Jak myślisz, kto porusza szybszego agronoma Wasechkin, samochód Renault lub samolot Boeinga? Które z nich szybciej dotrą z Moskwy do Krasnodaru? Odpowiedź jest oczywista, że Renault jest szybsze niż Vasechkin, ale wolniejsze niż Boeing.
Oznacza to, że nie tylko wiemy, jak poruszają się różne obiekty, ale możemy także porównać ich prędkości. A co to jest szybkość w fizyce? Jak znaleźć prędkość ciała i jaka jest jednostka pomiaru prędkości?
Szybkość w fizyce: jak znaleźć prędkość?
W klasie 7 fizyka wprowadza pojęcie prędkości. Bez wątpienia do tej pory wszyscy uczniowie są już zaznajomieni z tym słowem i reprezentują jego znaczenie. Wiedzą również, że prędkość mierzona jest w km / h. Ale jest mało prawdopodobne, że będą w stanie wyjaśnić, jaka jest prędkość w fizyce, jakie są jednostki prędkości. Właśnie dlatego ta prosta, pozorna koncepcja wymaga wyjaśnienia i analizy.
W fizyce prędkość ruchu Wasechkina, Renault i Boeinga nazywa się prędkością ich ruchu. I ta szybkość charakteryzuje, jaką drogę każdy z uczestników tej podróży pokonuje w jednostce czasu. A jeśli w locie pokonamy dystans 1350 km między Moskwą a Krasnodarem w ciągu dwóch godzin, samochodem potrzebujemy co najmniej 15 godzin, a następnie pieszo lekkomyślny Wasechkin będzie mógł przejść całe swoje wakacje w szybkim tempie i dotrzeć do miejsca tylko dla pocałować teściową, spróbować naleśników i wsiąść do samolotu do Moskwy, aby dostać się do pracy w poniedziałek. W związku z tym, na jednostkę czasu na godzinę samolot będzie latać 670 kilometrów, samochód przejedzie 90 kilometrów, a Vasechkin turystyczny przemieści aż pięć kilometrów drogi. A potem mówią, że prędkość samolotu wynosi 670 kilometrów na godzinę, samochody 90 kilometrów na godzinę, a pieszy 5 km / h. Oznacza to, że prędkość określa się dzieląc przebytą odległość przez jednostkę czasu przez godzinę, minutę lub sekundę.
Jednostki prędkości
W praktyce stosuje się takie jednostki jak km / h, m / s oraz kilka innych. Wskaż prędkość litery v, odległość litery s i czas litery t. Formuła znajdowania prędkości w fizyce wygląda tak: v = (s) / (t).
A jeśli musimy ponownie obliczyć prędkość nie w kilometrach na godzinę, ale w metrach na sekundę, to przeliczanie odbywa się w następujący sposób. Ponieważ 1 km = 1000 m, a 1 h = 60 min = 3600 s, możemy zapisać: 1 km / h = (1000 m) / (3600 s). I wtedy prędkość samolotu będzie równa: 670 km / h = 670 × (1000 m) / (3600 s) = 186 m / s
Oprócz wartości liczbowej prędkość ma również kierunek, dlatego na figurach prędkość jest wskazywana przez strzałkę i nazywana jest ilością wektora.
Średnia prędkość w fizyce
Zauważmy jeszcze jedną rzecz. W naszym przykładzie kierowca samochodu prowadził samochód z prędkością 90 km / h. Na autostradzie mógł jeździć równomiernie z taką prędkością przez długi czas. Ale kiedy jechał po różnych miastach, zatrzymał się na światłach, a potem czołgał się w korkach i w krótkich odstępach czasu osiągał dobrą prędkość. To znaczy jego prędkość na różnych częściach ścieżki była nierówna. W takim przypadku należy wprowadzić pojęcie średniej prędkości. Średnia prędkość w fizyce jest oznaczona v_sr i liczy, jak również prędkość z jednolitym ruchem. Weź całkowitą odległość ścieżki i podziel przez całkowity czas.
Zróbmy to doświadczenie. Zainstaluj zakraplacz na wózku (rys. 11). Krople zabarwionego płynu spadają z kroplomierza w regularnych odstępach czasu. Jeśli przyczepimy ładunek do wózka (jak pokazano na rysunku 11), to przy pewnej jego wartości odległości między śladami pozostawionymi przez krople na papierze (gdy wózek się porusza) mogą być równe. Oznacza to, że wózek podróżuje w ten sam sposób na równe okresy czasu. Obracając zawór kroplowy, aby krople spadały częściej, powtarzamy eksperyment. W tym przypadku ślady kropelek są jednakowo oddalone od siebie, chociaż mniejsze niż w pierwszym eksperymencie. Oznacza to, że przez mniej równe okresy wózek podróżuje w ten sam sposób.
Jeśli ciało idzie w ten sam sposób w równych odstępach czasu, to jego ruch jest nazywany mundur.
Prędkość ruchu charakteryzuje się wielkością fizyczną zwaną prędkością. Wiadomo, że samolot porusza się szybciej niż samochód, a sztuczny satelita Ziemi porusza się szybciej niż samolot.
Szybkość ciało w jednolitym ruchu pokazuje, w jaki sposób ciało podróżuje w jednostce czasu. Na przykład, jeśli na każdą godzinę pieszy przechodzi 3 km, a samolot leci 900 km, to mówią, że prędkość pieszego wynosi 3 km / h, a prędkość samolotu wynosi 900 km / h.
Jeśli wiadomo, że ten sam pieszy przejeżdża 6 km co dwie godziny, to aby dowiedzieć się, w jaki sposób podróżuje w ciągu 1 godziny, te 6 km należy podzielić na 2 godziny, a jednocześnie ponownie otrzymamy 3 km / h.
Tak aby określić prędkość ciała przy równomiernym ruchu, konieczne jest podzielenie ścieżki przemieszczanej przez ciało na czas ruchutj.
.
Oznacz wszystkie wartości w tym wyrażeniu literami łacińskimi:
s
- sposób v - prędkość, t - czas.Następnie wzór na znalezienie prędkości można przedstawić w następujący sposób:
W SI prędkość takiego jednorodnego ruchu przyjmuje się jako jednostkę prędkości, w której ruchome ciało w 1 s przypomina ścieżkę równą 1 m. Ta jednostka jest wyznaczona lub 1 m / s (odczyt „metr na sekundę”).
W praktyce często używana jest inna jednostka prędkości: 1 km / h. Znajdź połączenie między różnymi jednostkami prędkości. Ponieważ 1 km = 1000 m, a 1 h = 60 min = 3600 s, możemy napisać:
.
Rozważmy przykład. Załóżmy, że chcesz wyrazić prędkość samolotu, równą 720 km / h, w metrach na sekundę. Dostajemy konwertowanie kilometrów na metry i godzinę do sekund
.
Przy ruchu jednostajnym wartość liczbowa prędkości się nie zmienia. Jeśli na przykład prędkość ciała wynosi 60 km / h, to ta wartość pozostanie taka sama przez cały ruch.
Ale oprócz wartości liczbowej prędkość ma swój własny kierunek. Dlatego na figurach prędkość ciała jest przedstawiona jako strzałka (rys. 12). Strzałka wskazuje kierunek prędkości (a tym samym ruchu) ciała.
.
Wartości mające kierunek w przestrzeni są nazywane ilości wektorowe lub po prostu wektory. Prędkość jest wielkością wektorową. Wielkość wektora, jak zobaczymy później, jest również siłą. Z drugiej strony, takie ilości jak masa, ścieżka, objętość, wektory nie są: nie mają kierunku w przestrzeni i charakteryzują się jedynie wartością liczbową.
Tabela 2 pokazuje wartości niektórych prędkości występujących w przyrodzie.
Tabela 2
Prędkości jazdy, m / s
Nie wszystkie ruchy przedstawione w tabeli 2 są jednolite. Jedynie dźwięk, światło i fale radiowe w pewnych warunkach rozprzestrzeniają się ze stałą prędkością. Prędkości innych ciał różnią się w procesie ruchu. Dlatego dla nich wskazane są średnie lub najwyższe wartości, które mogą osiągnąć te ciała.
Nazywane są ruchami, w których prędkość ciała w różnych częściach trajektorii jest inna nierówny.
Charakteryzują się nierówne ruchy średnia prędkość. Średnia prędkość nierównomiernego ruchu jest taka sama jak prędkość jednolitego ruchu, tj. Ścieżka przebyta przez ciało jest podzielona przez czas ruchu: Tylko wartość uzyskana w tym samym czasie może nie pokrywać się z prędkością ciała w pewnych obszarach trajektorii. Przy nierównym ruchu ciało w niektórych obszarach ma mniejszą prędkość, w innych - więcej. Na przykład pociąg odjeżdżający ze stacji zaczyna poruszać się coraz szybciej. Zbliżając się do stacji, wręcz przeciwnie, spowalnia swój ruch.
Jedynie przy jednolitym ruchu prędkość ciała na całej trajektorii ma stałą wartość liczbową.
Znając prędkość i czas jednolitego ruchu ciała, można obliczyć ścieżkę pokonaną przez ciało. Z wzoru (6.1) wynika
(6.2)
Tak aby znaleźć drogę przemierzaną w jednolitym ruchu, konieczne jest pomnożenie prędkości ciała przez czas ruchu.
Jeśli znasz ścieżkę i prędkość, możesz znaleźć czas ruchu. Ze wzoru (6.2) otrzymujemy
(6.3)
Tak aby znaleźć czas ruchu, konieczne jest podzielenie ścieżki, którą pokonało ciało, na jego prędkość.
1. Jaki ruch nazywa się jednolitym? 2. Co pokazuje prędkość jednolitego ruchu? 3. Jak określana jest prędkość przy równomiernym ruchu? 4. Jak przebiega odległość, jeśli znasz prędkość i czas ruchu? 5. Jak wygląda czas ruchu, jeśli znasz ścieżkę i szybkość ruchu? 6. Jaki ruch nazywa się nierówny? 7. W jaki sposób należy zmienić warunki eksperymentu przedstawione na rysunku 11, aby ruch wózka stał się nierówny? Jak zmienią się odległości między śladami pozostawionymi przez spadające krople? 8. Jaka jest średnia prędkość? 9. Jakie wartości nazywane są wektorami? Jak są przedstawione na zdjęciach?
Zadania eksperymentalne. 1. Określ średnią prędkość, z jaką biegniesz 100 m. 2. Jeśli masz w domu zabawkowy samochód z mechanizmem zegarowym, po dokonaniu niezbędnych pomiarów znajdź średnią prędkość, z jaką się porusza. Wyniki pomiarów i obliczeń piszą w notatniku.
Szybkość - jest to ilościowa charakterystyka ruchu ciała.
Średnia prędkość - jest wielkością fizyczną równą stosunkowi wektora ruchu punktu do przedziału czasu Δt, dla którego wystąpił ten ruch. Kierunek wektora prędkości średniej pokrywa się z kierunkiem wektora przemieszczenia, a średnią prędkość określa wzór:
Natychmiastowa prędkośćto znaczy prędkość w danym czasie jest wielkością fizyczną równą granicy, do której zmierza średnia prędkość z nieskończonym zmniejszeniem przedziału czasu Δt:
Innymi słowy, prędkość chwilowa w danym momencie jest stosunkiem bardzo małego przemieszczenia do bardzo małego czasu, w którym nastąpiło to przemieszczenie.
Wektor prędkości chwilowej jest skierowany stycznie do trajektorii ciała (rys. 1.6).
Rys. 1.6. Natychmiastowy wektor prędkości.
W układzie SI prędkość jest mierzona w metrach na sekundę, to znaczy jednostka prędkości jest uważana za prędkość takiego jednolitego ruchu prostoliniowego, w którym w jednej sekundzie ciało przemieszcza się o jeden metr. Jednostka prędkości jest wskazywana przez m / s. Często prędkość mierzona jest w innych jednostkach. Na przykład podczas pomiaru prędkości samochodu, pociągu itp. powszechnie używana jednostka to kilometr na godzinę:
1 km / h = 1000 m / 3600 s = 1 m / 3,6 s
1 m / s = 3600 km / 1000 h = 3,6 km / h
Dodawanie prędkości
Prędkości ruchu ciała w różnych systemach odniesienia są połączone klasycznie prawo dodawania prędkości.
Prędkość ciała względem stały system odniesienia równa sumie prędkości ciała w ruchomy system odniesienia a najbardziej poruszający system odniesienia jest względnie stały.
Na przykład pociąg pasażerski porusza się koleją z prędkością 60 km / h. Osoba przechodzi przez ten pociąg z prędkością 5 km / h. Jeśli weźmiemy pod uwagę stacjonarny tor kolejowy i przyjmiemy go jako system odniesienia, wówczas prędkość osoby względem układu odniesienia (to znaczy względem linii kolejowej) będzie równa dodaniu prędkości pociągu i osoby, czyli
60 + 5 = 65, jeśli osoba idzie w tym samym kierunku co pociąg
60 - 5 = 55, jeśli osoba i pociąg poruszają się w różnych kierunkach
Jest tak jednak tylko wtedy, gdy osoba i pociąg poruszają się w tej samej linii. Jeśli osoba porusza się pod kątem, musisz wziąć ten kąt pod uwagę, pamiętając, że prędkość jest ilość wektora.
A teraz rozważymy przykład opisany powyżej bardziej szczegółowo - ze szczegółami i zdjęciami.
Tak więc w naszym przypadku kolej jest stały system odniesienia. Pociąg, który jedzie tą drogą, jest mobilny system referencyjny. Samochód, którym podróżuje osoba, jest częścią pociągu.
Połączmy się ze stałym układem odniesienia (rys. 1.7) układem współrzędnych XOY iz poruszającym się układem odniesienia - układem współrzędnych X P O P Y P (patrz także sekcja Układ odniesienia). A teraz spróbujmy znaleźć prędkość osoby względem stałego systemu odniesienia, to znaczy względem linii kolejowej.
To jest prawo przesiedlenia. W naszym przykładzie ruch osoby względem linii kolejowej jest równy sumie ruchów osoby względem samochodu i samochodu względem linii kolejowej.
Rys. 1.7. Prawo ruchów dodatkowych.
To jest prawo prędkości dodatkowe:
Prędkość ciała względem stałej ramki odniesienia jest równa sumie prędkości ciała w ruchomej ramie odniesienia i prędkości samej ruchomej ramki odniesienia w stosunku do stałej.
Jak myślisz, kto porusza szybszego agronoma Wasechkin, samochód Renault lub samolot Boeinga? Które z nich szybciej dotrą z Moskwy do Krasnodaru? Odpowiedź jest oczywista, że Renault jest szybsze niż Vasechkin, ale wolniejsze niż Boeing.
Oznacza to, że nie tylko wiemy, jak poruszają się różne obiekty, ale możemy także porównać ich prędkości. A co to jest szybkość w fizyce? Jak znaleźć prędkość ciała i jaka jest jednostka pomiaru prędkości?
Szybkość w fizyce: jak znaleźć prędkość?
W klasie 7 fizyka wprowadza pojęcie prędkości. Bez wątpienia do tej pory wszyscy uczniowie są już zaznajomieni z tym słowem i reprezentują jego znaczenie.
- A także wiedzieć, że prędkość jest mierzona w km / h i oznaczona literą V.
Ale jest mało prawdopodobne, że będą w stanie wyjaśnić, jaka jest prędkość w fizyce, jakie są jednostki prędkości. Właśnie dlatego ta prosta, pozorna koncepcja wymaga wyjaśnienia i analizy.
W fizyce szybkość ruchu Wasechkina, Renault i Boeinga zwana prędkością ich ruchu. I ta szybkość charakteryzuje, jaką drogę każdy z uczestników tej podróży pokonuje w jednostce czasu. A jeśli w locie pokonamy dystans 1350 km między Moskwą a Krasnodarem w ciągu dwóch godzin, samochodem potrzebujemy co najmniej 15 godzin, a następnie pieszo lekkomyślny Wasechkin będzie mógł przejść całe swoje wakacje w szybkim tempie i dotrzeć do miejsca tylko dla pocałować teściową, spróbować naleśników i wsiąść do samolotu do Moskwy, aby dostać się do pracy w poniedziałek.
W związku z tym, na jednostkę czasu na godzinę samolot będzie latać 670 kilometrów, samochód przejedzie 90 kilometrów, a Vasechkin turystyczny przemieści aż pięć kilometrów drogi. A potem mówią, że prędkość samolotu wynosi 670 kilometrów na godzinę, samochody 90 kilometrów na godzinę, a pieszy 5 km / h. Oznacza to, że prędkość określa się dzieląc przebytą odległość przez jednostkę czasu przez godzinę, minutę lub sekundę.
Jednostki prędkości
W praktyce stosuje się takie jednostki jak km / h, m / s oraz kilka innych. Wskaż prędkość litery v, odległość litery s i czas litery t. Formuła znajdowania prędkości w fizyce wygląda tak:
- V = s / t,
Gdzie s to przebyta odległość.
t jest czas na pokonanie tej ścieżki
A jeśli musimy ponownie obliczyć prędkość nie w kilometrach na godzinę, ale w metrach na sekundę, to przeliczanie odbywa się w następujący sposób. Ponieważ 1 km = 1000 m, a 1 h = 60 min = 3600 s, możemy zapisać: 1 km / h = (1000 m) / (3600 s). I wtedy prędkość samolotu będzie równa: 670 km / h = 670 × (1000 m) / (3600 s) = 186 m / s
Oprócz wartości liczbowej prędkość ma również kierunek, dlatego na figurach prędkość jest wskazywana przez strzałkę i nazywana jest ilością wektora.
Średnia prędkość w fizyce
Zauważmy jeszcze jedną rzecz. W naszym przykładzie kierowca samochodu prowadził samochód z prędkością 90 km / h. Na autostradzie mógł jeździć równomiernie z taką prędkością przez długi czas. Ale kiedy jechał po różnych miastach, zatrzymał się na światłach, a potem czołgał się w korkach i w krótkich odstępach czasu osiągał dobrą prędkość.
To znaczy jego prędkość na różnych częściach ścieżki była nierówna. W takim przypadku należy wprowadzić pojęcie średniej prędkości. Średnia prędkość w fizyce oznaczona jest jako V _sr i liczy, jak również prędkość z jednolitym ruchem. Weź całkowitą odległość ścieżki i podziel przez całkowity czas.