Мгновенная скорость

Основные понятия кинематики. Скорость. Средняя скорость. Относительная скорость. Сложение перемещений и скоростей. урок. Физика 11 Класс

Мгновенная скорость

Кинематика – раздел физики, в котором даётся описание механического движения без выяснения причин, которые приводят к этому движению.

Механическое движение – это изменение взаимного расположения тел или частей тела.

Механическое движение можно наблюдать только относительно других тел. В различных системах отсчёта физические величины, характеризующие движение, и характер движения могут быть различными.

Например, автомобиль движется по дороге. В автомобиле находятся люди. Люди движутся вместе с автомобилем по дороге. То есть люди перемещаются в пространстве относительно дороги.

Но относительно самого автомобиля люди не движутся.

Система отсчёта, относительно которой описывается движение, состоит из:

1. тела отсчёта – условно неподвижное тело;

2. системы координат и часов, связанной с телом отсчёта.

При движении тело описывает некоторую линию, которая называется траекторией движения.

Траектория движения – это множество точек, которые определяют положение тела в тот или иной момент времени.

Основные виды механического движения:

1. поступательное – это движение тела, при котором прямая, соединяющая две любые точки тела, переносится всё время параллельно первоначальному положению (кузов автомобиля совершает поступательное движение при движении автомобиля по дороге);

2. вращательное – это движение тела вокруг некоторой оси. При таком движении все точки тела совершают движение по окружностям, центром которых является эта ось (колёса совершают вращательное движение при движении автомобиля по дороге);

3. колебательное – движение, при котором тело проходит положение равновесия, каждый раз двигаясь в направлении, противоположном предыдущему (колебательное движение совершает маятник в часах).

Скорость является основной характеристикой механического движения. Скорость – это быстрота перемещения.

Перемещение – векторная величина, связывающая две любые точки траектории.

 , где

 – скорость;  – перемещение;  – время, затраченное на перемещение.

Скорость – это векторная величина, всегда направленная по касательной к траектории движения в каждой её точке.

Средняя скорость – отношение всего пройденного пути к затраченному на это движение времени.

,

где  – средняя скорость;  – весь пройденный путь;  – всё затраченное время.

Понятием относительной скорости пользуются в том случае, когда рассматривают движение одного тела по отношению к другому телу.

Например, движутся два автомобиля навстречу друг другу, их относительная скорость будет равна сумме скоростей (см. Рис. 1).

Если бы эти автомобили двигались в одном направлении, то относительная скорость была бы равна скорости второго минус скорость первого (см. Рис. 1).

Рис. 1. Относительная скорость

В любом случае, относительная скорость равна векторной разности скоростей:

Сложение перемещений и скоростей проводится по правилу сложения векторов. Векторы складываются по правилу треугольника или по правилу параллелограмма (см. Рис. 2).

Рис. 2. Правила сложения векторов

Половину пути пешеход прошёл со скоростью . А вторую – со скоростью . Чему равна средняя скорость пешехода?

Дано: ;  – путь, пройденный на первом участке; ;  – путь, пройденный на втором участке

Найти:

Решение

Общее время состоит из двух отрезков времени:

Время первой половины пути:

Время второй половины пути:

Подставляем данное выражение в формулу средней скорости:

Ответ: .

Лодка, развивающая относительно воды скорость 5 м/с, пересекает реку шириной 40 м по наикратчайшему пути. Найти время переправы, если скорость течения реки – 3 м/с.

Дано: ; ;

Найти:

Решение

Для того чтобы пересечь реку, то есть пройти из пункта А в пункт В, необходимо направить лодку против течения реки под определённым углом (см. Рис. 3). При этом к скорости лодки  добавится скорость течения реки  и результирующая скорость  будет направлена по прямой АВ. Это можно записать в виде следующего векторного соотношения:

Рис. 3. Иллюстрация к задаче

Так как , то треугольник скоростей является прямоугольным. Если посмотреть на цифровые значения сторон этого треугольника (см. Рис. 4), то окажется, что это египетский треугольник. Если гипотенуза равна 5, а один из катетов – 3, то второй катет равен 4.

Рис. 4. Египетский треугольник

Следовательно, скорость, с которой лодка пересекает речку, равна 4:

Время переправы находится по формуле:

Ответ: .

Найти относительную скорость двух автомобилей, движущихся по двум дорогам, пересекающимся под , в одном направлении со скоростями по 30 м/с. Варианты ответов: 1. 0 м/с; 2. 30 м/с; 3. 60 м/с; 4. 45 м/с.

Дано: ;

Найти:

Решение

Относительная скорость второго автомобиля по отношению к первому равна:

На рисунке 5 выполнен схематический рисунок к задаче.

Рис. 5. Иллюстрация к задаче

Для того чтобы найти разность двух векторов, необходимо выражение относительной скорости представить в таком виде:

Тогда к концу вектора  прикладывается начало вектора  и эти вектора соединяются. Полученный вектор является вектором относительной скорости.

Треугольник скоростей является равнобедренным, с углом при вершине , следовательно:

Ответ: 2. 30 м/с.

Домашнее задание

  1. Упражнение 2 (1, 2) стр. 27 – Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10 (см. список рекомендованной литературы)
  2. Какие виды механического движения вам известны?
  3. Самолет летит с грузом к месту назначения на высоте 405 м над песчаной местностью с горизонтальным профилем со скоростью 130 м/с. Чтобы груз попал в намеченное место на земле (силой сопротивления движения пренебречь), летчик должен освободить его от крепежа, не долетев до цели. Варианты ответа: 1. 0,53 км 3. 0,95 км 2. 0,81 км 4. 1,17 км
  4. Поезд половину пути проехал со скоростью 72 км/ч, а вторую половину – в 1,5 раза медленнее. Определить среднюю скорость на всем пути.

Список литературы

  1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10. – М.: Просвещение, 2008.
  2. А.П. Рымкевич. Физика. Задачник 10–11. – М.: Дрофа, 2006.
  3. О.Я. Савченко. Задачи по физике. – М.: Наука, 1988.
  4. А.В. Пёрышкин, В.В. Крауклис. Курс физики. Т. 1. – М.: Гос. уч.-пед. изд. мин. просвещения РСФСР, 1957.
  5. Орлов В.А., Демидова М.Ю., Никифоров Г.Г., Ханнанов Н.К. Оптимальный банк заданий для подготовки к ЕГЭ. Единый государственный экзамен 2015. Физика. Учебное пособие. – М.: Интеллект-Центр, 2015.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал Physics.ru (Источник).
  2. Интернет-портал Indigomath.ru (Источник).
  3. Интернет-портал Afportal.ru (Источник).

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/11-klass/podgotovka-k-ege/osnovnye-ponyatiya-kinematiki-skorost-srednyaya-skorost-otnositelnaya-skorost-slozhenie-peremescheniy-i-skorostey

Мгновенная скорость

Мгновенная скорость

Если тело перемещается неравномерно, то описывая его движение в качестве одного из параметров можно воспользоваться средней скоростью движения на отдельных отрезках пути. Но такое описание дает очень приближенную, грубую характеристику перемещения.

Поскольку находя средние скорости, мы проводим замену неравномерного движения на движение с постоянной скоростью на избранных отрезках пути, думая, что скорость изменяется скачкообразно при переходе от одного отрезка времени к другому.

Графиком пути, отражающем перемещение тела, с постоянной скоростью, отличающейся на разных временных отрезках, станет ломаная линия, имеющая звенья с различным наклоном.

Допустим, что материальная точка перемещается вдоль прямой линии, которая не совпадает с осями координат. При этом ее положение определяет радиус- вектор $\vec r_1$, соответствующий моменту времени $t_1$. В момент времени $t_2$ положение материальной точки в пространстве определяет вектор $\vec r_2$.

Вектор перемещения нашей материальной точки определим как:

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

$\Delta \vec r=\vec r_2-\vec r_1(1).$

Определение 1

Средняя скорость материальной точки будет определена выражением:

$ \vec v_{sr}=\frac{\Delta \vec r}{\Delta t}=\frac{\vec r_2-\vec r_1}{t_2-t_1}(2).$

Из формулы (2) видно, что в ней происходит деление вектора на скаляр, в результате мы имеем вектор, направление которого совпадает с направлением вектора перемещения.

Векторы скорости и перемещения обладают одинаковыми направлениями.

Переход от средней скорости к мгновенной скорости

В выражении (2) средняя скорость найдена для отрезка времени, равного $\Delta t$. Разделим данный временной отрезок на более мелкие.

Если материальная точка перемещается неравномерно, то вновь найденные средние скорости будут отличаться, от средней скорости для всего отрезка $\Delta t$. Уменьшим временной отрезок $\Delta t$, станут меньше и отрезки времени внутри него.

Средние скорости в уменьшенных промежутках времени будут отличаться от средней скорости на всем отрезке времени, но величина различия станет меньше.

Устремим рассматриваемый промежуток времени к нулю (∆t→0), средняя скорость при этом устремится к предельному значению, которое называют мгновенной скоростью.

Определение 2

Мгновенной скоростью или скоростью в данный момент времени называют векторную величину, равную:

$\vec v(t)= \frac {d\vec r}{dt}(3).$

Если тело перемещается равномерно, то мгновенная скорость его движения в каждый момент времени совпадает со скоростью этого движения. Говорят, что мгновенная скорость равномерного движения является постоянной.

Мгновенная скорость неравномерного перемещения – это переменный параметр, который принимает разные значения для разных моментов времени. При этом мгновенную скорость можно считать изменяющейся непрерывно на всем отрезке времени, на котором рассматривается движение.

Мгновенную скорость в каждый момент времени можно определить как тангенс угла наклона касательной к кривой – траектории движения в рассматриваемой точке.

Компоненты вектора мгновенной скорости в декартовой системе координат

В декартовой системе координат радиус-вектор запишем как:

$\vec r(t)=x(t)\vec i+y(t)\vec j+z(t)\vec k (4)$,

принимая во внимание, что единичные орты ($\vec i ; \vec j; \vec k$) не изменяются во времени, и используя определение мгновенной скорости (3), получаем:

$\vec v(t)=\frac{dx}{dt}\vec i+\frac{dy}{dt}\vec j+\frac{dz}{dt}\vec k (5).$

Из формулы (5) мы видим, что составляющие вектора скорости в декартовой системе координат задаются выражениями:

$ v_x=\frac{dx}{dt} (6),$

$ v_y=\frac{dy}{dt} (7),$

$ v_z=\frac{dz}{dt} (8).$

При этом величину мгновенной скорости можно найти как:

$ v2=v_x2+v_y2+v_z2 (9).$

Направление мгновенной скорости

Будем описывать движение материальной точки через параметры траектории. При этом нам известны траектория движения точки и связь пути ($s$) и времени $t$.

Путь отмеряется по траектории, от точки траектории, которую мы принимаем за начальную. При этом любая точка траектории характеризуется собственной величиной $s$.

Из сказанного выше следует, что радиус-вектор – это функция от $s$, траекторию зададим уравнением:

$\vec r = \vec r(s)(10)$.

Получаем, что в определении мгновенной скорости (3) мы можем считать радиус – вектор как сложную функцию ($\vec r(s(t))$). При этом ее производную найдем, применяя правило дифференцирования сложной функции:

$\vec v=\frac{d\vec r}{dt}=\frac{d\vec r}{ds}\frac{ds}{dt}(11)$,

где по определению мгновенной скорости ее величина равна: $v=\frac{ds}{dt}$.

Обозначим $\Delta s$ — расстояние между парой точек по траектории; $|\Delta \vec r|$– расстояние между рассматриваемыми точками по кратчайшему расстоянию (прямой). При сближении наших точек разница между $\Delta s$ и $|\Delta \vec r|$ уменьшается, запишем:

$\frac{d\vec r}{ds}=\lim_{\Delta s\to 0} (\frac {\Delta \vec r}{\Delta s})=\lim_{\Delta s\to 0}(\frac{\Delta \vec r}{|\Delta r|}\frac {|\Delta r|}{\Delta s})=\vec \tau (12).$

где $\vec \tau$ — единичный вектор, являющийся касательным к траектории движения точки.

Принимая во внимание сказанное выше выражение (12) для мгновенной скорости можно записать как:

$\vec v=v\vec \tau$(13).

Из формулы (13) становится очевидно, что мгновенная скорость направлена по касательной к траектории движения материальной точки.

Рассматривая направления мгновенной скорости движения материальной точки подчеркнем, что:

  1. Мгновенная скорость материальной точки перемещающейся по прямой — это вектор, который направлен по траектории ее движения.
  2. При перемещении материальной точки по криволинейной траектории вектор мгновенной скорости имеет направление по касательной к траектории движения точки.

Скорость при равнопеременном движении

Самым простым способом неравномерного движения является равнопеременное перемещение тела, движение с постоянным ускорением. Это движение бывает:

  • равноускоренным, если скорость и ускорение имеют одинаковые направления, при этом величина скорости увеличивается;
  • равнозамедленное, при противоположном направлении скорости и ускорения, в этом случае скорость по модулю уменьшается.

При равнопеременном движении скорость в любой момент времени можно вычислить, если использовать выражение:

$\vec v(t)=\vec v_0+\vec a \bullet t (14),$

где $\vec v_0$ — начальная скорость движения точки; $\vec a$ — постоянное ускорения точки.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/mgnovennaya_skorost/

Мгновенная и средняя скорости — Класс!ная физика

Мгновенная скорость

«Физика — 10 класс»

Какую скорость показывает спидометр?
Может ли городской транспорт двигаться равномерно и прямолинейно?

Реальные тела (человек, автомобиль, ракета, теплоход и т. д.), как правило, не движутся с постоянной скоростью. Они начинают двигаться из состояния покоя, и их скорость увеличивается постепенно, при остановке скорость уменьшается также постепенно, таким образом, реальные тела движутся неравномерно.

Неравномерное движение может быть как прямолинейным, так и криволинейным.

Чтобы полностью описать неравномерное движение точки, надо знать её положение и скорость в каждый момент времени.

Скорость точки в данный момент времени называется мгновенной скоростью.

Что же понимают под мгновенной скоростью?

Пусть точка, двигаясь неравномерно и по кривой линии, в некоторый момент времени t занимает положение М (рис. 1.24). По прошествии времени Δt1 от этого момента точка займёт положение М1, совершив перемещение Δ1.

Поделив вектор Δ1 на промежуток времени Δt1 найдём такую скорость равномерного прямолинейного движения, с которой должна была бы двигаться точка, чтобы за время Δt попасть из положения М в положение М1.

Эту скорость называют средней скоростью перемещения точки за время Δt1.

Обозначив её через ср1, запишем: Средняя скорость направлена вдоль секущей ММ1. По той же формуле мы находим скорость точки при равномерном прямолинейном движении.

Скорость, с которой должна равномерно и прямолинейно двигаться точка, чтобы попасть из начального положения в конечное за определённый промежуток времени, называется средней скоростью перемещения.

Для того чтобы определить скорость в данный момент времени, когда точка занимает положение М, найдём средние скорости за всё меньшие и меньшие промежутки времени:

Интересно, верно ли следующее определение мгновенной скорости: «Скорость тела в данной точке траектории называется мгновенной скоростью»?

При уменьшении промежутка времени Δt перемещения точки уменьшаются по модулю и меняются по направлению. Соответственно этому средние скорости также меняются как по модулю, так и по направлению.

Но по мере приближения промежутка времени Δt к нулю средние скорости всё меньше и меньше будут отличаться друг от друга. А это означает, что при стремлении промежутка времени Δt к нулю отношение стремится к определённому вектору как к своему предельному значению.

В механике такую величину называют скоростью точки в данный момент времени или просто мгновенной скоростью и обозначают

Мгновенная скорость точки есть величина, равная пределу отношения перемещения Δ к промежутку времени Δt, в течение которого это перемещение произошло, при стремлении промежутка Δt к нулю.

Выясним теперь, как направлен вектор мгновенной скорости. В любой точке траектории вектор мгновенной скорости направлен так, как в пределе, при стремлении промежутка времени Δt к нулю, направлена средняя скорость перемещения.

Эта средняя скорость в течение промежутка времени Δt направлена так, как направлен вектор перемещения Δ Из рисунка 1.24 видно, что при уменьшении промежутка времени Δt вектор Δ уменьшая свою длину, одновременно поворачивается.

Чем короче становится вектор Δ, тем ближе он к касательной, проведённой к траектории в данной точке М, т. е. секущая переходит в касательную. Следовательно,

мгновенная скорость направлена по касательной к траектории (см. рис. 1.24).

В частности, скорость точки, движущейся по окружности, направлена по касательной к этой окружности. В этом нетрудно убедиться.

Если маленькие частички отделяются от вращающегося диска, то они летят по касательной, так как имеют в момент отрыва скорость, равную скорости точек на окружности диска.

Вот почему грязь из-под колёс буксующей автомашины летит по касательной к окружности колёс (рис. 1.25).

Понятие мгновенной скорости — одно из основных понятий кинематики. Это понятие относится к точке. Поэтому в дальнейшем, говоря о скорости движения тела, которое нельзя считать точкой, мы можем говорить о скорости какой-нибудь его точки.

Помимо средней скорости перемещения, для описания движения чаще пользуются средней путевой скоростью cps.

Средняя путевая скорость определяется отношением пути к промежутку времени, за который этот путь пройден:

Когда мы говорим, что путь от Москвы до Санкт-Петербурга поезд прошёл со скоростью 80 км/ч, мы имеем в виду именно среднюю путевую скорость движения поезда между этими городами. Модуль средней скорости перемещения при этом будет меньше средней путевой скорости, так как s > |Δ|.

Для неравномерного движения также справедлив закон сложения скоростей. В этом случае складываются мгновенные скорости.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Следующая страница «Ускорение»
Назад в раздел «Физика — 10 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский»

Кинематика — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Физика и познание мира — Что такое механика — Механическое движение. Система отсчёта — Способы описания движения — Траектория. Путь. Перемещение — Равномерное прямолинейное движение. Скорость.

Уравнение движения — Примеры решения задач по теме «Равномерное прямолинейное движение» — Сложение скоростей — Примеры решения задач по теме «Сложение скоростей» — Мгновенная и средняя скорости — Ускорение — Движение с постоянным ускорением — Определение кинематических характеристик движения с помощью графиков — Примеры решения задач по теме «Движение с постоянным ускорением» — Движение с постоянным ускорением свободного падения — Примеры решения задач по теме «Движение с постоянным ускорением свободного падения» — Равномерное движение точки по окружности — Кинематика абсолютно твёрдого тела. Поступательное и вращательное движение — Кинематика абсолютно твёрдого тела. Угловая скорость. Связь между линейной и угловой скоростями — Примеры решения задач по теме «Кинематика твёрдого тела»

Источник: http://class-fizika.ru/10_a9.html

Переход от средней скорости к мгновенной скорости

Выражения, которые получились, отражают среднюю скорость для того или иного отрезка времени. Если поделить его на короткие фазы, то получится, что материальная точка будет иметь разные показатели скорости. Такое явление можно объяснить разными способами перемещения точки. Это может быть неравномерное или равномерное движение. В случае неравномерного перемещения, скорости будут разными.

Если произвести уменьшение отрезка времени, то разница будет заметна и на отрезках внутри промежутка. Так же произойдут изменения в средних скоростях данных показателей времени на всем отрезку.

Если устремить отрезок времени к нулю (?t>0), средняя скорость при этом устремится к предельному значению, которое называют мгновенной скоростью.

Определение 2. Для расчета мгновенной скорости, надо обратиться к формуле, которая была разработана коллективом ученых.

Если тело перемещается равномерно, то мгновенная скорость его движения в определенный момент времени совпадает со скоростью этого движения. Установлено, что мгновенная скорость равномерного движения является постоянной.

Как рассчитать мгновенную скорость для тела, которое перемещается неравномерно. Этот параметр является переменным. Он может принимать различные значения в зависимости от времени. Тогда скорость считаться меняющейся на каждом из отрезков времени.

Мгновенную скорость в каждый момент времени можно определить как тангенс угла наклона касательной к кривой – траектории движения в рассматриваемой точке.

Компоненты вектора мгновенной скорости в декартовой системе координат

Рассмотренная система Декарта предполагает, что существует координата радиус-вектора, которую можно изобразить с помощью формулы. Здесь стоит учитывать существование единичных орт, которые не изменяются во времени.

Если использовать их для определения мгновенной скорости, то так же можно усовершенствовать формулу.

Отсюда можно заметить, что для того, чтобы задать вектор скорости в системе Декарта, надо использовать ряд несложных выражений.

Теперь можно осуществить нахождение числа мгновенной скорости.

Направление мгновенной скорости

Чтобы лучше понять принцип мгновенной скорости, следует описать движение некой материальной точки. Известно, что траектория движения точки и связь пути (s) и времени t.

Следует разметить отрезок равными частями. У каждой точки будет собственное понятие величины. Из всего, что было написано ранее, можно сделать вывод, что радиус-вектор – это функция от s.

Траекторию легко задать уравнением. Радиус-вектор представляет функцию (r>(s(t))). При этом ее производную можно найти, если применить важное правило дифференцирования сложной функции.

Обозначим ?s — расстояние между парой точек по траектории; |?r>|– расстояние между рассматриваемыми точками по кратчайшему расстоянию (прямой). При сближении наших точек разница между ?s и |?r>| уменьшается.

где ?> — единичный вектор, который является касательным к траектории движения точки.

Формула показывает, что направление мгновенной скорости следует по касательной к траектории движения материальной точки.

Таким образом, мгновенная скорость перемещающейся точки представляет собой вектор, направленный в сторону пути движения точки.

Если перемещение точки происходит по непрямой траектории, то вектор имеет направление по касательной к траектории движения точки.

Скорость при равнопеременном движении

Одним из самых простых способов двигаться неравномерно, то можно представить перемещение тела равнопеременного типа. Такое перемещение может быть несколько типов движение: равноускоренное и равнозамедленное. Равноускоренное движение представляет собой движение, при котором скорость и ускорение равные, при том, что скорость увеличивается.

Равнозамедленное движение появляется, когда скорость и ускорение противоположны, скорость уменьшается.

При равнопеременном движении скорость в любой момент времени можно вычислить, если использовать выражение, где v>0 — начальная скорость движения точки; a> — постоянное ускорения точки.

Источник: https://sciterm.ru/spravochnik/mgnovennaya-skorost/

Ускорение – среднее, мгновенное, тангенциальное, нормальное, полное

Мгновенная скорость

Ускорение характеризует быстроту изменения скорости.

К примеру, автомобиль, который трогается с места, движется ускоренно, так как наращивает скорость движения. В точке начала движения скорость автомобиля равняется нулю. Начав движение, автомобиль разгоняется до некоторой скорости.

При необходимости затормозить, автомобиль не сможет остановиться мгновенно, а за какое-то время. То есть скорость автомобиля будет стремиться к нулю – автомобиль начнет двигаться замедленно до тех пор, пока не остановится полностью. Но физика не имеет термина «замедление».

Если тело двигается, уменьшая скорость, этот процесс тоже называется ускорением, но со знаком «-».

Среднее ускорение

Средним ускорением называется отношение изменения скорости к промежутку времени, за который это изменении произошло. Вычисляют среднее ускорение при помощи формулы:

,

где  — это вектор ускорения. Направление вектора ускорения такое же, как у направления изменения скорости Δ =  — 0

где 0 является начальной скоростью. В момент времени t1 (см. рис. ниже) у тела 0. В момент времени t2 тело имеет скорость . Исходя из правила вычитания векторов, определим вектор изменения скорости Δ =  — 0. Отсюда вычисляем ускорение:

.

В системе СИ единицей ускорения называется 1 метр в секунду за секунду (либо метр на секунду в квадрате):

.

Метр на секунду в квадрате – это ускорение прямолинейно движущейся точки, при котором за 1 с скорость этой точки растет на 1 м/с. Другими словами, ускорение определяет степень изменения скорости тела за 1 с. К примеру, если ускорение составляет 5 м/с2, значит, скорость тела ежесекундно растет на 5 м/с.

Мгновенное ускорение

Мгновенное ускорение тела (материальной точки) в данный момент времени – это физическая величина, которая равна пределу, к которому стремится среднее ускорение при стремлении промежутка времени к 0. Другими словами – это ускорение, развиваемое телом за очень маленький отрезок времени:

.

Ускорение имеет такое же направление, как и изменение скорости Δ в крайне маленьких промежутках времени, за которые скорость изменяется. Вектор ускорения можно задать при помощи проекций на соответствующие оси координат в заданной системе отсчета (проекциями аХ, aY, aZ).

При ускоренном прямолинейном движении скорость тела увеличивается по модулю, т.е. v2 > v1, а вектор ускорения имеет такое же направление, как и у вектора скорости 2.

Если скорость тела по модулю уменьшается (v2 < v1), значит, у вектора ускорения направление противоположно направлению вектора скорости 2. Другими словами, в таком случае наблюдаем замедление движения (ускорение отрицательно, а < 0). На рисунке ниже изображено направление векторов ускорения при прямолинейном движении тела для случая ускорения и замедления.

Если происходит движение по криволинейной траектории, то изменяется модуль и направление скорости. Значит, вектор ускорения изображают в виде 2х составляющих.

Тангенциальное ускорение

Тангенциальным (касательным) ускорением называют ту составляющую вектора ускорения, которая направлена по касательной к траектории в данной точке траектории движения. Тангенциальное ускорение описывает степень изменения скорости по модулю при совершении криволинейного движения.

 

У вектора тангенциального ускорения τ (см. рис. выше) направление такое же, как и у линейной скорости либо противоположно ему. Т.е. вектор тангенциального ускорения находится в одной оси с касательной окружности, являющейся траекторией движения тела.

Нормальное ускорение

Нормальным ускорением является та часть вектора ускорения, которая направлена по нормали к траектории движения в заданной точке на траектории движения тела. Т.е.

вектор нормального ускорения расположен перпендикулярно к линейной скорости движения (см. рис. выше). Нормальное ускорение описывает степень изменения скорости по направлению и обозначается как n.

Вектор нормального ускорения направлен по радиусу кривизны траектории.

Полное ускорение

Полное ускорение при криволинейном движении составляется из тангенциального и нормального ускорений по правилу сложения векторов и вычисляется при помощи формулы:

(по теореме Пифагора для прямоугольного прямоугольника). При помощи правила сложения векторов вычисляем и направление полного ускорения:

 = τ + n.

Источник: https://www.calc.ru/Uskoreniye-Sredneye-Mgnovennoye-Tangentsialnoye-Normalnoye-P.html

Booksm
Добавить комментарий