Найважливішою характеристикою при русі тіла є його швидкість. Знаючи її, а також деякі інші параметри, ми завжди можемо визначити час руху, пройдену відстань, початкову, кінцеву швидкість і прискорення. Рівноприскореного руху же є тільки одним з типів руху. Зазвичай воно зустрічається в завданнях з фізики з розділу кінематики. У подібних завданнях тіло приймають за матеріальну точку, що істотно спрощує всі розрахунки.
Швидкість. прискорення
Перш за все, хотілося б звернути увагу читача на те, що ці дві фізичних величини не є скалярними, а векторними. А це означає, що при вирішенні певного роду завдань необхідно звертати увагу на те, яке прискорення має тіло в плані знака, а також який вектор самої швидкості тіла. Взагалі в задачах виключно математичного плану подібні моменти опускають, але в задачах з фізики це досить важливо, оскільки в кінематиці через одного невірно поставленого знака відповідь може вийти помилковим.
приклади
Як приклад можна привести равноускоренное і равнозамедленно рух. Рівноприскореного руху характеризується, як відомо, розгоном тіла. Прискорення залишається постійним, але швидкість безперервно збільшується в кожен окремий момент часу. А при равнозамедленно русі прискорення має від`ємне значення, швидкість тіла безперервно знижується. Ці два види прискорення закладені в основу багатьох фізичних завдань і досить часто зустрічаються в задачах першої частини тестів з фізики.
Приклад равноускоренного руху
Рівноприскореного руху ми зустрічаємо щодня повсюдно. Жоден автомобіль перебуватиме на стоянці в реальному житті рівномірно. Навіть якщо стрілка спідометра показує рівно 6 кілометрів на годину, слід розуміти, що це насправді не зовсім так. По-перше, якщо розбирати це питання з технічної точки зору, то першим параметром, який буде давати неточність, стане прилад. Вірніше, його похибку.
Їх ми зустрічаємо у всіх контрольно-вимірювальних приладах. Ті ж самі лінійки. Візьміть штук десять хоч однакових (по 15 сантиметрів, наприклад) лінійок, хоч різних (15, 30, 45, 50 сантиметрів). Прикладіть їх один до одного, і ви помітите, що є невеликі неточності, а їх шкали не зовсім збігаються. Це і є похибка. В даному випадку вона буде дорівнює половині ціни поділки, як і у інших приладів, що видають певні значення.
Другим фактором, який буде давати неточність, є масштаб приладу. Спідометр не враховує такі величини, як половина кілометра, одна друга кілометра і так далі. Помітити на приладі це оком досить важко. Практично неможливо. Але ж зміна швидкості є. Нехай на таку маленьку величину, але все ж. Таким чином, це буде рівноприскореного руху, а не рівномірний. Те ж саме можна сказати і про звичайний крок. Йдемо, припустимо, ми пішки, і хтось каже: наша швидкість - 5 кілометрів на годину. Але це не зовсім так, а чому, було розказано трохи вище.
прискорення тіла
Прискорення може бути позитивним і негативним. Про це йшлося раніше. Додамо, що прискорення - це векторна величина, яка чисельно дорівнює зміні швидкості за певний проміжок часу. Тобто через формулу його можна визначити таким чином: a = dV / dt, де dV - зміна швидкості, dt - проміжок часу (зміна часу).
нюанси
Відразу може виникнути питання про те, як прискорення при такому розкладі може бути негативним. Ті люди, які задають таке запитання, мотивують це тим, що навіть швидкість не може бути негативною, не те що час. Насправді час негативним бути дійсно не може. Але дуже часто забувають про те, що швидкість приймати негативні значення цілком може. Це ж векторна величина, не слід забувати про це! Вся справа, мабуть, в стереотипах і некоректному мисленні.
Так ось, для вирішення завдань досить усвідомити одну річ: прискорення буде позитивним в тому випадку, якщо тіло розганяється. І воно буде негативним в тому випадку, якщо тіло гальмує. Ось і все, досить просто. Найпростіше логічне мислення або здатність бачити між рядків уже буде, по суті справи, частиною рішення фізичної завдання, пов`язаної зі швидкістю і прискоренням. Окремий випадок - це прискорення вільного падіння, і воно не може бути негативним.
Формули. Вирішення задач
Слід розуміти, що завдання, пов`язані зі швидкістю і прискоренням, бувають не тільки практичного, а й теоретичного характеру. Тому ми будемо розбирати їх і по можливості постараємося пояснити, чому той чи інший відповідь правильна або, навпаки, неправильний.
теоретична завдання
Дуже часто на іспитах з фізики в 9 і 11 класах можна зустріти подібні питання: "Як буде вести себе тіло, якщо сума всіх діючих на нього сил дорівнює нулю?". Насправді формулювання питання може бути найрізноманітнішою, але відповідь все одно один. Тут насамперед в хід потрібно пускати поверхневі будівлі і звичайне логічне мислення.
На вибір учня надається 4 відповіді. Перший: "швидкість буде дорівнює нулю". Другий: "швидкість тіла зменшується протягом деякого періоду часу". Третій: "швидкість тіла постійна, але вона точно не дорівнює нулю". Четвертий: "швидкість може мати будь-яке значення, але в кожен момент часу вона буде постійною".
Правильною відповіддю тут буде, звичайно ж, четвертий. Зараз розберемося, чому саме так. Давайте спробуємо розглянути всі варіанти по черзі. Як відомо, сума всіх сил, що діють на тіло, є добуток маси на прискорення. Але маса у нас залишається величиною постійною, її ми відкинемо. Тобто якщо сума всіх сил дорівнює нулю, прискорення теж дорівнюватиме нулю.
Отже, припустимо, що швидкість буде дорівнює нулю. Але цього не може бути, оскільки нулю у нас одно прискорення. Чисто фізично це допустимо, але тільки не в даному випадку, оскільки зараз мова йде про інше. Нехай швидкість тіла зменшується протягом деякого періоду часу. Але як вона може спадати, якщо прискорення постійно, і воно дорівнює нулю? Ніяких причин і передумов для зменшення чи збільшення швидкості немає. Тому другий варіант ми відкидаємо.
Припустимо, що швидкість тіла постійна, але вона точно не дорівнює нулю. Вона дійсно буде постійною в силу того, що прискорення просто-напросто відсутній. Але не можна однозначно сказати, що швидкість буде відмінна від нульової. А ось четвертий варіант - прямо в яблучко. Швидкість може бути будь-який, але, оскільки прискорення відсутня, вона буде постійною в часі.
практична задача
Визначте, який шлях був пройдений тілом в певний період часу t1-t2 (t1 = 0 секунд, t2 = 2 секунди), якщо є такі дані. Початкова швидкість тіла на відрізку від 0 до 1 секунди дорівнює 0 метрів в секунду, кінцева - 2 метра в секунду. Швидкість тіла станом на час 2 секунди дорівнює також 2 метрам в секунду.
Вирішити це завдання досить просто, потрібно лише вловити її суть. Отже, потрібно знайти шлях. Ну що ж, почнемо шукати його, попередньо виділивши дві ділянки. Як легко помітити, перша ділянка шляху (від 0 до 1 секунди) тіло проходить равноускоренно, про що свідчить збільшення його швидкості. Тоді знайдемо це прискорення. Його можна виразити як різницю швидкостей, розділену на час руху. Прискорення дорівнюватиме (2-0) / 1 = 2 метри на секунду в квадраті.
Відповідно, відстань, пройдену на першій ділянці шляху S дорівнюватиме: S = V0t + at ^ 2/2 = 0 * 1 + 2 * 1 ^ 2/2 = 0 + 1 = 1 метр. На другому ж ділянці шляху в період від 1 секунди до 2 секунд тіло рухається рівномірно. Значить, відстань дорівнюватиме V * t = 2 * 1 = 2 метри. Тепер підсумуємо відстані, отримуємо 3 метри. Це і є відповідь.
