Chuyển động đồng đều và không đều trong tự nhiên. chuyển động cơ học

Dạng chuyển động cơ học đơn giản nhất là chuyển động của vật dọc theo một đường thẳng. với một mô-đun không đổi và tốc độ hướng. Một chuyển động như vậy được gọi là đồng dạng . Với chuyển động đều, cơ thể bao phủ những khoảng cách bằng nhau trong bất kỳ khoảng thời gian nào bằng nhau. Để mô tả động học của chuyển động thẳng đều, trục tọa độ CON BÒ thuận tiện để đặt dọc theo dòng chuyển động. Vị trí của cơ thể trong quá trình chuyển động đều được xác định bằng cách đặt một tọa độ x. Vectơ độ dời và vectơ vận tốc luôn hướng song song với trục tọa độ CON BÒ.

Do đó, độ dịch chuyển và tốc độ trong quá trình chuyển động tịnh tiến có thể được chiếu lên trục CON BÒ và coi các phép chiếu của chúng là các đại lượng đại số.

Nếu một lúc nào đó t 1 nội dung ở điểm có tọa độ x 1 và sau đó t 2 - tại điểm có tọa độ x 2, khi đó phép chiếu độ dời Δ S mỗi trục CON BÒ trong thời gian Δ t = t 2 - t 1 bằng

Giá trị này có thể là cả dương và âm tùy thuộc vào hướng mà cơ thể di chuyển. Với chuyển động thẳng đều dọc theo một đường thẳng thì môđun độ dời trùng với quãng đường đi được. Tốc độ của chuyển động thẳng đều là tỉ số

Nếu υ> 0 thì vật chuyển động theo chiều dương của trục CON BÒ; tại υ< 0 тело движется в противоположном направлении.

Phối hợp phụ thuộc x từ lúc nào t (luật chuyển động) được biểu thị cho chuyển động thẳng đều phương trình toán học tuyến tính :

Trong phương trình này, υ = const là tốc độ của vật, x 0 - tọa độ của điểm mà cơ thể ở thời điểm đó t= 0. Đồ thị của quy luật chuyển động x(t) là một đường thẳng. Ví dụ về các đồ thị như vậy được hiển thị trong hình. 1.3.1.

Đối với quy luật chuyển động được mô tả trong đồ thị I (Hình 1.3.1), với t= 0 cơ thể ở điểm có tọa độ x 0 = -3. Giữa các khoảnh khắc trong thời gian t 1 = 4 giây và t 2 = 6 s vật đã chuyển động từ điểm x 1 = 3 m đến điểm x 2 = 6 m. Như vậy, với Δ t = t 2 - t 1 = 2 s vật chuyển động của Δ S = x 2 - x 1 \ u003d 3 m. Do đó, tốc độ của vật là

Giá trị của tốc độ hóa ra là dương. Điều này có nghĩa là cơ thể đang chuyển động theo chiều dương của trục CON BÒ. Lưu ý rằng trên đồ thị chuyển động, tốc độ của vật có thể được xác định về mặt hình học là tỷ số của các cạnh BC và AC Tam giác ABC(xem hình 1.3.1)

Góc α càng lớn, tạo thành một đường thẳng với trục thời gian, tức là, độ dốc của đồ thị càng lớn ( độ dốc), tốc độ của cơ thể càng lớn. Đôi khi họ nói rằng tốc độ của cơ thể bằng tiếp tuyến của góc α của hệ số góc của đường thẳng x (t). Từ quan điểm của toán học, phát biểu này không hoàn toàn đúng, vì các mặt BC và AC Tam giác ABC có khác nhau kích thước: bên BCđược đo bằng mét và cạnh bên AC- trong vài giây.

Tương tự, đối với chuyển động được hiển thị trong Hình. 1.3.1 dòng II, chúng tôi tìm thấy x 0 = 4 m, υ = -1 m / s.

Trên hình. 1.3.2 định luật chuyển động x (t) của cơ thể được mô tả bằng cách sử dụng các đoạn thẳng. Trong toán học, các đồ thị như vậy được gọi là tuyến tính mảnh. Chuyển động của cơ thể dọc theo một đường thẳng không đồng nhất. Trong các phần khác nhau của biểu đồ này, cơ thể chuyển động với các tốc độ khác nhau, cũng có thể được xác định bởi độ dốc của đoạn tương ứng với trục thời gian. Tại các điểm ngắt của đồ thị, cơ thể sẽ thay đổi tốc độ ngay lập tức. Trên biểu đồ (Hình 1.3.2), điều này xảy ra tại các thời điểm t 1 = -3 giây, t 2 = 4 giây, t 3 = 7 giây và t 4 = 9 giây. Theo lịch trình chuyển động, có thể dễ dàng tìm thấy điều đó trong khoảng thời gian ( t 2 ; t 1) vật chuyển động với vận tốc υ 12 = 1 m / s, trong khoảng ( t 3 ; t 2) - với tốc độ υ 23 = -4/3 m / s và trong khoảng thời gian ( t 4 ; t 3) - với tốc độ υ 34 = 4 m / s.

Cần lưu ý rằng theo định luật chuyển động thẳng đều của vật thể, quãng đường đi được l không khớp với chuyển động S. Ví dụ, đối với quy luật chuyển động được mô tả trong Hình. 1.3.2, chuyển động của vật trong khoảng thời gian từ 0 s đến 7 s bằng không ( S= 0). Trong thời gian này, cơ thể đã đi một quãng đường l= 8 m.

Như chuyển động học, có một chuyển động trong đó cơ thể đối với bất kỳ khoảng thời gian bằng nhau được lấy tùy ý nào sẽ vượt qua cùng độ dài của các đoạn đường dẫn. Đây là chuyển động đều. Một ví dụ là chuyển động của một vận động viên trượt băng ở giữa quãng đường hoặc một đoàn tàu trên một đoạn đường bằng phẳng.

Về mặt lý thuyết, cơ thể có thể di chuyển theo bất kỳ quỹ đạo nào, kể cả đường cong. Đồng thời, có khái niệm về đường đi - đây là tên của quãng đường mà một vật thể di chuyển dọc theo quỹ đạo của nó. Đường đi là một đại lượng vô hướng và không nên nhầm lẫn với nước đi. Theo thuật ngữ cuối cùng, chúng tôi biểu thị đoạn giữa điểm bắt đầu của đường đi và điểm cuối, trong quá trình chuyển động theo đường cong, rõ ràng là không trùng với quỹ đạo. Độ dời là một đại lượng vectơ có trị số bằng độ dài của vectơ.

Một câu hỏi tự nhiên được đặt ra - đó là chuyển động đều trong những trường hợp nào? Ví dụ, chuyển động của một băng chuyền trong một vòng tròn với cùng tốc độ có được coi là đồng đều không? Không, bởi vì với một chuyển động như vậy, vectơ vận tốc thay đổi hướng của nó mỗi giây.

Một ví dụ khác là một chiếc ô tô đang đi trên một đường thẳng với cùng tốc độ. Một chuyển động như vậy sẽ được coi là đồng đều miễn là xe không quay đầu ở đâu và đồng hồ tốc độ của nó có cùng số. Rõ ràng, chuyển động thẳng biến luôn luôn xảy ra trên một đường thẳng, vectơ vận tốc không thay đổi. Đường đi và độ dời trong trường hợp này sẽ giống nhau.

Chuyển động đều là chuyển động dọc theo một đường thẳng với tốc độ không đổi, trong đó độ dài của quãng đường đi được trong mọi khoảng thời gian bằng nhau là như nhau. Một trường hợp đặc biệt của chuyển động thẳng đều có thể coi là trạng thái nghỉ, khi vận tốc và quãng đường đi được bằng không.

Tốc độ là một đặc tính định tính của chuyển động thẳng đều. Rõ ràng, các đối tượng khác nhau che phủ cùng một con đường trong những thời điểm khác nhau (người đi bộ và ô tô). Tỉ số giữa quãng đường đi được của một vật chuyển động thẳng đều với khoảng thời gian mà quãng đường này đã đi được gọi là tốc độ chuyển động.

Do đó, công thức mô tả chuyển động đều có dạng như sau:

V = S / t; với V là tốc độ chuyển động (là đại lượng vectơ);

S - đường đi hoặc chuyển động;

Biết tốc độ chuyển động không đổi, ta có thể tính được quãng đường vật đi được trong một khoảng thời gian tùy ý.

Đôi khi chúng nhầm lẫn giữa chuyển động đồng đều và chuyển động có gia tốc đều. Đây là những khái niệm hoàn toàn khác nhau. - một trong những biến thể của chuyển động không đều (tức là một trong đó tốc độ không phải là một giá trị cố định), có một đặc điểm phân biệt quan trọng - tốc độ trong trường hợp này thay đổi trong cùng một khoảng thời gian với cùng một lượng. Giá trị này, bằng tỷ số giữa sự khác biệt giữa tốc độ và khoảng thời gian mà tốc độ đã thay đổi, được gọi là gia tốc. Con số này, cho thấy tốc độ tăng hoặc giảm bao nhiêu trên một đơn vị thời gian, có thể lớn (khi đó người ta nói rằng cơ thể nhanh chóng bắt kịp hoặc mất tốc độ) hoặc không đáng kể khi đối tượng tăng tốc hoặc giảm tốc độ trơn tru hơn.

Gia tốc cũng như tốc độ là vật lý, vectơ gia tốc theo hướng luôn trùng với vectơ vận tốc. Ví dụ về chuyển động có gia tốc đều là trường hợp của một vật trong đó lực hút của vật bởi bề mặt trái đất) thay đổi trong một đơn vị thời gian một lượng nhất định, gọi là gia tốc rơi tự do.

Chuyển động đều về mặt lý thuyết có thể coi là một trường hợp đặc biệt của chuyển động có gia tốc đều. Rõ ràng là vì tốc độ không thay đổi trong quá trình chuyển động như vậy, thì gia tốc hoặc giảm tốc không xảy ra, do đó, độ lớn của gia tốc với chuyển động đều luôn bằng không.

« Vật lý - Lớp 10 "

Khi giải các bài toán về chủ đề này, trước hết cần phải chọn một cơ quan tham chiếu và liên kết một hệ tọa độ với nó. Trong trường hợp này, chuyển động xảy ra trên một đường thẳng, vì vậy một trục là đủ để mô tả nó, ví dụ, trục OX. Chọn gốc tọa độ, ta viết ra phương trình chuyển động.

Nhiệm vụ I.

Xác định môđun và hướng vận tốc của một điểm nếu chuyển động thẳng đều dọc theo trục OX, tọa độ của nó trong thời gian t 1 \ u003d 4 s thay đổi từ x 1 \ u003d 5 m thành x 2 \ u003d -3 m.

Quyết định.

Môđun và hướng của một vectơ có thể được tìm thấy từ các hình chiếu của nó trên các trục tọa độ. Vì chất điểm chuyển động thẳng đều nên ta tìm hình chiếu vận tốc của nó trên trục OX bằng công thức

Dấu âm của phép chiếu vận tốc có nghĩa là vận tốc của chất điểm có hướng ngược với chiều dương của trục OX. Môđun vận tốc υ = | υ x | = | -2 m / s | = 2 m / s.

Nhiệm vụ 2.

Từ điểm A và điểm B cách nhau khoảng cách dọc theo đường cao tốc l 0 = 20 km, đồng thời hai ô tô bắt đầu chuyển động thẳng đều về phía nhau. Vận tốc của ô tô thứ nhất υ 1 = 50 km / h, vận tốc của ô tô thứ hai υ 2 = 60 km / h. Xác định vị trí của ô tô so với điểm A sau thời điểm t = 0,5 giờ kể từ lúc bắt đầu chuyển động và khoảng cách I giữa các ô tô tại thời điểm này. Xác định quãng đường s 1 và s 2 của mỗi ô tô đi được trong thời gian t.

Quyết định.

Lấy điểm A làm gốc tọa độ và hướng trục tọa độ OX về phía điểm B (Hình 1.14). Chuyển động của ô tô sẽ được mô tả bằng các phương trình

x 1 = x 01 + υ 1x t, x 2 = x 02 + υ 2x t.

Vì ô tô thứ nhất chuyển động theo chiều dương của trục OX và ô tô thứ hai theo chiều âm nên υ 1x = υ 1, υ 2x = -υ 2. Theo cách chọn gốc x 01 = 0, x 02 = l 0. Do đó, sau một thời gian t

x 1 \ u003d υ 1 \ u003d 50 km / h 0,5 giờ \ u003d 25 km;

x 2 \ u003d l 0 - υ 2 \ u003d 20 km - 60 km / h 0,5 giờ -10 km.

Ô tô thứ nhất sẽ đến điểm C cách điểm A ở bên phải 25 km và ô tô thứ hai ở điểm D cách điểm A 10 km ở bên trái. Khoảng cách giữa các ô tô sẽ bằng môđun của hiệu số giữa các tọa độ của chúng: l = | x 2 - x 1 | = | -10 km - 25 km | = 35 km. Quãng đường đã đi là:

s 1 \ u003d υ 1 \ u003d 50 km / h 0,5 giờ \ u003d 25 km,

s 2 \ u003d υ 2 \ u003d 60 km / h 0,5 giờ 30 km.

Nhiệm vụ 3.

Ô tô thứ nhất rời điểm A đi điểm B với vận tốc υ 1 Sau thời gian t 0 ô tô thứ hai rời điểm B cùng chiều với vận tốc υ 2. Khoảng cách giữa hai điểm A và B bằng l. Xác định tọa độ điểm gặp nhau của ô tô so với điểm B và thời điểm kể từ lúc xuất phát ô tô thứ nhất gặp nhau.

Quyết định.

Lấy điểm A làm gốc tọa độ và hướng trục tọa độ OX về phía điểm B (Hình 1.15). Chuyển động của ô tô sẽ được mô tả bằng các phương trình

x 1 = υ 1 t, x 2 = l + υ 2 (t - t 0).

Tại thời điểm gặp nhau, toạ độ của các ô tô bằng nhau: x 1 \ u003d x 2 \ u003d x in. Sau đó υ 1 t in \ u003d l + υ 2 (t in - t 0) và thời gian cho đến cuộc họp

Rõ ràng, lời giải phù hợp với υ 1> υ 2 và l> υ 2 t 0 hoặc với υ 1< υ 2 и l < υ 2 t 0 . Координата места встречи

Nhiệm vụ 4.

Hình 1.16 cho thấy đồ thị của sự phụ thuộc của tọa độ của điểm vào thời gian. Xác định từ các đồ thị: 1) tốc độ của chất điểm; 2) Sau khoảng thời gian nào sau khi bắt đầu chuyển động, họ sẽ gặp nhau; 3) đường đi của các điểm trước cuộc họp. Viết phương trình chuyển động của chất điểm.

Quyết định.

Trong thời gian 4 s, sự thay đổi tọa độ của điểm đầu tiên: Δx 1 \ u003d 4 - 2 (m) \ u003d 2 m, điểm thứ hai: Δx 2 \ u003d 4 - 0 (m) \ u003d 4 m.

1) Tốc độ của chất điểm được xác định theo công thức υ 1x = 0,5 m / s; υ 2x = 1 m / s. Lưu ý rằng các giá trị tương tự có thể nhận được từ các đồ thị bằng cách xác định tiếp tuyến của góc nghiêng của các đường thẳng với trục thời gian: tốc độ υ 1x bằng số tgα 1 và tốc độ υ 2x bằng số thành tgα 2.

2) Thời điểm gặp nhau là lúc tọa độ các điểm bằng nhau. Rõ ràng là trong 4 giây.

3) Đường đi của chất điểm bằng chuyển động của chúng và bằng độ thay đổi tọa độ của chúng trong thời điểm trước khi gặp nhau: s 1 = Δх 1 = 2 m, s 2 = Δх 2 = 4 m.

Phương trình chuyển động của cả hai chất điểm có dạng x = x 0 + υ x t, trong đó x 0 = x 01 = 2 m, υ 1x = 0,5 m / s - đối với điểm thứ nhất; x 0 = x 02 = 0, υ 2x = 1 m / s - đối với điểm thứ hai.

95. Cho các ví dụ về chuyển động thẳng đều.
Ví dụ, chuyển động của Trái đất quanh Mặt trời là rất hiếm.

96. Cho ví dụ về chuyển động không đều.
Sự chuyển động của ô tô, máy bay.

97. Một cậu bé trượt xuống núi trên một chiếc xe trượt tuyết. Có thể coi chuyển động này là đồng nhất không?
Không.

98. Ngồi trên toa của một đoàn tàu khách đang chuyển động và quan sát chuyển động của một đoàn tàu hàng đang chạy tới, đối với chúng tôi, có vẻ như đoàn tàu hàng đang đi nhanh hơn nhiều so với chuyến tàu khách của chúng ta đã đi trước cuộc gặp gỡ. Tại sao chuyện này đang xảy ra?
So với tàu khách, tàu hàng chuyển động bằng tổng vận tốc của tàu khách và tàu hàng.

99. Người điều khiển ô tô đang chuyển động đang chuyển động hoặc đang dừng liên quan đến:
a) những con đường
b) ghế ô tô;
c) trạm xăng;
d) mặt trời;
e) cây ven đường?
Trong chuyển động: a, c, d, e
Ở phần còn lại: b

100. Ngồi trong toa của một đoàn tàu đang chuyển động, chúng ta nhìn trong cửa sổ một chiếc ô tô đi về phía trước, sau đó dường như đứng yên, và cuối cùng lại lùi về phía sau. Làm thế nào chúng ta có thể giải thích những gì chúng ta thấy?
Ban đầu vận tốc ô tô lớn hơn vận tốc đầu tàu. Khi đó vận tốc của ô tô bằng vận tốc của xe lửa. Sau đó vận tốc của ô tô giảm dần so với vận tốc của xe lửa.

101. Máy bay thực hiện một "vòng lặp chết". Quỹ đạo của chuyển động mà người quan sát nhìn thấy từ mặt đất là gì?
quỹ đạo vòng.

102. Cho ví dụ về chuyển động của các thiên thể dọc theo đường cong so với trái đất.
Sự chuyển động của các hành tinh xung quanh mặt trời; sự chuyển động của con thuyền trên sông; Chuyến bay của chim.

103. Cho ví dụ về chuyển động của các thiên thể có quỹ đạo thẳng so với trái đất.
tàu di chuyển; người đi thẳng.

104. Khi viết bằng bút bi ta quan sát được những dạng chuyển động nào? Phấn?
Bằng nhau và không đồng đều.

105. Bộ phận nào của xe đạp, trong quá trình chuyển động thẳng của nó, mô tả quỹ đạo thẳng so với mặt đất, và bộ phận nào là đường cong?
Rectilinear: tay lái, yên xe, khung.
Curvilinear: bàn đạp, bánh xe.

106. Tại sao nói Mặt trời mọc và lặn? Cơ quan tham chiếu trong trường hợp này là gì?
Cơ quan tham chiếu là Trái đất.

107. Hai ô tô cùng chuyển động trên đường cao tốc sao cho khoảng cách nào đó giữa chúng không thay đổi. Cho biết từng cơ thể đang ở trạng thái nghỉ ngơi đối với cơ thể nào và đối với cơ quan nào mà họ chuyển động trong khoảng thời gian này.
Tương đối nhau, các xe nằm nghỉ. Xe chuyển động so với các vật xung quanh.

108. Xe trượt tuyết lăn xuống núi; bóng lăn xuống máng nghiêng; hòn đá từ tay rơi xuống. Vật nào trong số các vật này chuyển động về phía trước?
Xe trượt tuyết đang di chuyển về phía trước từ ngọn núi và hòn đá được giải phóng khỏi tay.

109. Một cuốn sách đặt trên bàn theo phương thẳng đứng (Hình 11, vị trí I) thì bị sốc và mất vị trí II. Hai điểm A và B trên bìa sách mô tả các quỹ đạo AA1 và BB1. Chúng ta có thể nói rằng cuốn sách đã tiến về phía trước? Tại sao?

Bạn có nghĩ mình đang xúc động hay không khi đọc dòng chữ này? Hầu hết mọi người trong số các bạn sẽ ngay lập tức trả lời: không, tôi không di chuyển. Và nó sẽ sai. Một số người có thể nói rằng tôi đang di chuyển. Và họ cũng sai. Bởi vì trong vật lý, một số thứ không hoàn toàn giống như thoạt nhìn.

Ví dụ, khái niệm chuyển động cơ học trong vật lý luôn phụ thuộc vào điểm quy chiếu (hoặc vật thể). Vì vậy, một người đang bay trên máy bay di chuyển tương đối với những người thân còn lại ở nhà, nhưng đang yên nghỉ so với một người bạn ngồi bên cạnh anh ta. Vì vậy, những người thân đang buồn chán hoặc một người bạn đang ngủ trên vai anh ấy, trong trường hợp này là những cơ quan tham chiếu để xác định xem liệu người nói trên của chúng ta có đang di chuyển hay không.

Định nghĩa chuyển động cơ học

Trong vật lý, định nghĩa chuyển động cơ học ở lớp bảy như sau: Sự thay đổi vị trí của một vật so với các vật khác theo thời gian được gọi là chuyển động cơ học. Ví dụ về chuyển động cơ học trong cuộc sống hàng ngày sẽ là chuyển động của ô tô, con người và tàu thủy. Sao chổi và mèo. Sủi bọt khí trong ấm đun nước sôi và sách giáo khoa trong chiếc ba lô nặng trĩu của một cậu học sinh. Và mỗi khi một tuyên bố về chuyển động hoặc phần còn lại của một trong những đối tượng (vật thể) này sẽ trở nên vô nghĩa nếu không chỉ ra vật thể tham chiếu. Vì vậy, trong cuộc sống, chúng ta thường nói đến chuyển động, chúng ta muốn nói đến chuyển động so với Trái đất hoặc các vật thể tĩnh - nhà cửa, đường xá, v.v.

Quỹ đạo chuyển động cơ học

Cũng không thể không nhắc đến đặc trưng của chuyển động cơ học là quỹ đạo. Quỹ đạo là một đường dọc theo đó một cơ thể chuyển động. Ví dụ, dấu chân trên tuyết, dấu chân của máy bay trên bầu trời và dấu chân của một vết rách trên má đều là quỹ đạo. Chúng có thể thẳng, cong hoặc gãy. Nhưng độ dài của quỹ đạo, hay tổng độ dài, là đường đi của cơ thể. Đường dẫn được đánh dấu bằng chữ s. Và nó được đo bằng mét, cm và km, hoặc inch, thước và feet, tùy thuộc vào đơn vị đo lường được chấp nhận ở quốc gia này.

Các dạng chuyển động cơ học: chuyển động đều và không đều

Các dạng chuyển động cơ học là gì? Ví dụ, trong một chuyến đi bằng ô tô, người lái xe di chuyển với tốc độ khác nhau khi lái xe quanh thành phố và gần như cùng tốc độ khi đi vào đường cao tốc bên ngoài thành phố. Tức là nó chuyển động không đều hoặc không đều. Vì vậy chuyển động phụ thuộc vào quãng đường đi được trong những khoảng thời gian bằng nhau được gọi là chuyển động đều hay không đều.

Ví dụ về chuyển động đều và không đều

Có rất ít ví dụ về chuyển động đều trong tự nhiên. Trái đất chuyển động gần như đều xung quanh Mặt trời, hạt mưa nhỏ giọt, bọt khí nổi lên trong sôđa. Ngay cả viên đạn bắn ra từ súng lục cũng di chuyển theo đường thẳng và đồng đều chỉ trong cái nhìn đầu tiên. Từ ma sát với không khí và lực hút của Trái đất, chuyến bay của nó dần dần trở nên chậm hơn, và quỹ đạo giảm dần. Ở đây trong không gian, một viên đạn có thể chuyển động thẳng và đều cho đến khi nó va chạm với một số vật thể khác. Và với chuyển động không đều, mọi thứ tốt hơn nhiều - có rất nhiều ví dụ. Cú bay của quả bóng trong một trận đấu bóng đá, chuyển động của một con sư tử săn mồi, việc di chuyển một viên kẹo cao su trong miệng của một học sinh lớp bảy và một con bướm bay lượn trên bông hoa đều là những ví dụ về chuyển động cơ học không đồng đều của các cơ thể.