-->
|
|
|
Ãëàâà 1. Êèíåìàòèêà òî÷êè è òâ¸ðäîãî òåëà § 13. Äâèæåíèå ñ ïîñòîÿííûì óñêîðåíèåì ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ×òî íàçûâàþò ñâîáîäíûì ïàäåíèåì? Îò ÷åãî ñâîáîäíî ïàäàþùåå òåëî? Ïðè èçó÷åíèè ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ òåë ìû áóäåì ðàññìàòðèâàòü òîëüêî òàêèå äâèæåíèÿ, ïðè êîòîðûõ óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ ïîñòîÿííî, ò. å. ñîïðîòèâëåíèå âîçäóõà ìîæíî íå ó÷èòûâàòü. Ýòè äâèæåíèÿ áóäóò îïèñûâàòüñÿ èçâåñòíûìè íàì êèíåìàòè÷åñêèìè óðàâíåíèÿìè (1.12) è (1.14).
Ñ äâèæåíèåì òåë, ïîëó÷èâøèõ íà÷àëüíóþ ñêîðîñòü ïîä óãëîì ê óñêîðåíèþ ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ èëè ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó, ïðèõîäèòñÿ âñòðå÷àòüñÿ äîâîëüíî ÷àñòî. Íàïðèìåð: ñíàðÿä, âûïóùåííûé ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó; ÿäðî, êîòîðîå òîëêíóë ñïîðòñìåí. Íàéä¸ì òðàåêòîðèþ òåëà, áðîøåííîãî ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó. Ïóñòü èç òî÷êè Î áðîøåíî òåëî ñ íà÷àëüíîé ñêîðîñòüþ Òàê êàê óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ ñ òå÷åíèåì âðåìåíè íå ìåíÿåòñÿ, òî äâèæåíèå òåëà â äàííîì ñëó÷àå, êàê è ëþáîå äâèæåíèå ñ ïîñòîÿííûì óñêîðåíèåì, ìîæíî îïèñàòü óðàâíåíèÿìè
Òàê êàê â íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè òåëî íàõîäèëîñü â íà÷àëå êîîðäèíàò, òî x0 = 0 è ó0 = 0. Ïðîåêöèþ âåêòîðà íà êàêóþ-ëèáî îñü ìîæíî âûðàçèòü ÷åðåç ìîäóëü âåêòîðà è êîñèíóñ èëè ñèíóñ óãëà, êîòîðûé ýòîò âåêòîð îáðàçóåò ñ ïîëîæèòåëüíûì íàïðàâëåíèåì îñè. Èç ðèñóíêà 1.51 âèäíî, ÷òî υ0x = υ0cosα, υ0y = υ0sinα, ax = 0 è ay = -g. Ïîýòîìó óðàâíåíèÿ (1.18) è (1.19) ìîæíî çàïèñàòü â âèäå
Äëÿ ïîñòðîåíèÿ òðàåêòîðèè òî÷êè ìîæíî íàéòè èç óðàâíåíèé (1.20) è (1.21) çíà÷åíèÿ êîîðäèíàò õ è ó äëÿ ðàçëè÷íûõ ìîìåíòîâ âðåìåíè, à çàòåì ïî êîîðäèíàòàì ïîñòðîèòü òî÷êè è ñîåäèíèòü èõ ïëàâíîé ëèíèåé.
Îäíàêî óäîáíåå íàéòè óðàâíåíèå òðàåêòîðèè, ò. å. çàâèñèìîñòü ó îò õ. ×òîáû ïîëó÷èòü ýòî óðàâíåíèå, íóæíî èñêëþ÷èòü âðåìÿ èç óðàâíåíèé (1.20) è (1.21). Èç óðàâíåíèÿ (1.20) èìååì
Ââåä¸ì îáîçíà÷åíèÿ: tgα = ñ è
Èç êóðñà àëãåáðû èçâåñòíî, ÷òî ãðàôèêîì ôóíêöèè (1.22) ÿâëÿåòñÿ ïàðàáîëà, îñü ñèììåòðèè êîòîðîé — ïðÿìàÿ, ïàðàëëåëüíàÿ îñè Y. Ïîñêîëüêó â äàííîì ñëó÷àå b < 0, òî âåòâè ïàðàáîëû íàïðàâëåíû âíèç. Íà ðèñóíêå 1.52 èçîáðàæåíà ïàðàáîëà äëÿ ñëó÷àÿ b = -0,2 ì-1 è ñ = 1,6. Èòàê, ìû äîêàçàëè, ÷òî åñëè óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ ïîñòîÿííî, òî òåëî, áðîøåííîå ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó, äâèæåòñÿ ïî ïàðàáîëå. Òåïåðü îïðåäåëèì äàëüíîñòü è ìàêñèìàëüíóþ âûñîòó ïîë¸òà òåëà.
Äàëüíîñòü ïîë¸òà L = (υ0cosα)tïîë. (1.23) Âðåìÿ ïîë¸òà ìîæíî îïðåäåëèòü èç óðàâíåíèÿ (1.21). Ïðè ïàäåíèè òåëà ó = 0, îòñþäà Âðåìÿ ïîäú¸ìà Èç ôîðìóë (1.20) è (1.21) âèäíî, ÷òî äâèæåíèå òåëà, áðîøåííîãî ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó, ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ñóììó äâóõ íåçàâèñèìûõ äâèæåíèé — ðàâíîìåðíîãî äâèæåíèÿ âäîëü îñè ÎÕ è ðàâíîóñêîðåííîãî äâèæåíèÿ âäîëü îñè OY.
Òåïåðü âûÿñíèì, êàêîé áóäåò òðàåêòîðèÿ òåëà, åñëè åãî íà÷àëüíàÿ ñêîðîñòü íàïðàâëåíà ãîðèçîíòàëüíî.
Èç ðèñóíêà 1.52 âèäíî, ÷òî, íà÷èíàÿ ñ òîãî ìîìåíòà, êîãäà ñêîðîñòü òåëà ãîðèçîíòàëüíà, îíî äâèæåòñÿ ïî âåòâè ïàðàáîëû. Ñëåäîâàòåëüíî, ëþáîå òåëî, áðîøåííîå ãîðèçîíòàëüíî, áóäåò äâèãàòüñÿ ïî îäíîé èç âåòâåé ïàðàáîëû, âåðøèíà êîòîðîé íàõîäèòñÿ â òî÷êå áðîñàíèÿ (ðèñ. 1.53). Ìû ðàçîáðàëè ïðèìåð ñëîæíîãî äâèæåíèÿ òåëà. Ýòî äâèæåíèå ÿâëÿåòñÿ ñóììîé äâóõ íåçàâèñèìûõ äâèæåíèé — ðàâíîìåðíîãî äâèæåíèÿ ñî ñêîðîñòüþ
Âîïðîñû ê ïàðàãðàôó 1. Êàêóþ ôîðìó èìååò òðàåêòîðèÿ òåëà, áðîøåííîãî ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó? 2. Ïðè êàêîì óãëå áðîñàíèÿ äàëüíîñòü ïîë¸òà áóäåò ìàêñèìàëüíà? 3. Ïîä êàêèì óãëîì ê ãîðèçîíòó íàïðàâëåíà ñêîðîñòü òåëà â íàèâûñøåé è êîíå÷íîé òî÷êàõ òðàåêòîðèè?
|
|
|