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 руххарактеризується 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, до якої прямує Середня швидкістьза дуже короткий 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 в Наразічасу.
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".
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.
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- 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 момент часу – 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.
