TIESINIS JUDĖJIMAS: CHARAKTERISTIKOS, TIPAI IR PAVYZDŽIAI - FIZINIS - 2025

Tiesinis judėjimas yra tai, kad, kurioje mobiliojo ryšio juda tiesia linija ir todėl laikosi vietą pagal vieną matmenį, taip pat gauti pavadinimas matmenų judesio. Ši tiesi linija yra kelias arba kelias, kuriuo eina judantis objektas. Automobiliai, judantys 1 pav. Prospektu, vadovaujasi tokiu judėjimo tipu.

Tai paprasčiausias judesio modelis, kokį tik galite įsivaizduoti. Kasdieniniai žmonių, gyvūnų ir daiktų judesiai dažnai derinami tiesia linija ir judesiais išilgai kreivių, tačiau dažnai stebimi kai kurie išimtinai tiesūs.

1 pav. Automobiliai, judantys tiesiai prospektu. Šaltinis: „Pixabay“.

Štai keletas gerų pavyzdžių:

- Bėgdamas tiesiu 200 metrų ilgio takeliu.

- Važiuodami automobiliu tiesiu keliu.

- Laisvai numesdamas daiktą iš tam tikro aukščio.

- Kai kamuolys mestas vertikaliai aukštyn.

Dabar judesio apibūdinimo tikslas pasiekiamas nurodant tokias savybes kaip:

- padėtis

- poslinkis

- Greitis

- Pagreitis

- Orai.

Stebėtojas, norėdamas aptikti objekto judesį, turi turėti atskaitos tašką (pradžia O) ir būti nustatęs konkrečią judėjimo kryptį, kuri gali būti x ašis, y ašis ir bet kuri kita.

Objektas, kuris juda, gali turėti begalinį skaičių formų. Šiuo atžvilgiu nėra jokių apribojimų, vis dėlto, kas bus toliau, bus manoma, kad mobilusis yra dalelė; objektas toks mažas, kad jo matmenys nėra svarbūs.

Žinoma, kad taip nėra makroskopinių objektų atveju; tačiau tai yra modelis, turintis gerų rezultatų apibūdinant visuotinį objekto judesį. Tokiu būdu dalelė gali būti automobilis, planeta, žmogus ar bet kuris kitas judantis objektas.

Mes pradėsime tiesinės kinematikos tyrimą su bendru požiūriu į judesį, tada bus tiriami konkretūs atvejai, tokie kaip jau įvardyti.

Bendrosios tiesinio judesio savybės

Šis aprašymas yra bendras ir taikomas bet kokiam vienos dimensijos judesiui. Pirmas dalykas yra pasirinkti atskaitos sistemą. Linija, kuria eina judėjimas, bus x ašis. Judėjimo parametrai:

Padėtis

2 pav. Mobiliojo, kuris juda x ašimi, padėtis. Šaltinis: „Wikimedia Commons“ (modifikuotas F. Zapata).

Tai vektorius, einantis nuo kilmės vietos iki taško, kuriame objektas yra tam tikru momentu. 2 paveiksle vektorius x ₁ rodo mobiliojo įrenginio vietą, kai jis yra koordinatėje P ₁ ir laiko momentu t ₁ . Padėties vektoriaus vienetai tarptautinėje sistemoje yra metrai.

Poslinkis

Poslinkis yra vektorius, rodantis padėties pasikeitimą. 3 paveiksle automobilis perėjo iš padėties P ₁ į padėtį P ₂ , todėl jo poslinkis yra Δ x = x ₂ - x ₁ . Poslinkis yra dviejų vektorių atimtis, jį simbolizuoja graikiška raidė Δ („delta“) ir savo ruožtu yra vektorius. Jos vienetai tarptautinėje sistemoje yra metrai.

3 pav. Poslinkio vektorius. Šaltinis: parengė F. Zapata.

Vektoriai žymimi pusjuodžiu šriftu atspausdintame tekste. Bet būdami toje pačioje dimensijoje, jei norite, galite išsiversti be vektorinės žymėjimo.

Nuvažiuotas atstumas

Judančio objekto nuvažiuotas atstumas d yra absoliutaus poslinkio vektoriaus vertė:

Absoliučioji vertė nuvažiuotas atstumas visada yra didesnis nei arba lygus 0, o jo vienetai yra tokie patys kaip padėties ir poslinkio. Absoliučios vertės žymėjimą galima padaryti naudojant modulio juostas arba paprasčiausiai pašalinant paryškintą šriftą spausdintame tekste.

Vidutinis greitis

Kaip greitai keičiasi pozicija? Yra lėtai mobiliųjų telefonų ir greitų mobiliųjų telefonų. Svarbiausia visada buvo greitis. Norint išanalizuoti šį veiksnį, analizuojama padėtis x kaip laiko t funkcija.

Vidutinis greitis v _m (žr. 4 paveikslą) - tai sekančiosios linijos (fuksijos) nuolydis iki kreivės x vs ty, jis pateikia visuotinę informaciją apie mobiliojo telefono judėjimą nagrinėjamu laiko intervalu.

4 paveikslas. Vidutinis greitis ir momentinis greitis. Šaltinis: „Wikimedia Commons“, pakeista F. Zapata.

v _m = ( x ₂ - x ₁ ) / (t _{2 –} t ₁ ) = Δ x / Δ t

Vidutinis greitis yra vektorius, kurio vienetai tarptautinėje sistemoje yra metrai / sekundė (m / s).

Momentinis greitis

Vidutinis greitis apskaičiuojamas imant išmatuojamą laiko intervalą, tačiau nepranešta, kas vyksta per tą intervalą. Norėdami žinoti greitį bet kuriuo momentu, turite padaryti labai mažą laiko intervalą, matematiškai prilygstantį atlikimui:

Aukščiau pateikta lygtis pateikiama vidutiniam greičiui. Tokiu būdu gaunamas momentinis greitis arba tiesiog greitis:

Geometriškai padėties išvestinė laiko atžvilgiu yra liestinės linijos nuolydis su kreive x vs t tam tikrame taške. 4 paveiksle taškas yra oranžinis, o liestinė linija yra žalia. Momentinis greitis taške yra tos linijos nuolydis.

Greitis

Greitis yra apibrėžiamas kaip absoliuti greičio vertė arba modulio koeficientas ir visada yra teigiamas (ženklai, keliai ir greitkeliai visada yra teigiami, niekada negatyvūs). Sąvokos „greitis“ ir „greitis“ gali būti vartojamos pakaitomis kiekvieną dieną, tačiau fizikoje būtina atskirti vektorių nuo skaliarinio.

v = Ι v Ι = v

Vidutinis pagreitis ir momentinis pagreitis

Greitis gali keistis judesio metu ir realybė yra tokia, kad tikimasi tai padaryti. Šis pokytis kiekybiškai įvertinamas tokiu mastu: pagreitis. Jei pažymėsime, kad greitis yra padėties pokytis laiko atžvilgiu, pagreitis yra greičio pokytis laiko atžvilgiu.

5 pav. Vidutinis pagreitis ir momentinis pagreitis. Šaltinis: „Wikimedia Commons“, pakeista F. Zapata.

Dviejuose ankstesniuose skyriuose pateiktą x vs t grafiko apdorojimą galima išplėsti iki atitinkamo v vs t grafiko. Taigi vidutinis pagreitis ir momentinis pagreitis yra apibrėžiami kaip:

a _m = ( v ₂ - v ₁ ) / (t _{2 –} t ₁ ) = Δ v / Δ t (violetinės linijos nuolydis)

Kai pagreitis yra pastovus, vidutinis pagreitis a _m yra lygus momentiniam pagreičiui a ir yra dvi galimybės:

- kad pagreitis būtų lygus 0, tokiu atveju greitis yra pastovus ir yra vienodas tiesinis judėjimas arba MRU.

- Pastovus pagreitis, išskyrus 0, kai greitis su laiku didėja arba mažėja tiesiškai (vienodai keičiamas tiesinis judesys arba MRUV):

Kur prieš _f ir T _f yra galutinis greitis ir laikas atitinkamai, ir v _arba yt _O yra pradinis greitis ir laikas. Jei t _o = 0, spręsdami galutinį greitį, turime jau žinomą galutinio greičio lygtį:

Šiam judėjimui taip pat galioja šios lygtys:

- Padėtis kaip laiko funkcija: x = x _o + v _o. t + ½ esant ²

- greitis kaip padėties funkcija: v _f ² = v _o ² + 2a.Δ x (su Δ x = x - x _o )

Horizontalieji ir vertikalieji judesiai

Horizontalūs judesiai yra tie, kurie vyksta išilgai horizontalios ašies arba x ašies, o vertikalūs judesiai tai daro išilgai y ašies. Vertikalūs judesiai, veikiami gravitacijos, yra dažniausi ir įdomiausi.

Ankstesnėse lygtyse imame a = g = 9,8 m / s ^2, nukreiptą vertikaliai žemyn, kryptį, kuri beveik visada pasirenkama su neigiamu ženklu.

Tokiu būdu v _f = v _o + esant tampa v _f = v _o - gt ir, jei pradinis greitis yra 0, nes objektas buvo laisvai numestas, jis dar labiau supaprastinamas iki v _f = - gt. Žinoma, kol neatsižvelgiama į oro pasipriešinimą.

Dirbami pavyzdžiai

1 pavyzdys

Taške A išleidžiama nedidelė pakuotė, kad būtų galima judėti palei konvejerį su slenkamaisiais ratais ABCD, parodyta paveikslėlyje. Mažėjant pasvirusioms AB ir CD atkarpoms, paketas įgyja nuolatinį 4,8 m / s ² pagreitį , o horizontalioje sekcijoje BC palaiko pastovų greitį.

6 paveikslas. Paketas, judantis išspręsto pavyzdžio slenkamaisiais takeliais. 1. Šaltinis: paties parengimas.

Žinodami, kad greitis, kuriuo paketas pasiekia D, yra 7,2 m / s, nustatykite:

a) Atstumas tarp C ir D.

b) Laikas, kurio reikia pakuotei pasiekti.

Sprendimas

Pakuotė judama trimis parodytais tiesiais pjūviais ir norint apskaičiuoti, ko reikalaujama, reikalingas greitis taškuose B, C ir D. Išanalizuokime kiekvieną skyrių atskirai:

AB skyrius

Laikas, kurio reikia pakeliui nuvažiuoti į skyrių AB:

BC skyrius

Greitis BC atkarpoje yra pastovus, todėl v _B = v _C = 5,37 m / s. Laikas, reikalingas pakeliui nuvažiuoti šioje atkarpoje:

Kompaktinių diskų skyrius

Pradinis šios atkarpos greitis yra v _C = 5,37 m / s, o galutinis greitis yra v _D = 7,2 m / s, per v _D ² = v _C ² + 2. a. d išsprendžia d reikšmę:

Laikas skaičiuojamas taip:

Atsakymai į pateiktus klausimus yra šie:

a) d = 2,4 m

b) Kelionės laikas yra t _AB + t _BC + t _CD = 1,19 s +0,56 s +0,38 s = 2,13 s.

2 pavyzdys

Asmuo yra po horizontaliais vartais, kurie iš pradžių yra atviri ir 12 m aukščio. Asmuo vertikaliai meta daiktą link vartų 15 m / s greičiu.

Yra žinoma, kad vartai uždaromi per 1,5 sekundės, kai asmuo išmetė daiktą iš 2 metrų aukščio. Į oro pasipriešinimą nebus atsižvelgiama. Atsakykite į šiuos klausimus ir pagrįskite:

a) Ar daiktas gali praeiti pro vartus prieš jiems užsidarant?

b) Ar daiktas kada nors trenks į uždarus vartus? Jei taip, kada tai įvyksta?

7 pav. Objektas mestas vertikaliai aukštyn (2 pavyzdys). Šaltinis: pačių sukurtas.

Atsakymas į)

Tarp pradinės kamuolio ir vartų padėties yra 10 metrų. Tai vertikalus metimas aukštyn, į kurį šia kryptimi žiūrima kaip į teigiamą.

Galite sužinoti greitį, kurio reikia šiam aukščiui pasiekti. Rezultatas yra apskaičiuojamas ir palyginamas su vartų uždarymo laiku, kuris yra 1,5 sekundės.

Kadangi šis laikas yra mažesnis nei 1,5 sekundės, tada daroma išvada, kad objektas gali praeiti pro vartus bent kartą.

Atsakymas b)

Mes jau žinome, kad objektas sugeba praeiti pro vartus eidamas aukštyn, pažiūrėkime, ar jis suteikia šansą dar kartą praeiti, einant žemyn. Greitis, pasiekus vartų aukštį, yra tokio paties dydžio kaip ir važiuojant į kalną, bet priešinga kryptimi. Todėl mes dirbame su -5,39 m / s ir laikas, kurio reikia šiai situacijai pasiekti:

Kadangi vartai lieka atviri tik 1,5 s, akivaizdu, kad jie neturi laiko praeiti dar kartą, kol jie užsidaro, nes randa juos uždarytus. Atsakymas yra: daiktas, jei jis susiduria su uždarytu liuku po 2,08 sekundės po išmetimo, kai jis jau nusileidžia.

Nuorodos

1. Figueroa, D. (2005). Serija: Fizika mokslui ir inžinerijai. 1 tomas. Kinematika. Redagavo Douglas Figueroa (USB) .69-116.
2. Giancoli, D. Fizika. (2006). Principai su paraiškomis. 6 ^-asis leidimas. Prentice salė. 22-25 dienomis.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: žvilgsnis į pasaulį. 6 ^ta Taisymas sutrumpintas. „Cengage“ mokymasis. 23 - 27 dienomis.
4. Resnick, R. (1999). Fizinis. Trečias leidimas ispanų kalba. Meksika. „Compañía Continental SA“ de CV 21–22.
5. Rex, A. (2011). Fizikos pagrindai. Pearsonas. 33 - 36
6. Searsas, Zemansky. 2016. Universiteto fizika su šiuolaikine fizika. 14 ^-oji . Ed. 1 tomas. 50 - 53.
7. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizika mokslui ir inžinerijai. 1 tomas. 7 ^ma . Leidimas. Meksika. „Cengage“ mokymosi redaktoriai. 23-25 ​​dienomis.
8. Serway, R., Vulle, C. (2011). Fizikos pagrindai. 9 ^na Ed. Cengage mokymosi. 43 - 55.
9. Wilson, J. (2011). Fizika 10. Pearson ugdymas. 133–149.