ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 9 класс · § 11
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 11. Скорость при равнопеременном движении

Как одна прямая на графике описывает разгон, остановку и движение обратно?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

Как одна прямая на графике описывает разгон, остановку и движение обратно?

Наблюдаем и объясняем

Скорость до и после остановки

Проследи точку на графике vₓ(t). Сравни знак скорости со знаком постоянного ускорения.

Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.

8 м/с
-2 м/с²
6 с

Заданное ускорение сохраняется, в том числе после остановки. Это не модель автомобиля, который прекращает торможение в момент остановки.

01

Постоянство: один вектор ускорения

Равнопеременным называют прямолинейное движение с постоянным ускорением. За равные промежутки изменения скорости одинаковы. В выбранной оси aₓ = const, поэтому vₓ = v₀ₓ + aₓt при начале отсчёта t = 0.

Условие постоянства относится к ускорению, а не к скорости. Слова «равноускоренное» и «равнозамедленное» описывают участки роста и убывания модуля скорости. После разворота один и тот же закон может перейти из торможения в разгон.

Постоянное ускорение

Одинаковое Δvₓ за равные Δt

Начальная скорость

Значение при t = 0

Любой момент

vₓ = v₀ₓ + aₓt

При постоянном ускорении проекция скорости линейно зависит от времени.

Может ли ускорение оставаться прежним при остановке?

Да. В верхней точке вертикального броска скорость на миг нулевая, а ускорение свободного падения по-прежнему направлено вниз.

02

График: пересечение с осью

График vₓ(t) — прямая с начальной высотой v₀ₓ. Её наклон равен aₓ. Если линия пересекает ось времени, в этот момент vₓ = 0. При сохранении закона за пересечением знак скорости меняется, то есть происходит разворот.

Например, vₓ = 8 − 2t. Через 3 с скорость +2 м/с; в 4 с тело останавливается; в 6 с скорость −4 м/с. Модуль скорости до 4 с убывает, после 4 с растёт, хотя ускорение всё время −2 м/с².

График: пересечение с осью: сравнение
Моментvₓ = 8 − 2tСостояние
0 с+8 м/сДвижение вправо
3 с+2 м/сЗамедление
4 с0Мгновенная остановка
6 с−4 м/сРазгон влево

Пересечение графика vₓ(t) с осью времени может означать разворот.

Всегда ли тело продолжает движение после расчётной остановки?

Только если прежнее ускорение действительно сохраняется. У тормозящего автомобиля после остановки меняются условия; без этого уточнения нельзя продолжать формулу бесконечно.

Грузовой поезд в Южной Австралии

На участке с постоянным ускорением график проекции скорости — прямая. Её наклон может быть положительным или отрицательным.

Tomoyn · CC BY 4.0 · Источник фотографии.

Водопад Виктория на Замбези

Без сопротивления скорость свободно падающего тела изменяется с постоянным ускорением g. Реальный водопад сложнее этой модели.

Vberger · Общественное достояние · Источник фотографии.

03

Среднее: полусумма проекций

При постоянном ускорении средняя проекция скорости за интервал равна полусумме начальной и конечной проекций: ⟨vₓ⟩ = (v₁ₓ + v₂ₓ)/2. Поэтому Δx = (v₁ₓ + v₂ₓ)Δt/2. Это результат линейной зависимости скорости от времени.

Если был разворот, эта формула всё равно даёт проекцию перемещения, но не путь. В примере vₓ = 8 − 2t за 6 с Δx = (8 − 4)·6/2 = 12 м. Путь нужно находить отдельно до и после остановки.

Средняя проекция

⟨vₓ⟩ = (v₁ₓ + v₂ₓ)/2

Перемещение

Δx = ⟨vₓ⟩Δt

Условие

aₓ постоянно

Полусумма проекций скоростей даёт среднюю проекцию при постоянном ускорении.

Можно ли полусуммой модулей найти путь при развороте?

В общем случае нельзя. Нужно разделить движение в момент нулевой скорости и суммировать пути двух участков.

04

Площадь: положительная и отрицательная

Площадь под vₓ(t) над осью добавляется к проекции перемещения, под осью вычитается. В примере за первые 4 с площадь треугольника равна 16 м, за следующие 2 с — −4 м. Сумма даёт 12 м; сумма модулей — путь 20 м.

Модель показывает текущую точку на графике и знак скорости. Сопоставляй направление движения с направлением ускорения. Величины в формулах относятся к одной оси и одной системе отсчёта.

Найти нулевую скорость

Решить v₀ₓ + aₓt = 0

Разделить участки

Если момент попал внутрь интервала

Сложить площади

Со знаками для Δx, по модулю для пути

Площадь под графиком скорости позволяет различать путь и перемещение.

Что означает отрицательная средняя проекция скорости?

За рассматриваемое время конечная координата меньше начальной. Это не обязательно означает движение влево в каждый момент.

Соберём главное

Шесть выводов

01При постоянном ускорении проекция скорости линейно зависит от времени.
02Пересечение графика vₓ(t) с осью времени может означать разворот.
03Полусумма проекций скоростей даёт среднюю проекцию при постоянном ускорении.
04Площадь под графиком скорости позволяет различать путь и перемещение.
05Время остановки должно быть положительным и принадлежать рассматриваемому интервалу.
06График модуля скорости при развороте имеет излом, хотя график проекции остаётся прямой.
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе

Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.

1. При постоянном aₓ скорость…
2. График vₓ(t) при постоянном ускорении…
3. Для vₓ = 8−2t скорость в 3 с…
4. Остановка в этом движении при…
5. В 6 с проекция скорости…
6. Ускорение после разворота при прежнем законе…
7. Средняя проекция скорости при постоянном a…
8. За 6 с в примере проекция перемещения…
9. Путь за эти 6 с…
10. Можно ли формулу торможения автомобиля продолжать после его фактической остановки без условий?

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Физика, 9 класс», § 11. Тема и содержание сверены с файлом «9 класс. Физика — § 11. движении.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.

Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.

↑

Загрузка прогресса…