--> Äâèæåíèå ñ ïîñòîÿííûì óñêîðåíèåì ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ. Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ

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).

Íàéä¸ì òðàåêòîðèþ òåëà, áðîøåííîãî ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó

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 0 ïîä óãëîì à ê ãîðèçîíòó (ðèñ. 1.51). Âûáåðåì îñè êîîðäèíàò òàê, ÷òîáû âåêòîðû è áûëè ðàñïîëîæåíû â êàêîé-ëèáî êîîðäèíàòíîé ïëîñêîñòè, íàïðèìåð â ïëîñêîñòè XOY. Îñü ÎÕ íàïðàâèì ãîðèçîíòàëüíî, à îñü OY — âåðòèêàëüíî ââåðõ. Íà÷àëî êîîðäèíàò âûáåðåì â òî÷êå áðîñàíèÿ.

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

óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ

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.

Ïðèâåäèòå åù¸ ïðèìåðû ñèòóàöèé, â êîòîðûõ òåëî íà÷èíàåò ïàäàòü ñ íà÷àëüíîé ñêîðîñòüþ, íàïðàâëåííîé ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó.

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 Ñëåäîâàòåëüíî,

Ââåä¸ì îáîçíà÷åíèÿ: tgα = ñ è Ñëåäîâàòåëüíî,

óðàâíåíèå òðàåêòîðèè

Èñïîëüçóÿ çíà÷åíèÿ b = -0,2 ì-1 è ñ = 1,6, âû÷èñëèòå íà÷àëüíóþ ñêîðîñòü υ0 è óãîë α, ïîä êîòîðûì áðîøåíî òåëî.

èçîáðàæåíà ïàðàáîëà

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.

Îïðåäåëèòå óãëû, ïðè êîòîðûõ äàëüíîñòü è âûñîòà ïîë¸òà áóäóò ìàêñèìàëüíû, à òàêæå óãîë, ïðè êîòîðîì âûñîòà ïîë¸òà áóäåò ðàâíà äàëüíîñòè.

Äàëüíîñòü ïîë¸òà

L = (υ0cosα)tïîë.                     (1.23)

Âðåìÿ ïîë¸òà ìîæíî îïðåäåëèòü èç óðàâíåíèÿ (1.21). Ïðè ïàäåíèè òåëà ó = 0, îòñþäà Ïîäñòàâèâ ýòî âûðàæåíèå â óðàâíåíèå (1.23), ïîëó÷èì

Âðåìÿ ïîäú¸ìà Ïîäñòàâèâ ýòî âûðàæåíèå â óðàâíåíèå (1.21), ïîëó÷èì

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.

Çàêîí íåçàâèñèìîñòè äâèæåíèé
Âñÿêîå ñëîæíîå äâèæåíèå ìîæíî ïðåäñòàâèòü êàê ñóììó äâèæåíèé ïî äâóì íåçàâèñèìûì êîîðäèíàòàì.

Òåïåðü âûÿñíèì, êàêîé áóäåò òðàåêòîðèÿ òåëà, åñëè åãî íà÷àëüíàÿ ñêîðîñòü íàïðàâëåíà ãîðèçîíòàëüíî.

êîãäà ñêîðîñòü òåëà ãîðèçîíòàëüíà, îíî äâèæåòñÿ ïî âåòâè ïàðàáîëû

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 0 è ðàâíîóñêîðåííîãî äâèæåíèÿ ñ óñêîðåíèåì . Èñïîëüçóÿ çàêîí íåçàâèñèìîñòè äâèæåíèÿ, ìîæíî îïðåäåëèòü ïàðàìåòðû òðàåêòîðèè, à òàêæå çíà÷åíèÿ êèíåìàòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê äâèæåíèÿ â ðàçíûå ìîìåíòû âðåìåíè.

Íàïèøèòå óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ òåëà â ñëó÷àå, åñëè òåëî áðîñàþò ãîðèçîíòàëüíî ñ âûñîòû h. Ñðàâíèòå ñâîè óðàâíåíèÿ ñ óðàâíåíèÿìè, íàïèñàííûìè ñîñåäîì ïî ïàðòå.

Íàãëÿäíîå ïðåäñòàâëåíèå î òðàåêòîðèè òåëà, áðîøåííîãî ãîðèçîíòàëüíî èëè ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó, ìîæíî ïîëó÷èòü íà ïðîñòîì îïûòå. Òàê êàê êàæäàÿ ÷àñòèöà âîäû äâèæåòñÿ ïî ïàðàáîëå, òî ñòðóè âîäû èìåþò ôîðìó ïàðàáîëû.  ýòîì ëåãêî óáåäèòüñÿ, ïîñòàâèâ çà ñòðó¸é ýêðàí ñ çàðàíåå âû÷åð÷åííîé ïàðàáîëîé. Ïðè îïðåäåë¸ííîé ñêîðîñòè èñòå÷åíèÿ âîäû ñòðóÿ áóäåò ðàñïîëàãàòüñÿ âäîëü âû÷åð÷åííîé ïàðàáîëû.

Êëþ÷åâûå ñëîâà äëÿ ïîèñêà èíôîðìàöèè ïî òåìå ïàðàãðàôà.
Óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ. Íåçàâèñèìîñòü äâèæåíèé

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?

Îáðàçöû çàäàíèé ÅÃÝ

A1. Êàìåíü, áðîøåííûé ãîðèçîíòàëüíî, óïàë íà çåìëþ ÷åðåç 2 ñ. Îïðåäåëèòå âûñîòó, ñ êîòîðîé áûë áðîøåí êàìåíü (g = 10 ì/ñ2).

A2. Ìÿ÷ áðîñèëè ñ ãîðèçîíòàëüíîé ïîâåðõíîñòè çåìëè ïîä óãëîì α = 30° ê ãîðèçîíòó. Ìàêñèìàëüíàÿ ñêîðîñòü ìÿ÷à âî âðåìÿ ïîë¸òà áûëà ðàâíà 12 ì/ñ. ×åìó ðàâíà ìèíèìàëüíàÿ ñêîðîñòü ìÿ÷à âî âðåìÿ ïîë¸òà?

A3. Íåáîëüøîé êàìåíü, áðîøåííûé ñ ðîâíîé ãîðèçîíòàëüíîé ïîâåðõíîñòè çåìëè ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó, óïàë îáðàòíî íà çåìëþ â 20 ì îò ìåñòà áðîñêà. Ñêîëüêî âðåìåíè ïðîøëî îò áðîñêà äî òîãî ìîìåíòà, êîãäà åãî ñêîðîñòü áûëà íàïðàâëåíà ãîðèçîíòàëüíî è ðàâíà 10 ì/ñ?

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru



Ñîäåðæàíèå

!-- Step 2 - Decide on the place where you want to place the video -->
. Âàæíî, ÷òîáû ñêðèïò áûë ïîñëå áëîêà. Íàïðèìåð, ìîæíî ðàçìåñòèòü ïåðåä òåãîì -->