Швидкість- Це кількісна характеристика руху тіла.
Середня швидкість- це фізична величина, що дорівнює відношенню вектора переміщення точки до проміжку часу Δt, за який відбулося це переміщення. Напрямок вектора середньої швидкості збігається із напрямком вектора переміщення Середня швидкість визначається за формулою:
Миттєва швидкість, тобто швидкість у Наразічасу – це фізична величина, рівна межі, якого прагне середня швидкість при нескінченному зменшенні проміжку часу Δt:
Інакше кажучи, миттєва швидкість у час – це ставлення дуже малого переміщення до дуже малому проміжку часу, протягом якого це переміщення сталося.
Вектор миттєвої швидкості спрямований по траєкторії руху тіла (рис. 1.6).
Мал. 1.6. Миттєва швидкість вектор.
В системі СІ швидкість вимірюється в метрах на секунду, тобто одиницею швидкості прийнято вважати швидкість такого рівномірного прямолінійного руху, при якому за секунду тіло проходить шлях в один метр. Одиниця виміру швидкості позначається м/с. Часто швидкість вимірюють в інших одиницях. Наприклад, при вимірі швидкості автомобіля, поїзда тощо. зазвичай використовується одиниця виміру кілометр на годину:
1 км/год = 1000 м/3600 с = 1 м/3,6 с
1 м/с = 3600 км/1000 год = 3,6 км/год
Складання швидкостей
Швидкості руху тіла в різних системахвідліку пов'язує між собою класичний закон складання швидкостей.
Швидкість тіла щодо нерухомої системи відлікудорівнює сумі швидкостей тіла в рухомий системі відлікута самої рухомої системи відліку щодо нерухомої.
Наприклад, пасажирський потягрухається залізницею зі швидкістю 60 км/год. вагоном цього поїзда йде людина зі швидкістю 5 км/год. Якщо вважати залізницю нерухомою та прийняти її за систему відліку, то швидкість людини щодо системи відліку (тобто відносно залізниці), дорівнюватиме складання швидкостей поїзда і людини, тобто
60 + 5 = 65, якщо людина йде в тому ж напрямку, що й поїзд
60 – 5 = 55, якщо людина та поїзд рухаються у різних напрямках
Однак це справедливо лише в тому випадку, якщо людина та поїзд рухаються по одній лінії. Якщо ж людина рухатиметься під кутом, то доведеться враховувати цей кут, згадавши, що швидкість – це Векторна величина.
А тепер розглянемо описаний вище приклад докладніше – з деталями та картинками.
Отже, у нашому випадку залізниця – це нерухома система відліку. Потяг, який рухається цією дорогою – це рухома система відліку. Вагон, яким йде людина, є частиною поїзда.
Зв'яжемо з нерухомою системою відліку (рис. 1.7) систему координат ХОY, а з рухомою системою відліку – систему координат X П О П Y П (див. також розділ Система відліку). А тепер спробуємо знайти швидкість людини щодо нерухомої системи відліку, тобто щодо залізниці.
Це закон складання переміщень. У нашому прикладі переміщення людини щодо залізниці дорівнює сумі переміщень людини щодо вагона та вагона щодо залізниці.
Мал. 1.7. Закон складання переміщень.
Це закон складання швидкостей:
Швидкість тіла щодо нерухомої системи відліку дорівнює сумі швидкостей тіла в рухомій системі відліку та швидкості самої рухомої системи відліку щодо нерухомої.
Як ви думаєте, хто рухається швидше за агроном Васечкін, автомобіль Renaultабо літак Боїнг? Хто з них швидше дістанеться Москви до Краснодара? Відповідь очевидна Renault швидше за Васечкіна, але повільніше за Боїнга.
Тобто ми не лише знаємо, як рухаються різні об'єкти, а й можемо порівняти їхні швидкості. А що таке швидкість у фізиці? Як знайти швидкість тіла і що таке одиниці вимірювання швидкості?
Швидкість у фізиці: як знайти швидкість?
У 7 класі під час уроків фізики вводять поняття швидкості. Без сумніву, всі школярі на цей момент вже знайомі з цим словом і уявляють, що воно означає. А також знають, що швидкість вимірюється у км/год. Але пояснити, що таке швидкість у фізиці, які одиниці швидкості, зв'язно навряд чи зможуть. Саме тому це просте, здавалося б, поняття потребує пояснень та розбору.
У фізиці швидкість руху Васечкіна, Renault та Боїнга називають швидкістю їхнього руху. І швидкість ця характеризує, який шлях долає кожен із учасників цієї подорожі за одиницю часу. І якщо в польоті відстань в 1350 кілометрів між Москвою і Краснодаром ми подолаємо за дві години, на машині нам знадобиться ніяк не менше 15 годин, то пішки безшабашний Васечкін зможе в бадьорому темпі якраз пройти всю свою відпустку і прибути на місце лише для того, щоб поцілувати тещу, покуштувати млинців і сісти на літак до Москви, щоби встигнути на роботу в понеділок. Відповідно, за одиницю часу за годину літак пролетить 670 кілометрів, машина проїде 90 кілометрів, а турист Васечкін відмахає аж п'ять кілометрів дороги. І тоді кажуть, що швидкість літака 670 кілометрів за годину, машини 90 км за годину, а пішохода 5 км/год. Тобто швидкість визначається розподілом пройденого шляху на одиницю часу на годину, на хвилину або на секунду.
Одиниці виміру швидкості
На практиці застосовуються такі одиниці, як км/год, м/с та деякі інші. Позначають швидкість буквою v, відстань буквою s, а час буквою t. Формула для знаходження швидкості у фізицівиглядає так: v = (s) / (t).
А якщо нам треба перерахувати швидкість не за кілометри на годину, а за метри за секунду, то перерахунок відбувається таким чином. Так як 1 км = 1000 м, а 1 год = 60 хв = 3600 с, то можна записати: 1 км / год = (1000 м) / (3600 с). І тоді швидкість літака дорівнюватиме: 670 км/год=670×(1000 м)/(3600 с)=186м/с
Крім свого числового значення швидкість має ще й напрямок, тому на малюнках швидкість позначають стрілкою і називають векторною величиною.
Середня швидкість у фізиці
Зазначимо ще один момент. У нашому прикладі водій машини вів машину зі швидкістю 90 км/год. Шосе він міг їхати рівномірно з такою швидкістю довгий час. А ось проїжджаючи дорогою різні міста, він то зупинявся на світлофорах, то повз у пробках, то короткими уривками набирав. гарну швидкість. Тобто. його швидкість різних ділянках шляху була нерівномірною. У разі вводять поняття середньої швидкості. Середня швидкість у фізиці позначається v_срі вважається так само як і швидкість при рівномірному русі. Тільки беруть спільну відстань колії та ділять на загальний час.
Приклад 1
Наприклад, автомобіль рухається дорогою і в ньому знаходяться люди. Вони здійснюють рух разом із транспортом трасою. Тобто люди пересуваються у просторі щодо дороги, але щодо самої машини люди не рухаються.
З цього прикладу видно, що спочатку необхідно визначити тіло, що розглядається в русі, яке в наук називають точкою відліку. Система координат тісно взаємопов'язана з методикою виміру часу, що в результаті створює концепцію відліку.
В основному місце розташування тіла задається координатою. Проаналізуємо один приклад: розміри станції, що знаходиться на орбіті біля Землі, можна не брати до уваги, а розраховувати лише на траєкторію переміщення космічного корабляпід час стикування зі станцією. Таким чином, розмірами фізичних елементів можна знехтувати, а іноді тіло вважають матеріальною точкою. Лінію, якою переміщається дана величина, називають траєкторією, довжину якої називають шляхом. Одиниця колії – метр (м). Механічне рух характеризується трьома фізіологічними величинами: швидкістю, переміщенням та прискоренням.
Поняття швидкості механічного руху
Визначення 2
Швидкість – фізична величина, яка дорівнює переміщенню тіла до інтервалу часу, протягом якого ця взаємодія сталася.
Механічне рух оцінюється і тим, як швидко переміщається тіло (точка). Це і є швидкість руху. Швидкість є поняття векторної величини. Для того, щоб в повному обсязі задати її, необхідно встановити напрямок і величину швидкості, вздовж яких вона була спочатку заміряна. Як правило, швидкість елементів розглядають по траєкторії руху. У такому разі величина об'єкта, що досліджується, обумовлюється як шлях, пройдений за одну одиницю часу. Іншими словами, для знаходження правильного коефіцієнта траєкторії руху шлях тіла треба розділити на час, протягом якого він був пройдений.
Визначення 3
Миттєва швидкість - це швидкість точки в конкретний момент часу або у певній точці траєкторії.
Це векторна фізична величина, чисельно рівна межі, якого спрямовується середня швидкість за дуже малий проміжок часу. Вказана траєкторія є першою похідною від вектора відповідно до часу. Вектор моментальної швидкості визначається по дотичній лінії руху тіла в бік його подальшого переміщення.
Ця величина дає точне уявлення про рух об'єкта на даний момент часу.
Наприклад, під час поїздки в автомобілі у певний момент часу водій дивиться на спідометр та бачить, що на табло 100 км/год. Потім стрілка вказує на 90 км/год, а через кілька хвилин – 110 км/год.
Зауваження 1
Значенням миттєвої швидкості транспорту певні моменти часу є отримані показання приладу.
Чи є фізичний сенс у понятті миттєвої швидкості? Цей термін характеризується зміною переміщення елементів у просторі. Але щоб дізнатися, як змінилося його розташування, слід спостерігати за рухом протягом певного періоду часу.
Навіть найсучасніші прилади для вимірювання швидкості вимірюють рух за конкретний час – кінцевий часовий інтервал. Визначення "швидкість тіла на даний момент" не вважається коректним з точки зору фізики. Однак, саме ця теза дуже зручна в математичних розрахунках, тому ним користуються постійно.
Закон складання швидкостей
Швидкість будь-якого фізичного тіла щодо нерухомої концепції відліку завжди дорівнює векторній сумі переміщення елементів щодо рухомої системи. Ця теорія допомагає точно визначити розташування об'єкта у певний період.
Для розуміння цього закону необхідно розглянути дві системи відліку, одна з яких пов'язана з нерухомою точкою відліку $O$. Позначимо цю концепцію $K$, яка називатиметься нерухомою.
Друга система, що позначається $K'$ і переміщується щодо тіла $O$ зі швидкістю $ \bar(u)$ - вважатиметься рухомою.
Потрібно розуміти, що швидкість є векторною величиною. По траєкторії руху можна визначити тільки напрямок швидкості вектора. Вектор швидкості спрямований по дотичній траєкторії, по якій проходить тіло, що рухається на даний момент.
Негативна швидкість
Зауваження 2
Швидкість тіла може бути негативною у випадку, коли тіло рухається у протилежному напрямку від осі координат у вибраній системі відліку.
Вчений із Великобританії, Роберта Бойд зміг присвоїти пучку світла «негативну» швидкість, за якої пік імпульсу просувався до джерела, а не від нього. Цікаво, якщо змінювати середовище спеціальним чином і пропускати через нього через світло, можна легко керувати швидкістю світлового імпульсу - "заморожуючи" або сповільнювати його в десятки тисяч разів, а то й зовсім зупиняти.
У цьому аспекті йдеться про групову швидкість, яка визначає швидкість поширення одного пучка імпульсу світла. Через розсіювання цей елемент може пересуватися на кілька порядків повільніше, ніж кожен фотон окремо, і навпаки - швидше швидкості світла у вакуумі.
У даному випадкуне йдеться про порушення законів природи, тому що найперші фотони в імпульсі добігають до кінця, не швидше світла». У разі зупинки світлового пучка необхідно говорити про поглинання імпульсу підготовленим середовищем з повторним випромінюванням. При цьому зберігаються усі важливі параметривихідного об'єкта, "до останнього фотона".
Як ви думаєте, хто рухається швидше за агроном Васечкін, автомобіль Renault або літак Боїнг? Хто з них швидше дістанеться Москви до Краснодара? Відповідь очевидна Renault швидше за Васечкіна, але повільніше за Боїнга.
Тобто ми не лише знаємо, як рухаються різні об'єкти, а й можемо порівняти їхні швидкості. А що таке швидкість у фізиці? Як знайти швидкість тіла і що таке одиниці вимірювання швидкості?
Швидкість у фізиці: як знайти швидкість?
У 7 класі під час уроків фізики вводять поняття швидкості. Без сумніву, всі школярі на цей момент вже знайомі з цим словом і уявляють, що воно означає.
- А також знають, що швидкість вимірюється в км/год та позначається буквою V.
Але пояснити, що таке швидкість у фізиці, які одиниці швидкості, зв'язно навряд чи зможуть. Саме тому це просте, здавалося б, поняття потребує пояснень та розбору.
У фізиці швидкість руху Васечкіна, Renault та Боїнга називають швидкістю їхнього руху.І швидкість ця характеризує, який шлях долає кожен із учасників цієї подорожі за одиницю часу. І якщо в польоті відстань в 1350 кілометрів між Москвою і Краснодаром ми подолаємо за дві години, на машині нам знадобиться ніяк не менше 15 годин, то пішки безшабашний Васечкін зможе в бадьорому темпі якраз пройти всю свою відпустку і прибути на місце лише для того, щоб поцілувати тещу, покуштувати млинців і сісти на літак до Москви, щоби встигнути на роботу в понеділок.
Відповідно, за одиницю часу за годину літак пролетить 670 кілометрів, машина проїде 90 кілометрів, а турист Васечкін відмахає аж п'ять кілометрів дороги. І тоді кажуть, що швидкість літака 670 кілометрів за годину, машини 90 км за годину, а пішохода 5 км/год. Тобто швидкість визначається розподілом пройденого шляху на одиницю часу на годину, на хвилину або на секунду.
Одиниці виміру швидкості
На практиці застосовуються такі одиниці, як км/год, м/с та деякі інші. Позначають швидкість буквою v, відстань буквою s, а час буквою t. Формула для знаходження швидкості у фізицівиглядає так:
- V = s/t,
Де s - пройдений шлях
t - час, витрачений подолання цього шляху
А якщо нам треба перерахувати швидкість не за кілометри на годину, а за метри за секунду, то перерахунок відбувається таким чином. Так як 1 км = 1000 м, а 1 год = 60 хв = 3600 с, то можна записати: 1 км / год = (1000 м) / (3600 с). І тоді швидкість літака дорівнюватиме: 670 км/год=670×(1000 м)/(3600 с)=186м/с
Крім свого числового значення швидкість має ще й напрямок, тому на малюнках швидкість позначають стрілкою і називають векторною величиною.
Середня швидкість у фізиці
Зазначимо ще один момент. У нашому прикладі водій машини вів машину зі швидкістю 90 км/год. Шосе він міг їхати рівномірно з такою швидкістю довгий час. А ось проїжджаючи дорогою різні міста, він то зупинявся на світлофорах, то повз у пробках, то короткими уривками набирав гарну швидкість.
Тобто. його швидкість різних ділянках шляху була нерівномірною. У разі вводять поняття середньої швидкості. Середня швидкість у фізиці позначається V _СРі вважається так само як і швидкість при рівномірному русі. Тільки беруть спільну відстань колії та ділять на загальний час.
Швидкість є однією з основних характеристик. Вона виражає саму суть руху, тобто. визначає ту відмінність, яка є між тілом нерухомим і тілом, що рухається.
Одиницею вимірювання швидкості у системі СІ є м/с.
Важливо пам'ятати, що швидкість величина векторна. Напрямок вектора швидкості визначається за рухом. Вектор швидкості завжди спрямований по дотичній до траєкторії в тій точці, через яку проходить тіло, що рухається (рис.1).
Наприклад, розглянемо колесо автомобіля, що рухається. Колесо обертається і всі точки колеса рухаються навкруги. Бризки, що розлітаються від колеса, летітимуть по відношенню до цих кіл, вказуючи напрямки векторів швидкостей окремих точок колеса.
Таким чином, швидкість характеризує напрямок руху тіла (напрямок вектора швидкості) і швидкість його переміщення (модуль вектора швидкості).
Негативна швидкість
Чи може швидкість тіла бути негативною? Да може. Якщо швидкість тіла негативна, це означає, що тіло рухається у напрямку, протилежному напрямку осі координат у вибраній системі відліку. На рис.2 зображено рух автобуса та автомобіля. Швидкість автомобіля є негативною, а швидкість автобуса позитивна. Слід пам'ятати, що, говорячи про знак швидкості, ми маємо на увазі проекцію вектора швидкості на координатну вісь.
Рівномірний та нерівномірний рух
У загальному випадкушвидкість залежить від часу. За характером залежності швидкості від часу, рух буває рівномірний і нерівномірний.
ВИЗНАЧЕННЯ
Рівномірний рух– це рух із постійною за модулем швидкістю.
У разі нерівномірного руху говорять про:
Приклади розв'язання задач на тему «Швидкість»
ПРИКЛАД 1
| Завдання | Автомобіль пройшов першу половину шляху між двома населеними пунктамизі швидкістю 90 км/год, а другу половину – зі швидкістю 54 км/год. Визначте середню швидкістьавтомобіля. |
| Рішення | Було б неправильним обчислювати середню швидкість автомобіля як середнє арифметичне двох зазначених швидкостей. Скористаємося визначенням середньої швидкості: Оскільки передбачається прямолінійне рівномірний рух, векторні знаки можна опустити. Час, витрачений автомобілем на проходження всього відрізка колії: де - час, витрачений на проходження першої половини колії, а - час, витрачений на проходження другої половини колії. Сумарне переміщення дорівнює відстані між населеними пунктами, тобто. . Підставивши ці співвідношення у формулу для середньої швидкості, отримаємо: Перекладемо швидкості на окремих ділянках у систему СІ: Тоді середня швидкість автомобіля: |
| Відповідь | Середня швидкість автомобіля дорівнює 18,8 м/с |
ПРИКЛАД 2
| Завдання | Автомобіль проїхав 10 секунд із швидкістю 10 м/с, а потім їхав ще 2 хвилини зі швидкістю 25 м/с. Визначити середню швидкість автомобіля. |
| Рішення | Зробимо малюнок. |
