Скорость тела. Равномерное и неравномерное движение

Равномерное и неравномерное движение. Скорость тела

Важно не то место, которое мы занимаем,

а то направление, в котором мы движемся

Л.Н. Толстой

Напомним, что прошлая тема была посвящена механическому движению. Механическое движение – это изменение положения тела относительно других тел с течением времени. В прошлой теме были рассмотрены различные примеры движения, такие как, движение самолета или автомобиля. Главный вывод с прошлой темы – это любое механическое движение относительно. Тело может двигаться по-разному, то есть, иметь прямую или кривую траекторию. Напомним, что траектория – это линия, по которой движется тело. Физическую величину, равную длине траектории, по которой двигалось тело, в течение данного промежутка времени называют путём. Однако ещё не говорилось об одной важной характеристике – о равномерности движения. Например, рассмотрим, движение самолета.

После того, как он поднялся на нужную высоту, самолёт каждый час проходит одинаковый путь (обычно это около 900 км). Он не делает остановки, не разгоняется и не тормозит. Такое движение называется равномерным. То есть, равномерное движение – это движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит равные пути. Необходимо обратить внимание на слово «любые» в данном определении. То есть, для того, чтобы движение считалось равномерным, самолет должен проходить одинаковые пути не только каждый час, но и каждые полчаса, четверть часа, каждую минуту и так далее. Такое движение встречается очень редко.

Например, на проезжей части движение автомобиля почти никогда не является равномерным из-за того, что время от времени приходится тормозить или же опять набирать скорость, чтобы не столкнуться с другими автомобилями. В этом случае, конечно, автомобили проходят разные пути за одни и те же промежутки времени. Движение маятника тоже не является равномерным: ведь он на миг останавливается, а потом начинает двигаться в другую сторону.

Падающие снежинки, конечно, тоже двигаются неравномерно, особенно, в ветреную погоду. Таким образом, можно сказать, что неравномерное движение – это такое движение, при котором тело за равные промежутки времени проходит разные пути.

Помимо равномерности, движение характеризуется быстротой. Скажем, автомобиль движется значительно быстрее пешего путника. В то же время, самолет движется значительно быстрее, чем автомобиль. Поэтому, вводится величина, характеризующая быстроту движения – скорость. Рассмотрим сначала наиболее простой случай: равномерное движение. Допустим, путник за час пройдет 5 км, автомобиль проедет 80 км, а самолет пролетит 1000 км.

В таком случае можно сказать, что скорость путника составляет 5 км/ч, скорость автомобиля – 80 км/ч, а скорость самолета – 1000 км/ч. Поэтому, можно сказать, что путник, автомобиль и самолет движутся с различными скоростями. Иногда скорость можно измерять и в других единицах измерения. Например, нам известно, что за тридцать секунд мотоциклист проехал шестьсот метров. Это значит, что за каждую секунду он проезжал двадцать метров. Иными словами, скорость мотоциклиста равна 20 м/с. Как это вычислить? Необходимо разделить пройденный путь на промежуток времени, за который мотоциклист преодолел этот путь. Необходимо отметить, что этот способ годится, только если речь идет о равномерном движении. Итак, скорость тела при равномерном движении – это физическая величина, равная отношению пути ко времени, за которое этот путь пройден.

Скорость обозначается латинской буквой u. В системе СИ время измеряется в секундах, а скорость – в метрах в секунду (м/с).

[м/с]

Однако в повседневной жизни скорость чаще всего измеряют в километрах в час (км/ч). Поэтому, полезно научиться переводить метры в секунду в километры в час и наоборот. Итак, рассмотрим равномерное движение тела со скоростью 1 м/с. Это значит, что за 1 с оно пройдет 1 м. Поскольку в часе 3600 с, за час это тело пройдет в 3600 раз большее расстояние, чем за секунду. В то же время, в одном километре 1000 м, поэтому за единицу времени тело пройдет в 1000 раз меньше километров, чем метров. Таким образом, чтобы перевести м/с в км/ч, нужно м/с умножить на 3600 и разделить на 1000 (то есть, просто умножить на 3,6). Значит, чтобы наоборот, перевести км/ч в м/с, нужно км/ч разделить на 3,6.

1 м/с = 3,6 км/ч

1 км/ч = 1/3,6 м/с

Рассмотрим пример: если автомобиль, начиная движение от дерева, будет равномерно двигаться со скоростью 15 м/с, то, на каком расстоянии от дерева он окажется через 5 с? Если каждую секунду автомобиль проезжает 15 м, значит, за 5 с он проедет 75 м, а, значит, окажется на расстоянии 75 м от дерева. Но вот, справа или слева? Всё зависит от того, куда поедет автомобиль. У скорости, помимо числового значения, есть ещё и направление. То есть, скорость – это такая величина, которая характеризуется как числовым значением, так и направлением. Такие величины называются векторными. Все векторные величины обозначаются не просто буквой, а буквой со стрелочкой над ней.

Вектор скорости:

Если векторная величина записана только буквой (без стрелочки сверху), то, значит, речь идет только о числовом значении (это значение называется модулем).

Модуль скорости:

Итак, скорость – это векторная величина. А вот, например, путь или время можно охарактеризовать только числовыми значениями (они не имеют направления). Такие величины называются скалярными.

Таким образом, для векторных величин важно не только числовое значение, но и направление. Поэтому на рисунках всегда обозначают направление скорости с помощью стрелочек. Таким образом, зная модуль и направление скорости при равномерном движении, можно узнать, где окажется тело через тот или иной промежуток времени.

Теперь рассмотрим неравномерное движение. Для характеристики неравномерного движения тела вводится понятие средней скорости. Допустим, ученик дошёл от школы до дома пешком за 15 минут. Исходя из того, что от школы до дома 900 м, можно сказать, что ученик проходит 60 м/мин. Поскольку в минуте 60 с, скорость ученика составляет 1 м/с. Но, что это за скорость? Во время пути ученик мог останавливаться на светофорах, зайти в магазин, в какие-то периоды идти чуть медленнее или чуть быстрее. Поэтому, речь идет о средней скорости. То есть, ученик в среднем преодолевал один метр за одну секунду.

Итак, средняя скорость тела при неравномерном движении – это отношение пройденного пути к промежутку времени, за который этот путь пройден.

Если говорить проще, то чтобы найти среднюю скорость, нужно весь пройденный путь разделить на всё время движения. Скажем, если тело прошло четыре отрезка различной длины за различные промежутки времени, то для нахождения средней скорости нужно сумму длин отрезков разделить на суммарное время.

Рассмотрим еще один пример: велосипедист проехал 160 м за 20 с. Если разделить весь пройденный путь на всё время движения, то получим среднюю скорость – 8 м/с. Но эта скорость не говорит ничего о том, как двигался велосипедист: возможно, он разгонялся и снижал скорость, возможно, он ехал по прямой, или петлял. Средняя скорость лишь характеризует движение тела за весь промежуток времени.

В таблице указаны некоторые средние скорости в метрах в секунду.

Основные выводы

– Движение может быть как равномерным, так и неравномерным.

– Равномерным движением называется такое движение, при котором тело проходит равные пути за равные промежутки времени.

– Неравномерным движением называется такое движение, при котором за одинаковые промежутки времени тело проходит разные пути.

– Быстроту движения характеризуют такой величиной как скорость. Скорость является векторной величиной, то есть, у нее есть и числовое значение, и направление.

– При равномерном движении, скорость – это величина, равная отношению пути ко времени за которое этот путь пройден.

– При неравномерном движении, вводится такая величина как средняя скорость: она равна отношению всего пройденного пути ко всему времени движения.

– В системе СИ скорость измеряется в метрах в секунду, хотя в повседневной жизни часто используются километры в час.

                                                           [м/с]

                                                      1 м/с = 3,6 км/ч

                                                    1 км/ч = 1/3,6 м/с