ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 9 класс · § 12
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 12. Перемещение, координата и путь при равнопеременном движении

Как вычислить положение и не потерять участок после разворота?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

Как вычислить положение и не потерять участок после разворота?

Наблюдаем и объясняем

Координата, путь и разворот

Передвигай момент времени через остановку. Сравни координату, перемещение и путь.

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

8 м/с
-2 м/с²
6 с

x₀ = 0. Постоянное ускорение; путь вычисляется по участкам, если внутри интервала меняется знак скорости.

01

Закон: от скорости к координате

При постоянном ускорении Δx = v₀ₓt + aₓt²/2. Первый член — вклад начальной скорости, второй — добавка из-за её изменения. Координата x = x₀ + Δx. Все скорости и ускорения в этой записи являются проекциями на одну ось.

График x(t) при ненулевом aₓ — парабола. Направление движения определяют по знаку наклона, то есть по скорости, а не по знаку самой координаты. Вершина графика соответствует мгновенной остановке, если она попадает в рассматриваемый интервал.

Перемещение

Δx = v₀ₓt + aₓt²/2

Координата

x = x₀ + v₀ₓt + aₓt²/2

Скорость

vₓ = v₀ₓ + aₓt

Координата при постоянном ненулевом ускорении зависит от времени квадратично.

Почему нельзя забыть множитель 1/2?

Добавочная скорость растёт от нуля до aₓt. Её среднее значение за интервал равно aₓt/2, поэтому добавочное перемещение равно aₓt²/2.

02

Без времени: связь скоростей

Исключив время, получаем vₓ² − v₀ₓ² = 2aₓΔx. Формула полезна, если известны начальная и конечная скорости и нужно найти перемещение. Она относится к постоянному ускорению и не заменяет проверку направления.

Квадрат скорости не сохраняет знак. После извлечения корня направление устанавливают по условиям движения. Для торможения от 10 м/с при aₓ = −2 м/с² до остановки Δx = (0 − 100)/(−4) = 25 м.

Без времени: связь скоростей: сравнение
ДаноУдобная формула
Время и начальная скоростьΔx = v₀ₓt + aₓt²/2
Начальная и конечная скоростиvₓ² − v₀ₓ² = 2aₓΔx
Координаты концовΔx = x − x₀

Формула без времени связывает квадраты скоростей и проекцию перемещения.

Почему из vₓ² = 16 нельзя сразу выбрать +4 м/с?

Математически возможны +4 и −4 м/с. Физическое направление определяется временем, силами и предыдущим движением.

Силы на наклонной плоскости

При скатывании в идеальных условиях ускорение может быть постоянным. Тогда координата содержит слагаемое, пропорциональное квадрату времени.

Klaus-Dieter Keller · CC0 · Источник. Без изменений.

Водопад Виктория на Замбези

Путь падения из покоя при постоянном g растёт как t². Удвоение времени даёт вчетверо больший путь до удара.

Vberger · Общественное достояние · Источник фотографии.

03

Разворот: путь по частям

Пусть x₀ = 0, v₀ₓ = 8 м/с, aₓ = −2 м/с². Остановка происходит через 4 с в точке x = 16 м. Через 6 с координата x = 12 м. Перемещение +12 м, но путь составляет 16 + 4 = 20 м.

Чтобы найти путь, проверь момент tп = −v₀ₓ/aₓ. Если он внутри интервала, вычисли положение разворота и сложи длины участков до и после него. Если разворота нет, путь равен модулю перемещения.

1. Скорость

Проверить смену её знака

2. Поворотная точка

Вычислить координату при vₓ = 0

3. Путь

Сложить модули перемещений участков

После разворота путь нельзя заменять модулем общего перемещения.

Может ли конечная координата совпасть с начальной при ненулевом пути?

Да. В приведённом примере через 8 с тело вернётся в x = 0, пройдя 32 м.

04

Проверки: размерность и смысл

Члены v₀ₓt и aₓt²/2 должны иметь единицу метра. Время измеряют от момента, к которому относится начальная скорость. Если ускорение меняется, процесс делят на участки, каждому задавая собственные начальные условия.

В модели на графике координаты отмечено положение, соответствующее выбранному времени. Меняй время до и после остановки. При aₓ = 0 формулы переходят в равномерное движение; это полезная проверка их согласованности.

Алгебраическая проверка

Размерности и знаки

Физическая проверка

Направление, разворот и границы модели

Формулы равнопеременного движения применяют только на участке постоянного ускорения.

Что делать, если после торможения тело остаётся в покое?

Закончить участок торможения в момент остановки и описать следующий участок отдельным законом x = const.

Соберём главное

Шесть выводов

01Координата при постоянном ненулевом ускорении зависит от времени квадратично.
02Формула без времени связывает квадраты скоростей и проекцию перемещения.
03После разворота путь нельзя заменять модулем общего перемещения.
04Формулы равнопеременного движения применяют только на участке постоянного ускорения.
05Начальная координата смещает график, не меняя скорость и ускорение.
06В выражении для пути при развороте складываются положительные длины.
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. Перемещение при постоянном ускорении…
2. Координата равна…
3. Связь без времени…
4. 10 м/с, aₓ = −2 м/с². Путь до остановки…
5. При v₀ₓ = 8, aₓ = −2, x₀ = 0 координата в 6 с…
6. Координата разворота в этом примере…
7. Путь при развороте вычисляют…
8. График x(t) при ненулевом постоянном a…
9. При aₓ = 0 формула переходит в…
10. Из vₓ² = 16 следует…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Физика, 9 класс», § 12. Тема и содержание сверены с файлом «9 класс. Физика — § 12. при равнопеременном 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…