4 m/s);
6. 
   pietonal (1,3 m/s).

1. 
   Rezumarea lecției și raportarea temelor

Profesorul rezumă lecția, evaluează activitățile elevilor.

Teme pentru acasă

1. 
   Învață materialul teoretic din manual.
2. 
   Rezolva probleme.

Test

Găsiți răspunsul corect.

1. 
   Care dintre următoarele exemple de mișcare poate fi considerat uniform?

1. 
   Masina franeaza
2. 
   Pasagerul coboară pe scara rulantă a metroului
3. 
   Avionul decolează

1. 
   Se numește mișcare uniformă rectilinie, în care:

1. 
   modulul vitezei corpului rămâne neschimbat
2. 
   viteza corpului se modifică cu aceeași valoare în orice intervale de timp egale
3. 
   corpul efectuează aceleași mișcări pentru orice interval de timp

1. 
   Un tren de călători, deplasându-se uniform, a parcurs o distanță de 30 km în 20 de minute. Găsiți viteza trenului.

DAR 10 m/s B 15 m/s ÎN 25 m/s

1. 
   O motocicleta se deplaseaza cu o viteza de 36 km/h. Cât de departe va călători în 20 de secunde?

DAR 200 m B 720 km ÎN 180 m

1. 
   Pe fig. Figura 7 prezintă un grafic al traseului mișcării uniforme în funcție de timp. Care este viteza corpului?

DAR 5 m/s B 10 m/s ÎN 20 m/s

1. 
   Pe fig. Figura 8 prezintă un grafic al vitezei mișcării uniforme în funcție de timp. Care este distanța parcursă de corp în 3 s?

DAR 4 m B 18 m ÎN 36 m

Rolând corpul în jos plan înclinat(Fig. 2);

Orez. 2. Rotirea corpului în jos pe un plan înclinat ()

Cădere liberă (Fig. 3).

Toate aceste trei tipuri de mișcare nu sunt uniforme, adică viteza se schimbă în ele. În această lecție, ne vom uita la mișcarea neuniformă.

Mișcare uniformă - mișcare mecanică în care corpul parcurge aceeași distanță în orice intervale de timp egale (Fig. 4).

Orez. 4. Mișcare uniformă

Mișcarea se numește inegală., la care corpul parcurge distante inegale in intervale egale de timp.

Orez. 5. Mișcare neuniformă

Sarcina principală a mecanicii este de a determina poziția corpului în orice moment. Cu mișcarea neuniformă, viteza corpului se modifică, prin urmare, este necesar să învățați cum să descrieți schimbarea vitezei corpului. Pentru aceasta sunt introduse două concepte: viteza medie și viteza instantanee.

Nu este întotdeauna necesar să se țină seama de faptul de a schimba viteza unui corp în timpul mișcării inegale; atunci când luăm în considerare mișcarea unui corp pe o secțiune mare a traseului în ansamblu (nu ne pasă de viteza în fiecare moment al timp), este convenabil să se introducă conceptul de viteză medie.

De exemplu, o delegație de școlari călătorește de la Novosibirsk la Soci cu trenul. Distanța dintre aceste orașe pe calea ferată este de aproximativ 3300 km. Viteza trenului când tocmai a plecat din Novosibirsk era , înseamnă asta că la mijlocul drumului viteza era la fel, dar la intrarea în Soci [M1]? Este posibil, având doar aceste date, să afirmăm că timpul de mișcare va fi (Fig. 6). Bineînțeles că nu, deoarece locuitorii din Novosibirsk știu că durează aproximativ 84 de ore pentru a ajunge la Soci.

Orez. 6. Ilustrație de exemplu

Când luăm în considerare mișcarea unui corp pe o secțiune lungă a traseului în ansamblu, este mai convenabil să introduceți conceptul de viteză medie.

viteza medie numit raportul dintre mișcarea totală pe care a făcut-o corpul și timpul pentru care a fost efectuată această mișcare (fig. 7).

Orez. 7. Viteza medie

Această definiție nu este întotdeauna convenabilă. De exemplu, un atlet aleargă 400 m - exact o tură. Deplasarea sportivului este 0 (Fig. 8), dar înțelegem că viteza medie a acestuia nu poate fi egală cu zero.

Orez. 8. Deplasarea este 0

În practică, conceptul de viteză medie la sol este cel mai des folosit.

Viteza medie la sol- acesta este raportul dintre traseul complet parcurs de corp și timpul pentru care a fost parcurs calea (Fig. 9).

Orez. 9. Viteza medie la sol

Există o altă definiție a vitezei medii.

viteza medie- aceasta este viteza cu care un corp trebuie sa se deplaseze uniform pentru a parcurge o distanta data in acelasi timp in care l-a parcurs, miscandu-se neuniform.

Din cursul de matematică, știm care este media aritmetică. Pentru numerele 10 și 36 va fi egal cu:

Pentru a afla posibilitatea folosirii acestei formule pentru a afla viteza medie, vom rezolva urmatoarea problema.

O sarcină

Un biciclist urcă o pantă cu o viteză de 10 km/h în 0,5 ore. Mai departe, cu o viteză de 36 km/h, coboară în 10 minute. Aflați viteza medie a biciclistului (Fig. 10).

Orez. 10. Ilustrație pentru problema

Dat:; ; ;

A găsi:

Soluţie:

Deoarece unitatea de măsură pentru aceste viteze este km/h, vom găsi viteza medie în km/h. Prin urmare, aceste probleme nu vor fi traduse în SI. Să ne transformăm în ore.

Viteza medie este:

Traseul complet () constă din traseul în sus pe panta () și în jos pe panta () :

Urcarea pantei este:

Traseul de coborâre este:

Timpul necesar pentru finalizarea traseului este:

Răspuns:.

Pe baza răspunsului la problemă, vedem că este imposibil să folosiți formula mediei aritmetice pentru a calcula viteza medie.

Conceptul de viteză medie nu este întotdeauna util pentru rezolvarea problemei principale a mecanicii. Revenind la problema trenului, nu se poate argumenta că dacă viteza medie pe întreaga călătorie a trenului este , atunci după 5 ore va fi la distanță. din Novosibirsk.

Se numește viteza medie măsurată pe o perioadă infinitezimală de timp viteza instantanee a corpului(de exemplu: vitezometrul unei mașini (Fig. 11) arată viteza instantanee).

Orez. 11. Vitezometrul mașinii arată viteza instantanee

Există o altă definiție a vitezei instantanee.

Viteza instantanee - viteza corpului la un moment dat de timp, viteza corpului la un punct dat al traiectoriei (Fig. 12).

Orez. 12. Viteza instantanee

Pentru a înțelege mai bine această definiție Să ne uităm la un exemplu.

Lăsați mașina să se deplaseze în linie dreaptă pe o porțiune de autostradă. Avem un grafic al dependenței proiecției deplasării în timp pentru o mișcare dată (Fig. 13), să analizăm acest grafic.

Orez. 13. Graficul proiecției deplasării în funcție de timp

Graficul arată că viteza mașinii nu este constantă. Să presupunem că trebuie să găsiți viteza instantanee a mașinii la 30 de secunde după începerea observației (la punctul A). Folosind definiția vitezei instantanee, găsim modulul vitezei medii pe intervalul de timp de la până la . Pentru a face acest lucru, luați în considerare un fragment din acest grafic (Fig. 14).

Orez. 14. Graficul proiecției deplasării în funcție de timp

Pentru a verifica corectitudinea găsirii vitezei instantanee, găsim modulul vitezei medii pentru intervalul de timp de la până la , pentru aceasta considerăm un fragment din grafic (Fig. 15).

Orez. 15. Graficul proiecției deplasării în funcție de timp

Calculați viteza medie pentru o anumită perioadă de timp:

Am primit două valori ale vitezei instantanee a mașinii la 30 de secunde după începerea observației. Mai exact, va fi valoarea la care intervalul de timp este mai mic, adică . Dacă scădem mai puternic intervalul de timp considerat, atunci viteza instantanee a mașinii în punct A vor fi determinate mai precis.

Viteza instantanee este o mărime vectorială. Prin urmare, pe lângă găsirea acestuia (găsirea modulului său), este necesar să se știe cum este direcționat.

(la ) – viteza instantanee

Direcția vitezei instantanee coincide cu direcția de mișcare a corpului.

Dacă corpul se mișcă curbiliniu, atunci viteza instantanee este direcționată tangențial la traiectoria într-un punct dat (Fig. 16).

Exercitiul 1

Se poate schimba viteza instantanee () numai în direcție, fără a se schimba în valoare absolută?

Soluţie

Pentru o soluție, luați în considerare următorul exemplu. Corpul se deplasează pe o cale curbă (Fig. 17). Marcați un punct pe traiectorie Ași punct B. Observați direcția vitezei instantanee în aceste puncte (viteza instantanee este direcționată tangențial la punctul traiectoriei). Fie vitezele și să fie identice în valoare absolută și egale cu 5 m/s.

Răspuns: pot fi.

Sarcina 2

Se poate schimba viteza instantanee doar în valoare absolută, fără schimbarea direcției?

Soluţie

Orez. 18. Ilustrație pentru problema

Figura 10 arată că la punctul A iar la punct B viteza instantanee este direcționată în aceeași direcție. Dacă corpul se mișcă cu o accelerație uniformă, atunci .

Răspuns: pot fi.

În această lecție, am început să studiem mișcarea neuniformă, adică mișcarea cu o viteză în schimbare. Caracteristicile mișcării neuniforme sunt vitezele medii și instantanee. Conceptul de viteză medie se bazează pe înlocuirea mentală a mișcării inegale cu mișcarea uniformă. Uneori, conceptul de viteză medie (după cum am văzut) este foarte convenabil, dar nu este potrivit pentru rezolvarea problemei principale a mecanicii. Prin urmare, este introdus conceptul de viteză instantanee.

Bibliografie

1. G.Ya. Myakishev, B.B. Buhovtsev, N.N. Sotsky. Fizica 10. - M .: Educație, 2008.
2. A.P. Rymkevici. Fizică. Cartea cu probleme 10-11. - M.: Dropia, 2006.
3. O.Da. Savcenko. Probleme de fizică. - M.: Nauka, 1988.
4. A.V. Peryshkin, V.V. Krauklis. curs de fizica. T. 1. - M .: Stat. uch.-ped. ed. min. educația RSFSR, 1957.

1. Portalul de internet „School-collection.edu.ru” ().
2. Portalul de internet „Virtulab.net” ().

Teme pentru acasă

1. Întrebări (1-3, 5) la sfârșitul paragrafului 9 (p. 24); G.Ya. Myakishev, B.B. Buhovtsev, N.N. Sotsky. Fizica 10 (vezi lista de lecturi recomandate)
2. Este posibil, cunoscând viteza medie pentru o anumită perioadă de timp, să găsim mișcarea făcută de corp pentru orice parte a acestui interval?
3. Care este diferența dintre viteza instantanee în mișcare rectilinie uniformă și viteza instantanee în mișcare neuniformă?
4. În timpul conducerii unei mașini, citirile vitezometrului au fost luate în fiecare minut. Este posibil să se determine viteza medie a mașinii din aceste date?
5. Biciclistul a parcurs prima treime a traseului cu o viteză de 12 km pe oră, a doua treime cu o viteză de 16 km pe oră, iar ultima treime cu o viteză de 24 km pe oră. Găsiți viteza medie a bicicletei pentru întreaga călătorie. Dati raspunsul in km/h

VITEZA ÎN MIȘCARE NEREGULARĂ

Neuniformăse numeste miscare in care viteza corpului se modifica in timp.

Viteza medie a mișcării neuniforme este egală cu raportul dintre vectorul deplasării și timpul de călătorie

Apoi deplasarea cu mișcare neuniformă

viteza instantanee numită viteza corpului la un moment dat sau la un punct dat al traiectoriei.

Vitezăeste o caracteristică cantitativă a mișcării corpului.

viteza medie este o mărime fizică egal cu raportul a vectorului deplasării punctului la intervalul de timp Δt în care s-a produs această deplasare. Direcția vectorului viteză medie coincide cu direcția vectorului deplasare. Viteza medie este determinată de formula:

Viteza instantanee , adică viteza la un moment dat de timp este o mărime fizică egală cu limita la care tinde viteza medie cu o scădere infinită a intervalului de timp Δt:

Cu alte cuvinte, viteza instantanee la un moment dat de timp este raportul dintre o mișcare foarte mică și o perioadă foarte mică de timp în care a avut loc această mișcare.

Vectorul viteză instantanee este direcționat tangențial la traiectoria corpului (Fig. 1.6).

Orez. 1.6. Vector viteză instantanee.

În sistemul SI, viteza se măsoară în metri pe secundă, adică unitatea de măsură a vitezei este considerată a fi viteza unei astfel de mișcări rectilinie uniforme, în care într-o secundă corpul parcurge o distanță de un metru. Se notează unitatea de măsură a vitezei Domnișoară. Adesea viteza este măsurată în alte unități. De exemplu, atunci când se măsoară viteza unei mașini, tren etc. Unitatea de măsură folosită în mod obișnuit este kilometrii pe oră:

1 km/h = 1000 m / 3600 s = 1 m / 3,6 s

sau

1 m/s = 3600 km / 1000 h = 3,6 km/h

Adăugarea de viteze

Vitezele corpului în diferite sisteme de referință sunt legate de cele clasice legea adunării vitezei.

viteza corpului relativ la cadru fix de referință este egală cu suma vitezelor corpului în cadru de referință în mișcareși cel mai mobil cadru de referință în raport cu cel fix.

De exemplu, un tren de pasageri se deplasează de-a lungul unei căi ferate cu o viteză de 60 km/h. O persoană merge de-a lungul vagonului acestui tren cu o viteză de 5 km/h. Dacă considerăm calea ferată ca fiind nemișcată și o luăm ca cadru de referință, atunci viteza unei persoane în raport cu cadrul de referință (adică în raport cu calea ferata), va fi egală cu adunarea vitezelor trenului și ale persoanei, adică 60 + 5 = 65, dacă persoana merge în aceeași direcție cu trenul; și 60 - 5 = 55 dacă persoana și trenul se deplasează în direcții diferite. Cu toate acestea, acest lucru este adevărat numai dacă persoana și trenul se deplasează pe aceeași linie. Dacă o persoană se mișcă într-un unghi, atunci acest unghi va trebui să fie luat în considerare, amintindu-ne că viteza este cantitatea vectorială.

Acum să ne uităm la exemplul descris mai sus mai detaliat - cu detalii și imagini.

Deci, în cazul nostru, calea ferată este cadru fix de referință. Trenul care se deplasează pe acest drum este cadru de referință în mișcare. Mașina pe care merge persoana face parte din tren.

Viteza unei persoane în raport cu mașina (față de cadrul de referință în mișcare) este de 5 km/h. Să-i spunem C.

Viteza trenului (și, prin urmare, a vagonului) față de un cadru fix de referință (adică față de calea ferată) este de 60 km/h. Să o notăm cu litera B. Cu alte cuvinte, viteza trenului este viteza cadrului de referință în mișcare în raport cu cadrul de referință fix.

Viteza unei persoane în raport cu calea ferată (față de un cadru de referință fix) ne este încă necunoscută. Să o notăm cu o literă.

Să asociem sistemul de coordonate XOY cu sistemul de referință fix (Fig. 1.7), iar sistemul de coordonate X P O P Y P cu sistemul de referință în mișcare (vezi și secțiunea Sistem de referință). Și acum să încercăm să găsim viteza unei persoane în raport cu un cadru fix de referință, adică în raport cu calea ferată.

Pentru o perioadă scurtă de timp Δt, apar următoarele evenimente:

Apoi, pentru această perioadă de timp, mișcarea unei persoane în raport cu calea ferată:

H+B

Acest legea adiției deplasării. În exemplul nostru, mișcarea unei persoane față de calea ferată este egală cu suma mișcărilor unei persoane față de vagon și vagonul față de calea ferată.

Legea adunării deplasărilor se poate scrie astfel:

= ∆ H ∆t + ∆ B ∆t

Mecanica este o ramură a fizicii care studiază legile mișcării și interacțiunii corpurilor.Cinematica este o ramură a mecanicii care nu studiază cauzele mișcării corpurilor.

mișcare mecanică- modificarea pozitiei corpului in spatiu fata de alte corpuri in timp.

punct material se numeste corp ale carui dimensiuni in conditii date pot fi neglijate.

Translativ numită mișcare în care toate punctele corpului se mișcă în același mod. Translația este o mișcare în care orice linie dreaptă trasată prin corp rămâne paralelă cu ea însăși.

Caracteristicile cinematice ale mișcării

Traiectorie – linia de mișcare. Calea S – lungimea drumului.

S- in miscare- vector, legând poziţia iniţială şi finală a corpului.

Relativitatea mișcării. Sistem de referință - un set de corp de referință, un sistem de coordonate și un dispozitiv pentru măsurarea timpului (ore)

sistem de coordonate

Simplu mișcare uniformă numită o astfel de mișcare în care corpul pentru orice intervale egale de timp face aceeași mișcare.viteza - o mărime fizică egală cu raportul dintre vectorul deplasării și intervalul de timp în care a avut loc această deplasare.Viteza mișcării rectilinie uniforme este numeric egală cu deplasarea pe unitatea de timp.

Viteza medie de mișcare neuniformă

Sarcina principală a mecanicii (OZM) este de a determina poziția unui corp în spațiu în orice moment. Viteza instantanee - viteza - a corpului la un moment dat de timp.

Legea clasică a adunării vitezelor

Viteza corpului în CO în mișcare este egală cu suma vectorială a vitezei corpului în CO staționar și viteza CO în mișcare.