سرعتمشخصه کمی حرکت بدن است.
سرعت متوسطیک کمیت فیزیکی برابر با نسبت بردار جابجایی نقطه به فاصله زمانی Δt است که طی آن این جابجایی رخ داده است. جهت بردار سرعت متوسط با جهت بردار جابجایی منطبق است. سرعت متوسط با فرمول تعیین می شود:
سرعت فوری، یعنی سرعت در این لحظهزمان یک کمیت فیزیکی است برابر با حدی که سرعت متوسط با کاهش بی‌نهایت بازه زمانی Δt به آن می‌رود:
به عبارت دیگر، سرعت لحظه ای در یک لحظه معین از زمان، نسبت یک حرکت بسیار کوچک به یک دوره زمانی بسیار کوچک است که در طی آن این حرکت رخ داده است.
بردار سرعت لحظه ای به صورت مماس بر مسیر حرکت جسم هدایت می شود (شکل 1.6).
برنج. 1.6. بردار سرعت لحظه ای.
در سیستم SI سرعت بر حسب متر بر ثانیه اندازه گیری می شود، یعنی واحد سرعت را سرعت چنین حرکت یکنواخت یکنواختی می دانند که در آن بدن در یک ثانیه مسافت یک متر را طی می کند. واحد سرعت مشخص می شود ام‌اس. اغلب سرعت در واحدهای دیگر اندازه گیری می شود. به عنوان مثال، هنگام اندازه گیری سرعت ماشین، قطار و غیره. واحد اندازه گیری که معمولاً استفاده می شود کیلومتر در ساعت است:
1 کیلومتر در ساعت = 1000 متر / 3600 ثانیه = 1 متر / 3.6 ثانیه
1 متر بر ثانیه = 3600 کیلومتر / 1000 ساعت = 3.6 کیلومتر در ساعت
اضافه شدن سرعت ها
سرعت بدن در سیستم های مختلفمرجع کلاسیک را به هم متصل می کند قانون جمع سرعت.
سرعت بدن نسبت به چارچوب مرجع ثابتبرابر است با مجموع سرعت های جسم در چارچوب مرجع متحرکو متحرک ترین چارچوب مرجع نسبت به ثابت.
مثلا، قطار مسافربریدر طول راه آهن با سرعت 60 کیلومتر در ساعت حرکت می کند. فردی با سرعت 5 کیلومتر در ساعت در کالسکه این قطار قدم می زند. اگر راه آهن را بی حرکت در نظر بگیریم و آن را به عنوان چارچوب مرجع در نظر بگیریم، سرعت یک فرد نسبت به چارچوب مرجع (یعنی نسبت به راه آهن) برابر با اضافه شدن سرعت قطار و شخص خواهد بود یعنی
60 + 5 = 65 اگر فرد در همان جهت قطار راه می رود
60 - 5 = 55 اگر شخص و قطار در جهات مختلف حرکت کنند
با این حال، این تنها در صورتی صادق است که شخص و قطار در یک خط حرکت کنند. اگر فردی در یک زاویه حرکت کند، این زاویه باید در نظر گرفته شود، به یاد داشته باشید که سرعت است کمیت برداری.
حالا بیایید به مثالی که در بالا توضیح داده شد با جزئیات بیشتر نگاه کنیم - با جزئیات و تصاویر.
بنابراین، در مورد ما، راه آهن است چارچوب مرجع ثابت. قطاری که در این جاده در حال حرکت است چارچوب مرجع متحرک. ماشینی که فرد روی آن راه می رود بخشی از قطار است.
بیایید سیستم مختصات XOY را با سیستم مرجع ثابت (شکل 1.7) و سیستم مختصات XP O P Y P را با سیستم مرجع متحرک مرتبط کنیم (به بخش سیستم مرجع نیز مراجعه کنید). و اکنون بیایید سعی کنیم سرعت یک فرد را نسبت به یک چارچوب مرجع ثابت، یعنی نسبت به راه آهن پیدا کنیم.
این قانون اضافه جابجایی. در مثال ما، حرکت یک نفر نسبت به راه آهن برابر است با مجموع حرکات یک نفر نسبت به واگن و واگن نسبت به راه آهن.
برنج. 1.7. قانون جمع جابجایی ها.
این قانون است سرعت اضافه:
سرعت جسم نسبت به چارچوب مرجع ثابت برابر است با مجموع سرعت های جسم در چارچوب مرجع متحرک و سرعت خود قاب متحرک نسبت به حالت ثابت.
فکر می‌کنید چه کسی سریعتر حرکت می‌کند، کشاورز واسچکین، ماشین رنویا هواپیمای بوئینگ؟ کدام یک از آنها سریعتر از مسکو به کراسنودار می رسند؟ پاسخ واضح است رنو سریعتر از Vasechkin است، اما کندتر از Boeing.
یعنی ما نه تنها می دانیم اجسام مختلف چگونه حرکت می کنند، بلکه می توانیم سرعت آنها را نیز مقایسه کنیم. سرعت در فیزیک چیست؟ چگونه سرعت یک جسم را پیدا کنیم و واحدهای سرعت کدامند؟
سرعت در فیزیک: چگونه سرعت را پیدا کنیم؟
در کلاس هفتم مفهوم سرعت در درس فیزیک مطرح می شود. بدون شک، همه دانش آموزان در این لحظه از قبل با این کلمه آشنا هستند و معنی آن را تصور می کنند. آنها همچنین می دانند که سرعت با کیلومتر در ساعت اندازه گیری می شود. اما بعید است که آنها بتوانند به طور منسجم توضیح دهند که سرعت در فیزیک چیست، واحدهای سرعت چیست. به همین دلیل است که این مفهوم به ظاهر ساده نیاز به توضیح و تحلیل دارد.
در فیزیک به سرعت حرکت واسچکین، رنو و بوئینگ سرعت حرکت آنها می گویند. و این سرعت مشخص می کند که هر یک از شرکت کنندگان این سفر در واحد زمان بر کدام مسیر غلبه می کنند. و اگر در طول پرواز بر مسافت 1350 کیلومتری بین مسکو و کراسنودار در دو ساعت غلبه کنیم، با ماشین کمتر از 15 ساعت زمان نیاز نداریم، سپس واسچکین بی پروا می تواند تمام تعطیلات خود را با سرعت پیاده روی کند و پیاده روی کند. فقط برای اینکه مادرشوهرم را ببوسم، پنکیک بخورم و هواپیما را به مقصد مسکو بگیرم تا روز دوشنبه سر وقت کار باشم، به آن مکان برسید. بر این اساس، در هر واحد زمان در ساعت، هواپیما 670 کیلومتر، خودرو 90 کیلومتر و توریست واسچکین تا پنج کیلومتر از جاده را تکان می دهد. و بعد می گویند سرعت هواپیما 670 کیلومتر در ساعت، ماشین 90 کیلومتر و عابر پیاده 5 کیلومتر در ساعت است. یعنی سرعت با تقسیم مسافت طی شده در واحد زمان بر ساعت، دقیقه یا ثانیه تعیین می شود.
واحدهای سرعت
در عمل از واحدهایی مانند km/h، m/s و برخی دیگر استفاده می شود. آنها سرعت را با حرف v، فاصله را با حرف s و زمان را با حرف t نشان می دهند. فرمول یافتن سرعت در فیزیکشبیه این است: v=(s)/(t).
و اگر لازم باشد سرعت را نه بر حسب کیلومتر در ساعت، بلکه بر حسب متر بر ثانیه محاسبه کنیم، محاسبه مجدد به شرح زیر انجام می شود. از آنجایی که 1 کیلومتر = 1000 متر، و 1 ساعت = 60 دقیقه = 3600 ثانیه، می توانیم بنویسیم: 1 کیلومتر در ساعت = (1000 متر) / (3600 ثانیه). و سپس سرعت هواپیما برابر خواهد بود: 670 کیلومتر در ساعت \u003d 670 × (1000 متر) / (3600 ثانیه) \u003d 186 متر در ثانیه
سرعت علاوه بر مقدار عددی دارای جهت نیز می باشد بنابراین در شکل ها سرعت با فلش نشان داده شده و کمیت برداری نامیده می شود.
سرعت متوسط در فیزیک
به یک نکته دیگر توجه کنیم. در مثال ما، راننده ماشین با سرعت 90 کیلومتر در ساعت رانندگی می کرد. در بزرگراه می توانست با آن سرعت به طور مساوی رانندگی کند برای مدت طولانی. اما با عبور از شهرهای مختلف در طول مسیر، او یا پشت چراغ راهنمایی توقف کرد، سپس در راهبندان خزید، سپس به صورت کوتاه شماره گیری کرد. سرعت خوب. آن ها سرعت او در نقاط مختلف مسیر ناهموار بود. در این حالت مفهوم سرعت متوسط معرفی می شود. سرعت متوسط در فیزیک نشان داده می شود v_avو همان سرعت با حرکت یکنواخت در نظر گرفته می شود. فقط مسافت کل سفر را بگیرید و بر کل زمان تقسیم کنید.
مثال 1
مثلاً خودرویی در جاده ای در حال حرکت است و افرادی در آن هستند. آنها حرکت را همراه با حمل و نقل در بزرگراه انجام می دهند. یعنی مردم نسبت به جاده در فضا حرکت می کنند اما نسبت به خود ماشین مردم حرکت نمی کنند.
از این مثال می توان دریافت که در ابتدا باید جسم در نظر گرفته شده در حرکت را که در علوم به آن نقطه مرجع می گویند، تعیین کرد. سیستم مختصات ارتباط نزدیکی با روش اندازه گیری زمان دارد که در نتیجه مفهوم مرجع را ایجاد می کند.
اساساً محل بدن با یک مختصات داده می شود. بیایید یک مثال را تحلیل کنیم: اندازه یک ایستگاه در مدار نزدیک زمین را می توان نادیده گرفت و فقط مسیر حرکت را می توان محاسبه کرد. سفینه فضاییدر حین لنگر انداختن در ایستگاه بنابراین می توان ابعاد عناصر فیزیکی را نادیده گرفت و گاهی بدن را نقطه مادی تلقی کرد. خطی که مقدار داده شده در امتداد آن حرکت می کند مسیر نامیده می شود که طول آن مسیر نامیده می شود. واحد مسیر متر (m) است. حرکت مکانیکی با سه کمیت فیزیولوژیکی مشخص می شود: سرعت، جابجایی و شتاب.
مفهوم سرعت حرکت مکانیکی
تعریف 2
سرعت یک کمیت فیزیکی است که برابر با حرکت بدن به فاصله زمانی است که در طی آن این فعل و انفعال اتفاق افتاده است.
حرکت مکانیکی نیز با سرعت حرکت بدن (نقطه) ارزیابی می شود. این سرعت حرکت است. سرعت مفهومی از کمیت برداری است. برای تنظیم کامل آن، لازم است مستقیماً جهت و اندازه سرعتی که در ابتدا در آن اندازه گیری شده است تعیین شود. به عنوان یک قاعده، سرعت عناصر در طول مسیر حرکت در نظر گرفته می شود. در این حالت، مقدار شی مورد مطالعه به عنوان مسیر طی شده در یک واحد زمان تعیین می شود. به عبارت دیگر برای یافتن ضریب صحیح مسیر حرکت باید مسیر جسم را بر زمانی که طی آن طی شده تقسیم کرد.
تعریف 3
سرعت لحظه ای سرعت یک نقطه در یک لحظه خاص از زمان یا در یک نقطه خاص از مسیر است.
این یک کمیت فیزیکی برداری است که از نظر عددی برابر با حدی است که میانگین سرعت در یک بازه زمانی بسیار کم به آن می‌رسد. مسیر نشان داده شده اولین مشتق بردار با توجه به زمان است. بردار سرعت لحظه ای به صورت مماس بر خط حرکت بدن در جهت حرکت بعدی آن تعیین می شود.
این مقدار یک ایده دقیق از حرکت یک جسم در یک زمان معین می دهد.
به عنوان مثال، در طول سفر در یک ماشین در یک نقطه خاص از زمان، راننده به سرعت سنج نگاه می کند و می بیند که صفحه نمایش 100 کیلومتر در ساعت را نشان می دهد. سپس پیکان به 90 کیلومتر در ساعت اشاره می کند و پس از چند دقیقه - 110 کیلومتر در ساعت.
تبصره 1
مقدار سرعت لحظه ای حمل و نقل در نقاط خاصی از زمان، قرائت های دریافتی ابزار است.
آیا معنای فیزیکی در مفهوم "سرعت لحظه ای" وجود دارد؟ این اصطلاح با تغییر در حرکت عناصر در فضا مشخص می شود. اما برای اینکه بفهمیم مکان آن چگونه تغییر کرده است، باید حرکت را در یک بازه زمانی مشخص مشاهده کرد.
حتی پیشرفته‌ترین دستگاه‌های اندازه‌گیری سرعت، حرکت را در یک بازه زمانی مشخص - یک بازه زمانی محدود، اندازه‌گیری می‌کنند. تعریف «سرعت بدن در لحظه» از نظر فیزیک صحیح تلقی نمی شود. با این حال، این پایان نامه است که در محاسبات ریاضی بسیار راحت است، بنابراین همیشه از آن استفاده می شود.
قانون جمع سرعت ها
سرعت هر جسم فیزیکی نسبت به مفهوم ثابت مرجع همیشه برابر است با مجموع بردار حرکت عناصر نسبت به سیستم متحرک. این نظریه به تعیین دقیق مکان یک شی در یک دوره زمانی خاص کمک می کند.
برای درک این قانون باید دو چارچوب مرجع را در نظر گرفت که یکی از آنها با نقطه مرجع ثابت $O$ همراه است. این مفهوم را با $K$ نشان می دهیم که ثابت نامیده می شود.
سیستم دوم که با $K'$ نشان داده می شود و نسبت به بدن $O$ با سرعت $ \bar(u)$ حرکت می کند - به عنوان متحرک در نظر گرفته می شود.
باید درک کرد که سرعت یک کمیت برداری است. فقط می توان جهت سرعت بردار را از مسیر حرکت تعیین کرد. بردار سرعت به صورت مماس به مسیری که جسم از آن عبور می کند، که در حال حاضر در حال حرکت است، هدایت می شود.
سرعت منفی
تبصره 2
در صورتی که جسم در جهت مخالف محور مختصات در چارچوب مرجع انتخاب شده حرکت کند، سرعت بدنه می تواند منفی باشد.
یک دانشمند بریتانیایی به نام روبرتا بوید توانست سرعت "منفی" را به پرتو نور اختصاص دهد که در آن اوج پالس به سمت منبع حرکت می کند و از آن دور نمی شود. جالب اینجاست که اگر محیط را به روش خاصی تغییر دهید و نور را از آن عبور دهید، می توانید به راحتی سرعت پالس نور را کنترل کنید - ده ها هزار بار آن را "یخ زده" یا کاهش دهید، یا حتی آن را به طور کلی متوقف کنید.
در این جنبه، ما در مورد سرعت گروهی صحبت می کنیم که سرعت انتشار یک پرتو پالس نور را تعیین می کند. به دلیل پراکندگی، این عنصر می تواند چندین مرتبه قدر کندتر از هر فوتون منفرد حرکت کند و بالعکس - سریعتر از سرعت نور در خلاء.
که در این موردما در مورد نقض قوانین طبیعت صحبت نمی کنیم، زیرا اولین فوتون ها در ضربه به پایان می رسند، نه " سریعتر از نور". در مورد توقف پرتو نور، لازم است در مورد جذب پالس توسط محیط آماده شده با انتشار مجدد صحبت شود. این همه را نجات می دهد پارامترهای مهمجسم اصلی، "تا آخرین فوتون".
فکر می‌کنید چه کسی سریعتر حرکت می‌کند، کشاورز واسچکین، ماشین رنو یا هواپیمای بوئینگ؟ کدام یک از آنها سریعتر از مسکو به کراسنودار می رسند؟ پاسخ واضح است رنو سریعتر از Vasechkin است، اما کندتر از Boeing.
یعنی ما نه تنها می دانیم اجسام مختلف چگونه حرکت می کنند، بلکه می توانیم سرعت آنها را نیز مقایسه کنیم. سرعت در فیزیک چیست؟ چگونه سرعت یک جسم را پیدا کنیم و واحدهای سرعت کدامند؟
سرعت در فیزیک: چگونه سرعت را پیدا کنیم؟
در کلاس هفتم مفهوم سرعت در درس فیزیک مطرح می شود. بدون شک، همه دانش آموزان در این لحظه از قبل با این کلمه آشنا هستند و معنی آن را درک می کنند.
- آنها همچنین می دانند که سرعت بر حسب کیلومتر در ساعت اندازه گیری می شود و با حرف V نشان داده می شود.
اما بعید است که آنها بتوانند به طور منسجم توضیح دهند که سرعت در فیزیک چیست، واحدهای سرعت چیست. به همین دلیل است که این مفهوم به ظاهر ساده نیاز به توضیح و تحلیل دارد.
در فیزیک، سرعت حرکت Vasechkin، Renault و Boeing سرعت آنها را نامید.و این سرعت مشخص می کند که هر یک از شرکت کنندگان این سفر در واحد زمان بر کدام مسیر غلبه می کنند. و اگر در طول پرواز بر مسافت 1350 کیلومتری بین مسکو و کراسنودار در دو ساعت غلبه کنیم، با ماشین کمتر از 15 ساعت زمان نیاز نداریم، سپس واسچکین بی پروا می تواند تمام تعطیلات خود را با سرعت پیاده روی کند و پیاده روی کند. فقط برای اینکه مادرشوهرم را ببوسم، پنکیک بخورم و هواپیما را به مقصد مسکو بگیرم تا روز دوشنبه سر وقت کار باشم، به آن مکان برسید.
بر این اساس، در هر واحد زمان در ساعت، هواپیما 670 کیلومتر، خودرو 90 کیلومتر و توریست واسچکین تا پنج کیلومتر از جاده را تکان می دهد. و بعد می گویند سرعت هواپیما 670 کیلومتر در ساعت، ماشین 90 کیلومتر و عابر پیاده 5 کیلومتر در ساعت است. یعنی سرعت با تقسیم مسافت طی شده در واحد زمان بر ساعت، دقیقه یا ثانیه تعیین می شود.
واحدهای سرعت
در عمل از واحدهایی مانند km/h، m/s و برخی دیگر استفاده می شود. آنها سرعت را با حرف v، فاصله را با حرف s و زمان را با حرف t نشان می دهند. فرمول یافتن سرعت در فیزیکبه نظر می رسد که:
- V = s / t،
جایی که s مسافت طی شده است
t زمان صرف شده برای غلبه بر این مسیر است
و اگر لازم باشد سرعت را نه بر حسب کیلومتر در ساعت، بلکه بر حسب متر بر ثانیه محاسبه کنیم، محاسبه مجدد به شرح زیر انجام می شود. از آنجایی که 1 کیلومتر = 1000 متر، و 1 ساعت = 60 دقیقه = 3600 ثانیه، می توانیم بنویسیم: 1 کیلومتر در ساعت = (1000 متر) / (3600 ثانیه). و سپس سرعت هواپیما برابر خواهد بود: 670 کیلومتر در ساعت \u003d 670 × (1000 متر) / (3600 ثانیه) \u003d 186 متر در ثانیه
سرعت علاوه بر مقدار عددی دارای جهت نیز می باشد بنابراین در شکل ها سرعت با فلش نشان داده شده و کمیت برداری نامیده می شود.
سرعت متوسط در فیزیک
به یک نکته دیگر توجه کنیم. در مثال ما، راننده ماشین با سرعت 90 کیلومتر در ساعت رانندگی می کرد. در بزرگراه می توانست برای مدت طولانی با آن سرعت یکنواخت رانندگی کند. اما با عبور از شهرهای مختلف در طول مسیر، یا پشت چراغ راهنمایی توقف می کرد، یا در راهبندان می خزید، یا در چند لحظه کوتاه سرعت خوبی می گرفت.
آن ها سرعت او در نقاط مختلف مسیر ناهموار بود. در این حالت مفهوم سرعت متوسط معرفی می شود. سرعت متوسط در فیزیک با V نشان داده می شود _avو همان سرعت با حرکت یکنواخت در نظر گرفته می شود. فقط مسافت کل سفر را بگیرید و بر کل زمان تقسیم کنید.
سرعت یکی از ویژگی های اصلی است. این ماهیت حرکت را بیان می کند، یعنی. تفاوتی که بین جسم ساکن و جسم متحرک وجود دارد را مشخص می کند.
واحد SI برای سرعت است ام‌اس.
مهم است که به یاد داشته باشید که سرعت یک کمیت برداری است. جهت بردار سرعت با حرکت تعیین می شود. بردار سرعت همیشه به صورت مماس بر مسیر حرکت در نقطه ای که جسم متحرک از آن عبور می کند هدایت می شود (شکل 1).
به عنوان مثال، چرخ یک ماشین در حال حرکت را در نظر بگیرید. چرخ می چرخد و تمام نقاط چرخ به صورت دایره ای حرکت می کنند. اسپری که از چرخ می پرد، در امتداد مماس ها به این دایره ها پرواز می کند و جهت بردارهای سرعت تک تک نقاط چرخ را نشان می دهد.
بنابراین، سرعت جهت حرکت بدن (جهت بردار سرعت) و سرعت حرکت آن (مدول بردار سرعت) را مشخص می کند.
سرعت منفی
آیا سرعت بدن می تواند منفی باشد؟ بله شاید. اگر سرعت جسم منفی باشد، به این معنی است که جسم در جهت مخالف جهت محور مختصات در چارچوب مرجع انتخاب شده حرکت می کند. شکل 2 حرکت اتوبوس و ماشین را نشان می دهد. سرعت ماشین منفی و سرعت اتوبوس مثبت است. لازم به یادآوری است که در مورد علامت سرعت، منظور ما پیش بینی بردار سرعت بر روی محور مختصات است.
حرکت یکنواخت و ناهموار
که در مورد کلیسرعت بستگی به زمان دارد با توجه به ماهیت وابستگی سرعت به زمان، حرکت یکنواخت و ناهموار است.
تعریف
حرکت یکنواختحرکتی با سرعت مدول ثابت است.
در مورد حرکت ناهموار، آنها در مورد:
نمونه هایی از حل مسائل با موضوع "سرعت"
مثال 1
| ورزش | ماشین نیمه اول راه را بین دو رد کرد شهرک هابا سرعت 90 کیلومتر در ساعت و نیمی دیگر با سرعت 54 کیلومتر در ساعت. تعیین کنید سرعت متوسطماشین. |
| راه حل | محاسبه میانگین سرعت یک خودرو به عنوان میانگین حسابی دو سرعت مشخص شده نادرست است. بیایید از تعریف سرعت متوسط استفاده کنیم: از آنجایی که یک خط مستقیم فرض می شود حرکت یکنواخت، علائم برداری را می توان حذف کرد. زمان صرف شده توسط ماشین در عبور از کل بخش مسیر: زمانی که برای تکمیل نیمه اول سفر صرف می شود، و زمانی است که برای تکمیل نیمه دوم سفر صرف می شود. جابجایی کل برابر است با فاصله بین سکونتگاه ها، یعنی. . با جایگزینی این نسبت ها در فرمول سرعت متوسط، به دست می آوریم: ما سرعت ها را در بخش های جداگانه به سیستم SI ترجمه می کنیم: سپس میانگین سرعت ماشین برابر است با: |
| پاسخ | میانگین سرعت خودرو 18.8 متر بر ثانیه است |
مثال 2
| ورزش | یک ماشین 10 ثانیه با سرعت 10 متر بر ثانیه حرکت می کند و سپس 2 دقیقه دیگر با سرعت 25 متر بر ثانیه حرکت می کند. میانگین سرعت ماشین را تعیین کنید. |
| راه حل | بیایید یک نقاشی بکشیم. |
