ТРАЕКТОРИЯ, ПУТЬ И ПЕРЕМЕЩЕНИЕ
Траектория - линия, которую описывает при своем движении материальная точка.
Путь - это длина траектория движения тела.
Перемещением тела называют вектор, соединяющий начальное положение тела с его конечным положением.
Кинематика поступательного движения
При поступательном движении тела все точки тела движутся одинаково, и, вместо того чтобы рассматривать движение каждой точки тела, можно рассматривать движение только одной его точки.
Основные характеристики движения материальной точки: траектория движения, перемещение точки, пройденный ею путь, координаты, скорость и ускорение.
Линию, по которой движется материальная точка в пространстве, называют траекторией.
Перемещением материальной точки за некоторый промежуток времени называется вектор перемещения ∆r=r-r0, направленный от положения точки в начальный момент времени к ее положению в конечный момент.
Скорость материальной точки представляет собой вектор, характеризующий направление и быстроту перемещения материальной точки относительно тела отсчета. Вектор ускорения характеризует быстроту и направление изменения скорости материальной точки относительно тела отсчета.
Равномерное прямолинейное движение
Равномерным прямолинейным движением называется такое прямолинейное движение, при котором материальная точка (тело) движется по прямой и в любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения.
Вектор скорости равномерного прямолинейного движения материальной точки направлен вдоль ее траектории в сторону движения. Вектор скорости при равномерном прямолинейном движении равен вектору перемещения за любой промежуток времени, поделенному на этот промежуток времени:
Примем линию, по которой движется материальная точка, за ось координат ОХ, причем за положительное направление оси выберем направление движения точки. Тогда, спроецировав векторы r и v, на эту ось, для проекций ∆rx = |∆r| и ∆vx = |∆v| этих векторов мы можем записать:
, отсюда получаем уравнение равномерного движения:
∆rx = vx · t .
Т.к. при равномерном прямолинейном движении S = |∆r|, можем записать: Sx = vx · t. Тогда для координаты тела в любой момент времени имеем:
х = х0 + Sx = х0 + vx · t,
где х0 - координата тела в начальный момент t = 0.
Пример 1. Уравнение движения тела дано в виде х = 4 - 3t. Определить начальную координату тела, скорость движения и перемещения тела за 2 секунды.
Дано:
х = 4 - 3t,
t1 = 2с;
_____________
х0 - ?
vx - ?
S - ?
Решение: Сравним данное уравнение движения тела с уравнением движения в общем виде: х = х0 + vx t и х = 4 - 3t.
Очевидно, что х0 = 4м, vx = - 3м/с (знак "-" означает, что направление скорости не совпадает с направлением оси ОХ, т.е. они противоположно направлены). Перемещение тела найдем по формуле: S = х - х0. Конечную координату х можно определить, подставляя в уравнение движения время t1: х = 4 - 3t1. В общем виде формула перемещения: S = 4 - 3t1 - х0 = 4 - 3t1 - 4 = - 3t1 = -3 · 2 = - 6 м (Тело движется в отрицательном направлении оси ОХ).
Ответ: х0 = 4м; vx = -3м/с; S = -6м.
Пример 2.Лодочник перевозит пассажиров с одного берега на другой за время t =10 мин. по траектории АВ. Скорость течения реки vр = 0,3 м/с, ширина реки 240 м. С какой скоростью v относительно воды и под каким углом α к берегу должна двигаться лодка, чтобы достичь другого берега за указанное время?
|
Дано: vр = 0,3 м/с, L = 240 м, t = 10 мин = 660 с. ________________ v' - ? α - ? |
Рисунок 1. |
Решение: Примем берег за неподвижную систему отсчета. Тогда относительно берега скорость лодки равна:
Эта скорость (рисунок 1.1), является суммой двух скоростей: скорости лодки относительно воды v' (скорости относительно подвижной системы отсчета) и скорости реки vр (скорости самой подвижной системы отсчета относительно неподвижной). По закону сложения скоростей: v =vр + v'. Так как по условию задачи скорость лодки относительно берега направлена вдоль АВ, а скорость реки перпендикулярно АВ, то скорость лодки относительно воды(по теореме Пифагора):
Искомый угол можно найти из выражения:
Ответ: v' = 0.5 м /с, α = arctg ≈ 530.
Тесты: Равноускоренное движение