Ãëàâà 1. Êèíåìàòèêà òî÷êè è òâ¸ðäîãî òåëà
§ 10. Äâèæåíèå ñ ïîñòîÿííûì óñêîðåíèåì (îêîí÷àíèå)
Ïî ôîðìóëå äëÿ ïëîùàäè òðàïåöèè èìååì
Ó÷èòûâàÿ, ÷òî x = 0x + ax t, ïîëó÷àåì
Ìû ðàññìîòðåëè ñëó÷àé, êîãäà 0x > 0 è àõ > 0. Íî ïîëó÷åííàÿ ôîðìóëà ñïðàâåäëèâà è òîãäà, êîãäà îäíà èç ýòèõ âåëè÷èí îòðèöàòåëüíà èëè êîãäà îáå îíè îòðèöàòåëüíû.
Èçìåíåíèå êîîðäèíàòû Δó ìîæíî íàéòè òàêèì æå ñïîñîáîì, è âûðàæåíèå èìååò àíàëîãè÷íûé âèä
Ïîäñòàâèâ íàéäåííûå âûðàæåíèÿ äëÿ èçìåíåíèÿ êîîðäèíàò Δx è Δó â ôîðìóëû (1.13), ïîëó÷èì óðàâíåíèÿ äëÿ êîîðäèíàò ïðè äâèæåíèè ñ ïîñòîÿííûì óñêîðåíèåì êàê ôóíêöèè âðåìåíè (èõ íàçûâàþò êèíåìàòè÷åñêèìè óðàâíåíèÿìè äâèæåíèÿ):
Çàïèøèòå êèíåìàòè÷åñêèå óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ òî÷êè â ïðîñòðàíñòâå.
Âàæíî
Ýòè ôîðìóëû ïðèìåíèìû äëÿ îïèñàíèÿ êàê ïðÿìîëèíåéíîãî, òàê è êðèâîëèíåéíîãî äâèæåíèÿ òî÷êè. Âàæíî ëèøü, ÷òîáû óñêîðåíèå áûëî ïîñòîÿííûì.
Îáû÷íî â óñëîâèÿõ çàäà÷è äàþòñÿ çíà÷åíèÿ (ìîäóëè) ñêîðîñòåé è óñêîðåíèé. Ïîýòîìó óäîáíåå èñïîëüçîâàòü óðàâíåíèå ãäå υ0 è à — ìîäóëè íà÷àëüíîé ñêîðîñòè è óñêîðåíèÿ. Î÷åâèäíî, ÷òî â ýòîì óðàâíåíèè çíàê « + » áåð¸òñÿ òîãäà, êîãäà íàïðàâëåíèÿ ñêîðîñòè 0 è óñêîðåíèÿ ñîâïàäàþò ñ íàïðàâëåíèåì îñè ÎÕ, çíàê «—» — êîãäà îíè íàïðàâëåíû â ïðîòèâîïîëîæíóþ ñòîðîíó.
Çàïîìíè
Äâèæåíèå âäîëü ïðÿìîé ñ ïîñòîÿííûì óñêîðåíèåì, ïðè êîòîðîì ìîäóëü ñêîðîñòè óâåëè÷èâàåòñÿ, íàçûâàåòñÿ ïðÿìîëèíåéíûì ðàâíîóñêîðåííûì äâèæåíèåì , à ïðÿìîëèíåéíîå äâèæåíèå ñ ïîñòîÿííûì óñêîðåíèåì, ïðè êîòîðîì ìîäóëü ñêîðîñòè óìåíüøàåòñÿ, íàçûâàåòñÿ ðàâíîçàìåäëåííûì .
Ïðè äâèæåíèè òî÷êè â ïëîñêîñòè XOY äâóì óðàâíåíèÿì (1.14) ñîîòâåòñòâóåò îäíî âåêòîðíîå óðàâíåíèå
Îáðàòèòå âíèìàíèå íà òî, ÷òî ñ ïîìîùüþ ôîðìóë (1.14) è (1.15) ìîæíî íàéòè òîëüêî ïîëîæåíèå äâèæóùåéñÿ òî÷êè â ëþáîé ìîìåíò âðåìåíè. Äëÿ íàõîæäåíèÿ ïóòè íåîáõîäèìî áîëåå ïîäðîáíî èññëåäîâàòü òðàåêòîðèþ, îïðåäåëèòü òî÷êè, â êîòîðûõ, âîçìîæíî, ïðîèçîøëî èçìåíåíèå íàïðàâëåíèÿ äâèæåíèÿ.
Ñâîáîäíîå ïàäåíèå òåë. Âñïîìíèì òåïåðü ÷àñòíûé ñëó÷àé äâèæåíèÿ ñ ïîñòîÿííûì óñêîðåíèåì, êîòîðîå íàçûâàåòñÿ ñâîáîäíûì ïàäåíèåì òåë. Ýòî äâèæåíèå îïûòíûì ïóò¸ì èçó÷àë âåëèêèé èòàëüÿíñêèé ó÷¸íûé Ãàëèëåî Ãàëèëåé.
Êàæäûé èç íàñ íàáëþäàë, ÷òî ïðè ïàäåíèè òåëà íà Çåìëþ èç ñîñòîÿíèÿ ïîêîÿ îíî óâåëè÷èâàåò ñâîþ ñêîðîñòü, ò. å. äâèæåòñÿ ñ óñêîðåíèåì. Ýòî óñêîðåíèå ñîîáùàåò åìó çåìíîé øàð. Äîëãîå âðåìÿ ñ÷èòàëè, ÷òî Çåìëÿ ñîîáùàåò ðàçíûì òåëàì ðàçëè÷íûå óñêîðåíèÿ. Ïðîñòûå íàáëþäåíèÿ êàê áóäòî ïîäòâåðæäàþò ýòî. Íàïðèìåð, ïòè÷üå ïåðî èëè ëèñò áóìàãè ïàäàþò ãîðàçäî ìåäëåííåå, ÷åì êàìåíü. Âîò ïî÷åìó ñî âðåì¸í Àðèñòîòåëÿ (ãðå÷åñêîãî ó÷¸íîãî, æèâøåãî â IV â. äî í. ý.) ñ÷èòàëîñü íåçûáëåìûì ìíåíèå, ÷òî óñêîðåíèå, ñîîáùàåìîå Çåìë¸é òåëó, òåì áîëüøå, ÷åì òÿæåëåå òåëî.
Òîëüêî Ãàëèëåþ â êîíöå XVI â. óäàëîñü îïûòíûì ïóò¸ì äîêàçàòü, ÷òî â äåéñòâèòåëüíîñòè ýòî íå òàê. Íóæíî ó÷èòûâàòü ñîïðîòèâëåíèå âîçäóõà. Èìåííî îíî èñêàæàåò êàðòèíó ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ òåë, êîòîðóþ ìîæíî áûëî áû íàáëþäàòü â îòñóòñòâèå çåìíîé àòìîñôåðû.
Ïðîñò è óáåäèòåëåí îïûò, ïðîâåä¸ííûé âïåðâûå Íüþòîíîì.  ñòåêëÿííóþ òðóáêó ïîìåùàþò ðàçëè÷íûå ïðåäìåòû: äðîáèíêè, êóñî÷êè ïðîáêè, ïóøèíêè è ò. ä. Åñëè ïåðåâåðíóòü òðóáêó òàê, ÷òîáû ýòè ïðåäìåòû ìîãëè ïàäàòü, òî áûñòðåå âñåãî óïàä¸ò äðîáèíêà, çà íåé — êóñî÷åê ïðîáêè è íàêîíåö ïëàâíî îïóñòèòñÿ ïóøèíêà. Íî åñëè âûêà÷àòü èç òðóáêè âîçäóõ, òî ìû óâèäèì, ÷òî âñå òðè òåëà óïàäóò îäíîâðåìåííî. Çíà÷èò, äâèæåíèå ïóøèíêè çàäåðæèâàëîñü ðàíåå ñîïðîòèâëåíèåì âîçäóõà, êîòîðîå â ìåíüøåé ñòåïåíè ñêàçûâàëîñü íà äâèæåíèè, íàïðèìåð, ïðîáêè. Êîãäà æå íà ýòè òåëà äåéñòâóåò òîëüêî ïðèòÿæåíèå ê Çåìëå, òî âñå îíè ïàäàþò ñ îäíèì è òåì æå óñêîðåíèåì.
Âàæíî
Åñëè ïðåíåáðå÷ü ñîïðîòèâëåíèåì âîçäóõà, òî ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî âáëèçè ïîâåðõíîñòè Çåìëè óñêîðåíèå âñåõ ïàäàþùèõ òåë îäèíàêîâî è ïîñòîÿííî.
Çàïîìíè
Äâèæåíèå òåëà òîëüêî ïîä âëèÿíèåì ïðèòÿæåíèÿ åãî ê Çåìëå íàçûâàþò ñâîáîäíûì ïàäåíèåì, à óñêîðåíèå, ñîîáùàåìîå Çåìë¸é âñåì òåëàì, íàçûâàþò óñêîðåíèåì ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ. Îíî âñåãäà íàïðàâëåíî âåðòèêàëüíî âíèç, ò. å. âäîëü íèòè îòâåñà, îïðåäåëÿþùåé âåðòèêàëü. Åãî ïðèíÿòî îáîçíà÷àòü .
Ñâîáîäíîå ïàäåíèå — ýòî íå îáÿçàòåëüíî äâèæåíèå âíèç. Åñëè íà÷àëüíàÿ ñêîðîñòü íàïðàâëåíà ââåðõ, òî òåëî ïðè ñâîáîäíîì ïàäåíèè íåêîòîðîå âðåìÿ áóäåò ëåòåòü ââåðõ, óìåíüøàÿ ñâîþ ñêîðîñòü, è ëèøü çàòåì íà÷í¸ò ïàäàòü.
Óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ èçìåíÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò ãåîãðàôè÷åñêîé øèðîòû ìåñòà íà ïîâåðõíîñòè Çåìëè è îò âûñîòû òåëà íàä Çåìë¸é, òî÷íåå, îò ðàññòîÿíèÿ äî öåíòðà Çåìëè. Íà øèðîòå Ìîñêâû èçìåðåíèÿ äàþò ñëåäóþùåå çíà÷åíèå óñêîðåíèÿ ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ: g ≈ 9,82 ì/ñ2 . Âîîáùå æå íà ïîâåðõíîñòè Çåìëè g ìåíÿåòñÿ â ïðåäåëàõ îò 9,78 ì/ñ2 íà ýêâàòîðå äî 9,83 ì/ñ2 íà ïîëþñå.
Åñëè ïîäíÿòüñÿ íà 1 êì íàä óðîâíåì ìîðÿ, òî óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ óìåíüøèòñÿ ïðèìåðíî íà 0,00032 ñâîåãî çíà÷åíèÿ â äàííîì ìåñòå Çåìëè. Íà âûñîòå 100 êì íàä ïîëþñîì Çåìëè îíî ïðèìåðíî ðàâíî 9,53 ì/ñ2 .
Ïðè ïàäåíèè òåë â âîçäóõå íà èõ äâèæåíèå âëèÿåò ñîïðîòèâëåíèå âîçäóõà. Ïîýòîìó óñêîðåíèå òåë íå ðàâíî . Íî êîãäà äâèæóòñÿ òàêèå òåëà, êàê êàìåíü, ñïîðòèâíîå ÿäðî è ò. ä., ñîïðîòèâëåíèå âîçäóõà âëèÿåò íà èõ äâèæåíèå íåçíà÷èòåëüíî.  ýòîì ñëó÷àå äâèæåíèå òåë ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ñâîáîäíîå ïàäåíèå. Ëèøü ïðè áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ (ñíàðÿä, ïóëÿ è ò. ä.) ñîïðîòèâëåíèå âîçäóõà ñòàíîâèòñÿ ñóùåñòâåííûì. Äëÿ ë¸ãêèõ òåë òèïà ïóøèíêè ñîïðîòèâëåíèå âîçäóõà ñóùåñòâåííî è ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ.
Êëþ÷åâûå ñëîâà äëÿ ïîèñêà èíôîðìàöèè ïî òåìå ïàðàãðàôà.
Äâèæåíèå ñ ïîñòîÿííûì óñêîðåíèåì. Ñâîáîäíîå ïàäåíèå
Âîïðîñû ê ïàðàãðàôó
1.  êàêîì ñëó÷àå óñêîðåíèå òåëà ñ÷èòàåòñÿ ïîñòîÿííûì?
2. Êóäà íàïðàâëåíî óñêîðåíèå òåëà ïðè åãî ðàâíîóñêîðåííîì äâèæåíèè? ïðè ðàâíîçàìåäëåííîì äâèæåíèè?
3. Òî÷êà äâèæåòñÿ ðàâíîóñêîðåííî. ×åìó ðàâåí ìîäóëü èçìåíåíèÿ ñêîðîñòè çà 5 ñ, åñëè ìîäóëü óñêîðåíèÿ ðàâåí 0,5 ì/ñ2 ?
Îáðàçöû çàäàíèé ÅÃÝ
À1. Çàâèñèìîñòü êîîðäèíàòû òî÷êè îò âðåìåíè õ = 8t - t2 (âñå âåëè÷èíû â ÑÈ).  êàêîé ìîìåíò âðåìåíè ñêîðîñòü òî÷êè ðàâíà -2 ì/ñ?
1) 4 ñ 2) 5 ñ 3) 8 ñ 4) 2 ñ
À2. Ïðîåêöèè ñêîðîñòè íà îñè ÎÕ è OY èçìåíÿþòñÿ ñîãëàñíî óðàâíåíèÿì x = 4 - 3t, y = 4t. Óñêîðåíèå, ñ êîòîðûì äâèæåòñÿ òî÷êà, ðàâíî
1) 2 ì/ñ2 2) 4 ì/ñ2 3) -1 ì/ñ2 4) 5 ì/ñ2
À3. Ê. Ý. Öèîëêîâñêèé â êíèãå «Âíå Çåìëè», îïèñûâàÿ ïîë¸ò ðàêåòû, îòìå÷àë, ÷òî ÷åðåç 10 ñ ïîñëå ñòàðòà ðàêåòà íàõîäèëàñü íà ðàññòîÿíèè 5 êì îò ïîâåðõíîñòè Çåìëè. Ñ êàêèì óñêîðåíèåì äâèãàëàñü ðàêåòà?
1) 1000 ì/ñ2 2) 500 ì/ñ2 3) 100 ì/ñ2 4) 50 ì/ñ2
À4. Çàâèñèìîñòü êîîðäèíàòû îò âðåìåíè äëÿ íåêîòîðîé òî÷êè îïèñûâàåòñÿ óðàâíåíèåì õ = 5 + 16t - 2t2 .  êàêîé ìîìåíò âðåìåíè ïðîåêöèÿ ñêîðîñòè òî÷êè íà îñü ÎÕ ðàâíà íóëþ?
1) 8 ñ 2) 4 ñ 3) 3 ñ 4) 0 ñ
<<< Ê íà÷àëó Ñëåäóþùàÿ ñòðàíèöà >>>