OBDĹŽNIKOVÝ POHYB: VLASTNOSTI, TYPY A PRÍKLADY - FYZICKÝ - 2025

Priamočiary pohyb je to, v ktorom mobilný pohybuje po priamke, a preto sa uskutoční v jednej dimenzii, tam tiež zobraziť názov trojrozmerný pohyb. Táto priamka je cestou alebo cestou, po ktorej nasleduje pohybujúci sa objekt. Autá, ktoré sa pohybujú pozdĺž cesty z obrázku 1, sledujú tento typ pohybu.

Je to najjednoduchší model pohybu, aký si dokážete predstaviť. Denné pohyby ľudí, zvierat a vecí často kombinujú pohyby v priamej línii s pohybmi pozdĺž kriviek, ale často sa pozorujú iba priamočiare pohyby.

Obrázok 1. Autá sa pohybujú po priamej uličke. Zdroj: Pixabay.

Tu je niekoľko dobrých príkladov:

- Pri jazde po priamej dráhe 200 metrov.

- Vedenie vozidla po priamej ceste.

- Odhodenie objektu z určitej výšky.

- Ak je lopta vyhodená zvisle nahor.

Teraz je cieľ opisu pohybu dosiahnutý špecifikovaním charakteristík, ako napríklad:

- poloha

- Vysídlenie

- Rýchlosť

- Zrýchlenie

- Počasie.

Aby pozorovateľ zistil pohyb objektu, musí mať referenčný bod (pôvod O) a musí určiť konkrétny smer, ktorým sa má pohybovať, ktorým môže byť os x, os y a akýkoľvek iný.

Pokiaľ ide o objekt, ktorý sa pohybuje, môže mať nekonečný počet tvarov. V tomto ohľade neexistujú žiadne obmedzenia, vo všetkom, čo nasleduje, sa bude predpokladať, že mobil je častica; predmet tak malý, že jeho rozmery nie sú relevantné.

Je známe, že to tak nie je v prípade makroskopických objektov; je to však model s dobrými výsledkami pri opise globálneho pohybu objektu. Týmto spôsobom môže byť časticou auto, planéta, osoba alebo akýkoľvek iný predmet, ktorý sa pohybuje.

Začneme štúdiom priamej kinematiky všeobecným prístupom k pohybu a potom sa skúmajú konkrétne prípady, ako sú už uvedené prípady.

Všeobecné vlastnosti priameho pohybu

Nasledujúci opis je všeobecný a použiteľný na akýkoľvek typ jednorozmerného pohybu. Prvou vecou je výber referenčného systému. Čiara, pozdĺž ktorej sa pohyb uskutočňuje, bude os x. Parametre pohybu:

pozície

Obrázok 2. Poloha mobilného telefónu, ktorý sa pohybuje po osi x. Zdroj: Wikimedia Commons (zmenil F. Zapata).

Je to vektor, ktorý ide z miesta pôvodu do bodu, kde sa daný objekt nachádza v danom okamihu. Na obrázku 2 je vektor x ₁ označuje polohu mobilné, keď je na súradnici P ₁ a v čase t ₁ . Jednotkami polohového vektora v medzinárodnom systéme sú merače.

výtlak

Posun je vektor, ktorý naznačuje zmenu polohy. Na obrázku 3 je auto je preč od polohy P ₁ do polohy P ₂ , teda jeho výtlak je Δ x = x ₂ - x ₁ . Posun je odčítaním dvoch vektorov, je symbolizovaný gréckym písmenom Δ („delta“) a je to zase vektor. Jeho jednotky v medzinárodnom systéme sú merače.

Obrázok 3. Posunový vektor. Zdroj: pripravil F. Zapata.

Vektory sú v tlačenom texte označené tučným písmom. Ale ak ste v rovnakej dimenzii, môžete to urobiť aj bez vektorového zápisu.

Ubehnutá vzdialenosť

Vzdialenosť d prejdená pohybujúcim sa objektom je absolútna hodnota vektora posunu:

Keďže je absolútna hodnota, prejdená vzdialenosť je vždy väčšia alebo rovná 0 a jej jednotky sú rovnaké ako jednotky polohy a posunu. Zápis s absolútnou hodnotou sa dá vykonať pomocou modulo pruhov alebo jednoducho odstránením tučného typu z tlačeného textu.

Priemerná rýchlosť

Ako rýchlo sa zmení pozícia? Existujú pomalé a rýchle mobily. Kľúčom bola vždy rýchlosť. Na analyzovanie tohto faktora sa poloha x analyzuje ako funkcia času t.

Priemerná rýchlosť v _m (pozri obrázok 4) je sklon secantovej čiary (fuchsie) k krivke x proti ty, poskytuje globálne informácie o pohybe mobilu v uvažovanom časovom intervale.

Obrázok 4. Priemerná rýchlosť a okamžitá rýchlosť. Zdroj: Wikimedia Commons, modifikovaný F. Zapatou.

v _m = ( x ₂ - x ₁ ) / (t ₂ -t ₁ ) = Δ x / t Δ

Priemerná rýchlosť je vektor, ktorého jednotky v medzinárodnom systéme sú metre za sekundu (m / s).

Okamžitá rýchlosť

Priemerná rýchlosť sa vypočíta na základe merateľného časového intervalu, ale neuvádza, čo sa v tomto intervale deje. Aby ste poznali rýchlosť v danom okamihu, musíte časový interval veľmi zmenšiť, matematicky ekvivalentný tomu, čo robíte:

Vyššie uvedená rovnica je uvedená pre priemernú rýchlosť. Týmto spôsobom sa získa okamžitá rýchlosť alebo jednoducho rýchlosť:

Geometricky je derivátom polohy vzhľadom na čas sklon dotyčnice k krivke x vs t v danom bode. Na obrázku 4 je bod oranžový a dotyčnica je zelená. Okamžitá rýchlosť v tomto bode je sklon tejto čiary.

rýchlosť

Rýchlosť je definovaná ako absolútna hodnota alebo modul rýchlosti a je vždy kladná (značky, cesty a diaľnice sú vždy kladné, nikdy záporné). Výrazy „rýchlosť“ a „rýchlosť“ sa môžu používať zameniteľne každý deň, ale vo fyzike je potrebné rozlišovať medzi vektorom a skalárom.

v = Ι v Ι = v

Priemerné zrýchlenie a okamžité zrýchlenie

Rýchlosť sa môže v priebehu pohybu meniť a realita je taká, že sa očakáva, že tak urobí. Je tu veľkosť, ktorá kvantifikuje túto zmenu: zrýchlenie. Ak si všimneme, že rýchlosť je zmena polohy vzhľadom na čas, zrýchlenie je zmena rýchlosti vzhľadom na čas.

Obrázok 5. Priemerné zrýchlenie a okamžité zrýchlenie. Zdroj: Wikimedia Commons, modifikovaný F. Zapatou.

Ošetrenie uvedené v grafe x vs t v predchádzajúcich dvoch oddieloch sa môže rozšíriť na zodpovedajúci graf v vs t. Následkom toho je priemerné zrýchlenie a okamžité zrýchlenie definované ako:

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

Ak je zrýchlenie konštantné, priemerné zrýchlenie a _m sa rovná okamžitému zrýchleniu a a existujú dve možnosti:

- že zrýchlenie je rovné 0, v takom prípade je rýchlosť konštantná a existuje jednotný pravouhlý pohyb alebo MRU.

- konštantné zrýchlenie iné ako 0, pri ktorom sa rýchlosť lineárne zvyšuje alebo znižuje s časom (rovnomerne menený pravouhlý pohyb alebo MRUV):

V prípade, v _f i t _f sú konečné rýchlosti a času v tomto poradí, a v _alebo y t _o je počiatočná rýchlosť a čas. Ak t _o = 0, pri riešení konečnej rýchlosti máme už známu rovnicu pre konečnú rýchlosť:

Pre tento pohyb platia aj nasledujúce rovnice:

- Poloha ako funkcia času: x = x _o + v _o. t + ½ pri ²

- Rýchlosť ako funkcia polohy: v _f ² = v _o ² + 2a.A x (s Δ x = x - x _o )

Horizontálne pohyby a vertikálne pohyby

Horizontálne pohyby sú také pohyby, ktoré sa uskutočňujú pozdĺž horizontálnej osi alebo osi x, zatiaľ čo vertikálne pohyby sa robia pozdĺž osi y. Vertikálne pohyby pôsobením gravitácie sú najčastejšie a najzaujímavejšie.

V predchádzajúcich rovniciach berieme a = g = 9,8 m / s ^2, smerujúce vertikálne nadol, smer, ktorý je takmer vždy zvolený so záporným znamienkom.

Týmto spôsobom sa _vf = v _o + at stane _vf = v _o - gt a ak počiatočná rýchlosť je 0, pretože objekt bol voľne spadnutý, ďalej sa zjednodušuje na v _f = - gt. Pokiaľ sa samozrejme nezohľadňuje odpor vzduchu.

Pracovné príklady

Príklad 1

V bode A sa uvoľní malé balenie, ktoré sa pohybuje pozdĺž dopravníka s posuvnými kolesami ABCD zobrazenými na obrázku. Pri zostupe do naklonených úsekov AB a CD má balík konštantné zrýchlenie 4,8 m / s ² , zatiaľ čo v horizontálnej časti BC udržuje konštantnú rýchlosť.

Obrázok 6. Balík, ktorý sa pohybuje po posuvnej dráhe vyriešeného príkladu 1. Zdroj: vlastné spracovanie.

S vedomím, že rýchlosť, s ktorou paket dosiahne D, je 7,2 m / s, určte:

a) Vzdialenosť medzi C a D.

b) Čas potrebný na dosiahnutie konca balenia.

Riešenie

Pohyb balenia sa vykonáva v troch zobrazených priamkach a na výpočet toho, čo sa požaduje, sa vyžaduje rýchlosť v bodoch B, C a D. Každú časť analyzujme osobitne:

Oddiel AB

Čas, ktorý paket potrebuje na cestu po časti AB, je:

Sekcia BC

Rýchlosť v úseku BC je konštantná, preto v _B = v _C = 5,37 m / s. Čas potrebný na cestu touto časťou paketu je:

Sekcia CD

Počiatočná rýchlosť tejto časti je v _C = 5,37 m / s, konečná rýchlosť je v _D = 7,2 m / s, a to prostredníctvom v _D ² = v _C ² + 2 a. d rieši hodnotu d:

Čas sa počíta ako:

Odpovede na položené otázky sú:

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.

Príklad 2

Osoba je pod horizontálnou bránou, ktorá je spočiatku otvorená a vysoká 12 metrov. Osoba vertikálne vrhá predmet k bráne rýchlosťou 15 m / s.

Je známe, že brána sa zatvára 1,5 sekundy po tom, ako osoba vyhodila predmet z výšky 2 metrov. Odpor vzduchu sa nebude brať do úvahy. Odpovedzte na nasledujúce otázky a odôvodnite:

a) Môže predmet prejsť bránou skôr, ako sa uzavrie?

b) Narazí predmet niekedy na zatvorenú bránu? Ak áno, kedy k tomu dôjde?

Obrázok 7. Objekt je zvrhnutý zvisle nahor (pracovný príklad 2). Zdroj: vlastný.

Odpoveď)

Medzi východiskovou pozíciou lopty a bránou je 10 metrov. Je to vertikálny hádzanie smerom nahor, v ktorom sa tento smer považuje za pozitívny.

Môžete zistiť rýchlosť, ktorú potrebuje na dosiahnutie tejto výšky, s týmto výsledkom sa vypočíta čas, ktorý je potrebný na jej dosiahnutie, a porovnanie s časom zatvárania brány, ktorý je 1,5 sekundy:

Pretože tento čas je kratší ako 1,5 sekundy, potom sa dospelo k záveru, že objekt môže prejsť bránou najmenej raz.

Odpoveď b)

Už vieme, že objekt dokáže prejsť bránou, keď ide hore, uvidíme, či mu dáva šancu znovu prejsť, keď ide dolu. Rýchlosť pri dosiahnutí výšky brány má rovnakú veľkosť ako pri stúpaní do kopca, ale v opačnom smere. Preto pracujeme s -5,39 m / sa čas potrebný na dosiahnutie tejto situácie je:

Pretože brána zostáva otvorená iba 1,5 sekundy, je zrejmé, že nemá čas znova prejsť, kým sa nezatvorí, pretože ju považuje za zatvorenú. Odpoveď je: predmet, ak sa zrazí s uzavretým poklopom po 2,08 sekundách po hodení, keď už klesá.

Referencie

1. Figueroa, D. (2005). Séria: Fyzika pre vedu a techniku. Zväzok 1. Kinematika. Editoval Douglas Figueroa (USB) .69-116.
2. Giancoli, D. Physics. (2006). Princípy s aplikáciami. 6 ^th Edition. Prentice Hall. 22-25.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: Pohľad na svet. 6 ^ta Editácia skrátená. Cengage Learning. 23 - 27.
4. Resnick, R. (1999). Fyzický. Zväzok 1. Tretie vydanie v španielčine. Mexiko. Compañía Editorial Continental SA de CV 21-22.
5. Rex, A. (2011). Základy fyziky. Pearson. 33 - 36
6. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitná fyzika s modernou fyzikou. 14 ^th . Vyd. Zväzok 1. 50 - 53.
7. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fyzika pre vedu a techniku. Objem ^{1,7 ma} . Vydanie. Mexiko. Editori výučby cengage. 23-25.
8. Serway, R., Vulle, C. (2011). Základy fyziky. 9 ^na Ed. Cengage Learning. 43 - 55.
9. Wilson, J. (2011). Fyzika 10. Pearsonove vzdelávanie. 133-149.