PŘÍMOČARÝ POHYB: VLASTNOSTI, TYPY A PŘÍKLADY - FYZICKÝ - 2025

Přímočarý pohyb je to, ve kterém mobilní pohybuje po přímce, a proto se uskuteční v jedné dimenzi, tam také zobrazit název trojrozměrný pohyb. Tato přímka je cesta nebo cesta, po které následuje pohybující se objekt. Vozy pohybující se podél avenue z obrázku 1 sledují tento typ pohybu.

Je to nejjednodušší model pohybu, jaký si dokážete představit. Denní pohyby lidí, zvířat a věcí často kombinují pohyby v přímé linii s pohyby podél křivek, ale často jsou pozorovány některé, které jsou výhradně přímočaré.

Obrázek 1. Auta se pohybují po přímé cestě. Zdroj: Pixabay.

Zde je několik dobrých příkladů:

- Při jízdě po přímočaré trati 200 metrů.

- Jízda autem po rovné silnici.

- Padající objekt volně z určité výšky.

- Když je míč svržen svisle nahoru.

Nyní je cíl popisu pohybu dosažen specifikováním charakteristik, jako jsou:

- pozice

- Posun

- Rychlost

- Zrychlení

- Počasí.

Aby pozorovatel detekoval pohyb objektu, musí mít referenční bod (počátek O) a musí určit konkrétní směr, kterým se má pohybovat, kterým může být osa x, osa y a jakýkoli jiný.

Pokud jde o objekt, který se pohybuje, může mít nekonečný počet tvarů. V tomto ohledu neexistují žádná omezení, ale ve všem, co následuje, se bude předpokládat, že mobil je částice; objekt tak malý, že jeho rozměry nejsou relevantní.

Je známo, že tomu tak není v případě makroskopických objektů; jedná se však o model s dobrými výsledky při popisu globálního pohybu objektu. Tímto způsobem může částice být auto, planeta, osoba nebo jakýkoli jiný předmět, který se pohybuje.

Začínáme studiem přímočaré kinematiky obecným přístupem k pohybu a poté budou studovány konkrétní případy, jako jsou ty, které již byly pojmenovány.

Obecné vlastnosti přímočarého pohybu

Následující popis je obecný a použitelný pro jakýkoli typ jednorozměrného pohybu. První věcí je vybrat referenční systém. Čára, podél které se pohyb uskuteční, bude osa x. Parametry pohybu:

Pozice

Obrázek 2. Pozice mobilního telefonu, který se pohybuje po ose x. Zdroj: Wikimedia Commons (pozměněno F. Zapatou).

Je to vektor, který jde od počátku k bodu, kde je objekt v daném okamžiku. Na obrázku 2 je vektor x ₁ označuje polohu mobilní, když je na souřadnici P ₁ a v čase t ₁. Jednotkami pozičního vektoru v mezinárodním systému jsou metry.

Přemístění

Posun je vektor, který ukazuje změnu polohy. Na obrázku 3 je vůz je pryč od polohy P ₁ do polohy P ₂, tedy jeho výtlak je Δ x = x ₂ - x ₁. Posun je odečtením dvou vektorů, je symbolizován řeckým písmenem Δ („delta“) a je to zase vektor. Její jednotky v mezinárodním systému jsou metry.

Obrázek 3. Posunový vektor. Zdroj: připravil F. Zapata.

Vektory jsou v tištěném textu označeny tučně. Pokud však chcete mít stejnou dimenzi, můžete to udělat bez vektorového zápisu.

Ujetá vzdálenost

Vzdálenost d urazená pohybujícím se objektem je absolutní hodnotou vektoru posunu:

Jelikož je absolutní hodnota, ujetá vzdálenost je vždy větší nebo rovna 0 a její jednotky jsou stejné jako jednotky polohy a posunutí. Zápis absolutní hodnoty lze provést pomocí modulo pruhů nebo jednoduše odstraněním tučného typu v tištěném textu.

Průměrná rychlost

Jak rychle se pozice mění? Existují pomalé a rychlé mobily. Klíčem byla vždy rychlost. Pro analýzu tohoto faktoru je pozice x analyzována jako funkce času t.

Průměrná rychlost v _m (viz obrázek 4), je sklon secant vedení (fialově) na křivku x vs t a poskytuje globální informace o pohybu mobilní v uvažovaném časovém intervalu.

Obrázek 4. Průměrná rychlost a okamžitá rychlost. Zdroj: Wikimedia Commons, upravený F. Zapatou.

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

Průměrná rychlost je vektor, jehož jednotky v mezinárodním systému jsou metry za sekundu (m / s).

Okamžitá rychlost

Průměrná rychlost se počítá měřením časového intervalu, ale neuvádí, co se v tomto intervalu děje. Chcete-li znát rychlost v kterémkoli daném okamžiku, musíte časový interval velmi malý, matematicky ekvivalentní s tím:

Výše uvedená rovnice je uvedena pro průměrnou rychlost. Tímto způsobem se získá okamžitá rychlost nebo jednoduše rychlost:

Geometricky je derivátem polohy vzhledem k času sklon tečné čáry ke křivce x vs t v daném bodě. Na obrázku 4 je bod oranžový a tečná čára zelená. Okamžitá rychlost v tomto bodě je sklon této linie.

Rychlost

Rychlost je definována jako absolutní hodnota nebo modul rychlosti a je vždy kladná (značky, silnice a dálnice jsou vždy kladné, nikdy záporné). Termíny „rychlost“ a „rychlost“ mohou být použity zaměnitelně na denní bázi, ale ve fyzice je nutné rozlišovat mezi vektorem a skalárem.

v = Ι v Ι = v

Průměrné zrychlení a okamžité zrychlení

Rychlost se může během pohybu měnit a ve skutečnosti se od ní očekává. Tato změna kvantifikuje velikost: zrychlení. Pokud si všimneme, že rychlost je změna polohy vzhledem k času, zrychlení je změna rychlosti vzhledem k času.

Obrázek 5. Průměrné zrychlení a okamžité zrychlení. Zdroj: Wikimedia Commons, upravený F. Zapatou.

Ošetření poskytnuté grafu x vs t ve dvou předchozích sekcích může být rozšířeno na odpovídající graf v vs t. V důsledku toho jsou střední zrychlení a okamžité zrychlení definovány jako:

a _m = (v ₂ - v ₁) / (t _{2 –} t ₁) = Δ v / Δ t (sklon fialové čáry)

Když je zrychlení konstantní, průměrné zrychlení a _m se rovná okamžitému zrychlení a a existují dvě možnosti:

- Zrychlení se rovná 0, v tom případě je rychlost konstantní a existuje jednotný přímočarý pohyb nebo MRU.

- Konstantní zrychlení jiné než 0, při kterém se rychlost lineárně časem zvyšuje nebo snižuje (rovnoměrně měněný přímočarý pohyb nebo MRUV):

Kde _vf a _tf jsou konečná rychlost a čas, a v _nebo yt _o jsou počáteční rychlost a čas. Pokud t _o = 0, při řešení konečné rychlosti máme již známou rovnici pro konečnou rychlost:

Pro tento pohyb platí také následující rovnice:

- Pozice jako funkce času: x = x _o + v _o. t + ½ ve ²

- Rychlost jako funkce polohy: v _f ² = v _o ² + 2a.A x (s Δ x = x - x _o)

Horizontální pohyby a vertikální pohyby

Vodorovné pohyby jsou pohyby, které probíhají podél vodorovné osy nebo osy x, zatímco vertikální pohyby to dělají podél osy y. Vertikální pohyby působením gravitace jsou nejčastější a nejzajímavější.

V předchozích rovnicích bereme a = g = 9,8 m / s ² směřující svisle dolů, což je směr, který je téměř vždy vybrán se záporným znaménkem.

Tímto způsobem se v _f = v _o + at stává v _f = v _o - gt a pokud je počáteční rychlost 0, protože objekt byl volně upuštěn, je dále zjednodušeno na v _f = - gt. Dokud se ovšem nezohlední odpor vzduchu, samozřejmě.

Pracované příklady

Příklad 1

V bodě A se uvolní malé balení pro pohyb po dopravníku s posuvnými koly ABCD znázorněnými na obrázku. Při sestupu do nakloněných sekcí AB a CD má balíček konstantní zrychlení 4,8 m / s ², zatímco v horizontální části BC udržuje konstantní rychlost.

Obrázek 6. Balíček, který se pohybuje po posuvné dráze vyřešeného příkladu 1. Zdroj: vlastní zpracování.

S vědomím, že rychlost, se kterou paket dosáhne D, je 7,2 m / s, určete:

a) Vzdálenost mezi C a D.

b) Čas potřebný k dosažení konce balení.

Řešení

Pohyb balení se provádí ve třech zobrazených přímých řezech a pro výpočet toho, co je požadováno, je požadována rychlost v bodech B, C a D. Pojďme analyzovat každou sekci zvlášť:

Sekce AB

Čas, který paket potřebuje k projetí sekce AB, je:

Sekce BC

Rychlost v řezu BC je konstantní, proto v _B = v _C = 5,37 m / s. Čas potřebný pro cestu paketem v této sekci je:

Sekce CD

Počáteční rychlost této části je v _C = 5,37 m / s, konečná rychlost je v _D = 7,2 m / s, a to prostřednictvím v _D ² = v _C ² + 2 a. d řeší hodnotu d:

Čas se počítá jako:

Odpovědi na položené otázky jsou:

a) d = 2,4 m

b) Čas cesty je t _AB + t _BC + t _CD = 1,19 s +0,56 s +0,38 s = 2,13 s.

Příklad 2

Osoba je pod vodorovnou bránou, která je zpočátku otevřená a vysoká 12 metrů. Osoba svisle hodí objekt k bráně rychlostí 15 m / s.

Je známo, že se brána uzavírá 1,5 sekundy poté, co osoba hodila předmět z výšky 2 metrů. Odpor vzduchu nebude brán v úvahu. Odpovězte na následující otázky a odůvodněte:

a) Může objekt projít bránou dříve, než se zavře?

b) Zasáhne předmět někdy uzavřenou bránu? Pokud ano, kdy k tomu dojde?

Obrázek 7. Objekt je svržen svisle vzhůru (zpracovaný příklad 2). Zdroj: vlastní výroba.

Odpovědět)

Mezi počáteční polohou míče a branou je 10 metrů. Je to vertikální házení nahoru, ve kterém je tento směr považován za pozitivní.

Můžete zjistit rychlost, kterou je zapotřebí k dosažení této výšky, s tímto výsledkem se vypočítá doba, kterou to potřebuje, a porovná se s uzavírací dobou brány, která je 1,5 sekundy:

Protože tato doba je kratší než 1,5 sekundy, pak se dochází k závěru, že objekt může projít bránou alespoň jednou.

Odpověď b)

Už víme, že objekt dokáže projít bránou, když jde nahoru, uvidíme, jestli to dává šanci projít znovu, když jde dolů. Rychlost při dosažení výšky brány má stejnou velikost jako při stoupání do kopce, ale v opačném směru. Proto pracujeme s -5,39 m / sa čas potřebný k dosažení této situace je:

Protože brána zůstává otevřená pouze 1,5 s, je zřejmé, že nemá čas znovu projít, než se zavře, protože ji najde zavřenou. Odpověď zní: objekt, pokud se srazí s uzavřeným poklopem po 2,08 sekundách po vyhození, když již klesá.

Reference

1. Figueroa, D. (2005). Série: Fyzika pro vědu a techniku. Svazek 1. Kinematika. Editoval Douglas Figueroa (USB).69-116.
2. Giancoli, D. Fyzika. (2006). Principy s aplikacemi. 6 ^th Edition. Prentice Hall. 22-25.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: Pohled na svět. 6 ^ta Editace ve zkratce. Cengage Learning. 23 - 27.
4. Resnick, R. (1999). Fyzický. Svazek 1. Třetí vydání ve španělštině. Mexiko. Compañía Editorial Continental SA de CV 21-22.
5. Rex, A. (2011). Základy fyziky. Pearson. 33 - 36
6. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitní fyzika s moderní fyzikou. 14 ^th. Vyd. Svazek 1. 50 - 53.
7. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fyzika pro vědu a techniku. Objem ^{1,7 ma}. Edice. Mexiko. Cengage Learning Editors. 23-25.
8. Serway, R., Vulle, C. (2011). Základy fyziky. 9 ^na Ed. Cengage Learning. 43 - 55.
9. Wilson, J. (2011). Fyzika 10. Pearsonovo vzdělávání. 133-149.