Ми розглянули рух предмету на поверхні. Слід сказати, що будь-яке переміщення відбувається у часі. Можна сказати, що куля перемістилася з початкової точки А до кінцевої точки Б за якийсь проміжок часу:
Δt = t 1 - t 0, де
t 1 – кінцевий час;
t 0 – початковий час;
Δt - проміжок часу
Якщо ми хочемо дізнатися як швидковідбувається переміщення кулі, то фактично ми намагаємось виміряти швидкістькулі.
Швидкість у фізиці позначають символом V:
V = S/t(Швидкість = відстань/час)
Висловлюючись точніше, можна сказати:
Змінна Vпозначає лише величину швидкості! Слід сказати, що швидкість (як і переміщення) має певний напрямок, тобто, швидкість є векторною величиною!
1. Миттєва швидкість
Припустимо, що ми їдемо автомобілем шосе. У якийсь час водій кидає свій погляд на спідометр і бачить, що стрілка приладу показує швидкість 110 км/год. Через деякий час повторний погляд водія фіксує величину 95 км/год. А ще через час – 105 км/год. Всі ці показання спідометра (110; 95; 105) називають миттєвою швидкістю автомобіля- Швидкістю в Наразічасу.
2. Рівномірна швидкість
Рівномірний рух з постійною швидкістю- це найпростіший виглядруху. на хороших машинахє режим "круїз-контроль". У цьому режимі автомобіль рухається із рівномірною швидкістю, величину якої встановлює водій.
3. Нерівномірний рух
Однак, у повсякденному житті рух відбувається з різними швидкостями - це так зване "нерівномірне рух". У найпростішому випадку зміну швидкості можна виразити вже знайомою нам формулою:
ΔV = V 1 - V 0, де
ΔV - зміна швидкості;
V 0 - Початкова швидкість;
V 1 - кінцева швидкість
Середня швидкість
Швидкий поїзд Київ-Луганськ вирушає з Києва о 18:40, а прибуває до Луганська наступного дня о 9:40. Т.ч., час у дорозі становить 15 годин. Відстань між Києвом та Луганськом 840 км. У цьому випадку, розділивши відстань на якийсь час, ми отримаємо середню швидкість:
V = 840/15 = 56 км/год
Зверніть увагу, що середня швидкість позначається за допомогою штриха над символом V.
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.
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 швидкість автомобіля. |
| Рішення | Було б неправильним обчислювати середню швидкість автомобіля як середнє арифметичне двох зазначених швидкостей. Скористаємося визначенням середньої швидкості: Оскільки передбачається прямолінійне рівномірне рух, знаки векторів 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 |
(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. |
Ця тема буде корисна не лише учням середньої школи, а й навіть дорослим. Крім того, стаття буде цікавою батькам, які бажають пояснити своїм дітям прості речі з природничих наук. Серед дуже важливих тем- це швидкість у фізиці.
Досить часто учні що неспроможні розібратися у вирішенні завдань, відрізнити існуючі види швидкостей, а ще складніше зрозуміти наукові визначення. Тут ми розглянемо все доступнішою мовою, щоб було не тільки все зрозуміло, але навіть цікаво. А ось запам'ятати деякі речі все ж таки доведеться, так як технічні науки(фізика та математика) вимагають заучувати напам'ять формули, одиниці виміру і, звичайно, значення символів у кожній формулі.
Де трапляється?
Для початку пригадаємо, що ця тема відноситься до такого розділу фізики як механіка, підрозділу "Кінематика". Крім того, вивчення швидкості на цьому не закінчується, воно буде і в наступних розділах:
- оптика,
- коливання та хвилі,
- термодинаміка,
- квантова фізика тощо.
Також поняття «швидкість» зустрічається в хімії, біології, географії, інформатиці. У фізиці тема "швидкість" зустрічається найчастіше і вивчається поглиблено.
Крім того, це слово вживається у повсякденному житті всіма нами, особливо серед автомобілістів, водіїв транспортної техніки. Навіть досвідчені кулінари іноді використовують фразу, наприклад, "збити яєчні білки міксером на середній швидкості".
Що таке швидкість?
Швидкість у фізиці – це кінематична величина. Це означає відстань, яка долається тілом за якийсь проміжок часу. Припустимо, хлопець рухається від будинку до магазину, долаючи двісті метрів за одну хвилину. Навпаки, його старенька бабуся пройде тимж маршрутом за шість хвилин дрібними кроками. Тобто хлопець переміщається набагато швидше за свою літню родичку, оскільки розвиває швидкість набагато більше, роблячи дуже швидкі довгі кроки.
Те саме варто сказати про автомобіль: одна машина їде швидше, а інша повільніше, тому що швидкості руху різні. Пізніше ми розглянемо численні приклади, пов'язані з цим поняттям.
Формула
На уроці у школі обов'язково розглядається формула швидкості у фізиці у тому, щоб було зручно вирішувати завдання.
- V – це, відповідно, швидкість руху;
- S - відстань, яка долається тілом при переміщенні від однієї точки у просторі до іншої;
- t – час переміщення.
Слід запам'ятати формулу, тому що вона стане в нагоді в майбутньому при вирішенні безлічі завдань і не тільки. Наприклад, вам може стати цікаво, з якою швидкістю дійдете від дому до роботи чи місця навчання. Але ви заздалегідь можете дізнатися відстань по карті в смартфоні або комп'ютері, або за паперовим варіантом, знаючи масштаб і маючи при собі лінійку. Далі ви засікаєте час перед тим, як почати рух. Прийшовши на місце призначення, дивіться, скільки хвилин чи годин потрібно пройти без зупинки.
У чому вимірюється?
Швидкість найчастіше вимірюється за системою одиниць СІ. Нижче представлені не лише одиниці, а й приклади того, де вони використовуються:
- км/год (кілометр на годину) – транспорт;
- м/с (метр за секунду) - вітер;
- км/с (кілометр на секунду) – космічні об'єкти, ракети;
- мм/год (міліметр на годину) – рідини.
Давайте для початку розберемося, звідки взялася дрібна межа і чому одиниця виміру саме така. Зверніть увагу з фізики на формулу швидкості. Що ви бачите? У чисельнику стоїть S (відстань, шлях). У чому вимірюється відстань? За кілометри, метри, міліметри. У знаменнику, відповідно, t (час) – години, хвилини, секунди. Звідси і одиниці виміру величини саме такі, як представлені на початку розділу.
Закріпимо із Вами вивчення формули швидкості у фізиці так: яке відстань подолає тіло за конкретний проміжок часу? Наприклад, людина пройде 5 кілометрів за 1 годину. Разом: швидкість руху людини – 5 км/год.
Від чого залежить?
Нерідко вчителі запитують учнів: "Від чого залежить швидкість?". Школярі часто губляться і знають, що сказати. Насправді все дуже просто. Достатньо подивитись на формулу, щоб випливла підказка. Швидкість тіла у фізиці залежить від часу руху та відстані. Якщо невідомий хоча б один із цих параметрів, вирішити завдання буде неможливо. Крім того, у прикладі можна зустріти інші види швидкостей, про які йтиметься в наступних розділах цієї статті.
У багатьох завданнях з кінематики доводиться будувати графіки залежності, де з осі Х - час, а з осі Y - відстань, шлях. За такими зображення можна легко оцінити характер швидкості руху. Варто зазначити, що у багатьох професіях, пов'язаних із транспортом, електричними машинами часто застосовуються графіки. Наприклад, на залізниці.
У потрібний момент вимірюємо швидкість
Є ще одна тема, яка лякає учнів середньої школи – миттєва швидкість. У фізиці це поняття зустрічається як визначення величини швидкості миттєвий проміжок часу.
Давайте розглянемо простий приклад: машиніст веде поїзд, його помічник спостерігає за швидкістю руху іноді. Слід проконтролювати, з якою швидкістю рухається поїзд саме зараз. Помічник машиніста повідомляє о 16 годині 00 хвилин, що швидкість дорівнює 117 км/год. Це і є миттєва швидкість, зафіксована рівно о 4 годині вечора. За три хвилини швидкість стала 98 км/год. Це теж миттєва швидкість щодо 16 годин 3 хвилин.
Початок руху
Без початкової швидкості фізика не становить практично жодного руху транспортної техніки. Що це за параметр? Це швидкість, з якої починає рух об'єкт. Допустимо, машина не може починати рух моментально зі швидкістю 50 км/год. Їй треба розігнатися. Коли водій натискає педаль, автомобіль плавно починає рух, наприклад, зі швидкістю спочатку 5 км/год, потім поступово 10 км/год, 20 км/год тощо (5 км/год є початкова швидкість).
Звичайно, можна зробити різкий старт, Який буває у бігунів-спортсменів, при ударі тенісного м'яча ракеткою, але все одно завжди існує початкова швидкість. Її немає за нашими мірками тільки у зірок, планет та супутників нашої Галактики, оскільки ми не знаємо, коли почався рух і яким чином. Адже до самої смерті космічні об'єкти не можуть зупинятися, вони завжди рухаються.
Рівномірна швидкість
Швидкість у фізиці – це сукупність окремих явищ та характеристик. Розрізняють також рівномірний та нерівномірний рух, криволінійний та прямолінійний. Давайте наведемо приклад: людина йде прямою дорогою з однаковою швидкістю долаючи з точки А в точку В відстань 100 метрів.
З одного боку, це можна назвати прямолінійною та рівномірною швидкістю. Але якщо приєднати людині дуже точні датчики швидкості, маршруту, то можна помітити, що різниця все ж таки є. Нерівномірна швидкість – це коли швидкість регулярно чи постійно змінюється.
У побуті та техніці
Швидкість руху у фізиці існує всюди. Навіть мікроорганізми переміщаються, хай і з дуже повільною швидкістю. Варто відзначити, що є обертання, яке характеризується також швидкістю, але має одиницю виміру - об/хв (обороти за хвилину). Наприклад, швидкість обертання барабана в пральної машини. Ця одиницявимірювання використовується усюди, де є механізми та машини (двигуни, мотори).
У географії та хімії
Навіть вода має швидкість руху. Фізика є лише дочірньою наукою у сфері процесів, що відбуваються в природі. Допустимо, швидкість вітру, хвилі в морі - це все вимірюється звичними фізичними параметрами, величинами.
Напевно, багато хто з вас знайомий із фразою «швидкість хімічної реакції». Тільки хімії це має інше значення, оскільки мають на увазі, який час відбудеться той чи інший процес. Наприклад, марганцівка швидше розчиниться у воді, якщо збовтати посудину.
Швидкість-невидимка
Існують невидимі явища. Наприклад, ми не можемо бачити, як рухаються частинки світла, різних випромінювань, як поширюється звук. Але якби не було руху їх частинок, то жодне з цих явищ не існувало б у природі.
Інформатика
Практично кожна сучасна людина стикається з поняттям "швидкість" під час роботи на комп'ютері:
- швидкість інтернету;
- швидкість завантаження сторінок;
- швидкість завантаження процесора тощо.
Прикладів швидкості руху у фізиці можна навести безліч.
Уважно прочитавши статтю, Ви познайомилися з поняттям швидкості, дізналися, що вона собою представляє. Нехай цей матеріал допоможе вам поглиблено вивчити розділ «Механіка», виявити до нього інтерес і подолати страх у відповідях на уроках. Адже швидкість у фізиці - це поняття, що часто зустрічається, яке легко запам'ятати.
Зробимо досвід. Встановимо на візок крапельницю (рис. 11). З крапельниці через однакові проміжки часу падають краплі забарвленої рідини. Якщо приєднати до візка вантаж (як показано малюнку 11), то за певної його величині відстані між слідами, залишеними краплями на папері (під час руху візка), можуть бути рівними. Це означає, що візок за однакові проміжки часу проходить рівні шляхи. Повернувши кран крапельниці так, щоб краплі падали частіше, повторимо досвід. Сліди крапель і в цьому випадку виявляються на рівних відстанях один від одного, хоч і менших, ніж у першому досвіді. А це означає, що за менші однакові проміжки часу візок проходить однакові шляхи.
Якщо якесь тіло за будь-які рівні проміжки часу проходить однакові шляхи, його рух називають рівномірним.
Швидкість руху характеризують фізичною величиною, що називається швидкістю. Відомо, що літак рухається швидше автомобіля, а штучний супутник Землі - швидше за літак.
Швидкістьтіла за рівномірного руху показує, який шлях проходить тіло за одиницю часу. Наприклад, якщо кожну годину пішохід проходить 3 км, а літак пролітає 900 км, то кажуть, що швидкість пішохода 3 км/год, а швидкість літака 900 км/год.
Якщо ж відомо, що той же пішохід за кожні дві години проходить 6 км, то, щоб дізнатися, який шлях він проходить за 1 год, слід розділити ці 6 км на 2 год. При цьому ми знову отримаємо 3 км/год.
Отже, щоб визначити швидкість тіла при рівномірному русі, треба пройдений тілом шлях розділити на час руху, тобто.
.
Позначимо всі величини, що входять до цього виразу, латинськими літерами:
s- шлях, v- Швидкість, t- Час.
Тоді формулу для знаходження швидкості можна подати у такому вигляді:
У СІ за одиницю швидкості приймають швидкість такого рівномірного руху, при якому тіло, що рухається, за 1 с походить шлях, рівний 1 м. Цю одиницю позначають або 1 м/с (читається "метр в секунду").
Насправді часто застосовують іншу одиницю швидкості: 1 км/год. Знайдемо зв'язок між різними одиницями швидкості. Оскільки 1 км = 1000 м, а 1 год = 60 хв = 3600 с, ми можемо записати:
.
Розглянемо приклад. Нехай потрібно виразити швидкість літака, що дорівнює 720 км/год, в метрах за секунду. Переводячи кілометри на метри, а годину на секунди, отримуємо
.
При рівномірному русі числове значення швидкості змінюється. Якщо, наприклад, швидкість тіла дорівнює 60 км/год, то це значення залишатиметься таким самим протягом усього часу руху.
Але, крім свого числового значення, швидкість має свій напрямок. Тому на малюнках швидкість тіла зображують у вигляді стрілки (рис. 12). Стрілка вказує напрямок швидкості (а отже, і руху) тіла.
.
Величини, що мають напрямок у просторі, називають векторними величинамиабо просто векторами. Швидкість – величина векторна. Векторною величиною, як ми побачимо пізніше, є сила. З іншого боку, такі величини, як маса, шлях, обсяг, векторами є: вони мають напрями у просторі і характеризуються лише числовим значенням.
У таблиці 2 наведено значення деяких швидкостей, які у природі.
Таблиця 2
Швидкості руху, м/с
Не всі зазначені у таблиці 2 руху є рівномірними. Лише звук, світло та радіохвилі за певних умов поширюються з постійною швидкістю. Швидкості інших тіл змінюються у процесі руху. Тому їм зазначені середні чи найбільші значення, які можна досягти цими тілами.
Рухи, у яких швидкість тіла різних ділянках траєкторії різна, називаються нерівномірними.
Нерівномірні рухи характеризують середньою швидкістю. Середня швидкість нерівномірного руху знаходиться так само, як і швидкість рівномірного руху, тобто пройдений тілом шлях ділиться на час руху: Тільки отримане при цьому значення може не збігатися зі швидкістю руху тіла на окремих ділянках траєкторії. При нерівномірному русі тіло на одних ділянках має меншу швидкість, на інших – більшу. Наприклад, поїзд, що відходить від станції, починає рухатися все швидше та швидше. Під'їжджаючи до станції, він навпаки сповільнює свій рух.
Тільки при рівномірному русі швидкість тіла протягом траєкторії має постійне числове значення.
Знаючи швидкість і час рівномірного руху тіла, можна обчислити пройдений тілом шлях. З формули (6.1) випливає, що
(6.2)
Отже, щоб знайти шлях, пройдений при рівномірному русі, треба швидкість тіла помножити на час руху.
Якщо ж відомі шлях і швидкість, можна знайти час руху. З формули (6.2) отримуємо
(6.3)
Отже, щоб знайти час руху, треба шлях, пройдений тілом, розділити на його швидкість.
1. Який рух називають рівномірним? 2. Що показує швидкість рівномірного руху? 3. Як визначається швидкість при рівномірному русі? 4. Як знаходиться пройдений шлях, якщо відомі швидкість та час руху? 5. Як знаходиться час руху, якщо відомий шлях та швидкість руху? 6. Який рух називають нерівномірним? 7. Як потрібно змінити умови досвіду, зображеного на малюнку 11, щоб рух візка став нерівномірним? Як при цьому зміняться відстані між слідами, що залишаються краплями, що падають? 8. Як перебуває середня швидкість? 9. Які величини називають векторними? Як їх зображують на малюнках?
Експериментальні завдання. 1. Визначте середню швидкість, з якою ви пробігаєте 100 м. 2. Якщо у вас вдома є іграшковий заводний автомобіль, то, зробивши необхідні вимірювання, знайдіть середню швидкість, з якою він переміщається. Результати вимірювань та обчислень запишіть у зошит.
