ПРАВОЛИНЕЙНО ДВИЖЕНИЕ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДОВЕ И ПРИМЕРИ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

В движение праволинейно е една, в която мобилните движи по права линия и по тази причина се случва в едно измерение, поради което се наричат още едно измерение движение. Тази права линия е пътя или пътеката, последвана от движещия се обект. Автомобилите, движещи се по алеята на фигура 1, следват този тип движение.

Това е най-простият модел на движение, който можете да си представите. Ежедневните движения на хора, животни и неща често съчетават движенията по права линия с движенията по криви, но често се наблюдават някои, които са изключително праволинейни.

Фигура 1. Автомобили, движещи се по права алея. Източник: Pixabay

Ето няколко добри примера:

- При движение по праволинейна писта на 200 метра.

- Шофиране на кола по прав път.

- Спускане на обект свободно от определена височина.

- Когато топката се хвърли вертикално нагоре.

Сега целта за описание на движение се постига чрез уточняване на характеристики като:

- позиция

- Изместване

- Скорост

- Ускорение

- Метеорологично време.

За да може наблюдателят да открие движението на даден обект, той трябва да има референтна точка (началната точка O) и да е определил конкретна посока, в която да се движи, която може да бъде оста x, y-оста и всяка друга.

Що се отнася до обекта, който се движи, той може да има безкраен брой форми. В това отношение няма ограничения, но във всичко, което следва, ще се приеме, че мобилният е частица; обект толкова малък, че размерите му не са уместни.

Известно е, че това не е така за макроскопичните обекти; това обаче е модел с добри резултати при описване на глобалното движение на даден обект. По този начин частицата може да бъде автомобил, планета, човек или всеки друг предмет, който се движи.

Ще започнем нашето изследване на праволинейната кинематика с общ подход към движението и тогава ще бъдат изследвани конкретни случаи като вече посочените.

Общи характеристики на праволинейното движение

Следното описание е общо и приложимо за всеки тип едномерно движение. Първото нещо е да изберете референтна система. Линията, по която се извършва движението, ще бъде оста x. Параметри на движение:

позиция

Фигура 2. Положение на мобилен телефон, който се движи по оста x. Източник: Wikimedia Commons (модифицирано от F. Zapata).

Това е векторът, който преминава от първоизточника до точката, в която обектът е в даден момент. На фигура 2, векторът х ₁ показва позицията на мобилната станция, когато тя е в координатната Р ₁ и по време на тон ₁. Единиците на вектора на позицията в международната система са метри.

изместване

Преместването е векторът, който показва промяната на позицията. На фигура 3 колата е преминала от позиция P ₁ в позиция P ₂, следователно нейното изместване е Δ x = x ₂ - x ₁. Изместването е изваждане на два вектора, то се символизира от гръцката буква Δ („делта“) и на свой ред е вектор. Неговите звена в Международната система са електромери.

Фигура 3. Преместване вектор. Източник: подготвен от Ф. Сапата.

Векторите са обозначени с удебелен шрифт в печатен текст. Но ако сте в същото измерение, ако искате, можете да направите без векторната нотация.

Изминато разстояние

Разстоянието d, изминато от движещия се обект, е абсолютната стойност на вектора на изместване:

Като абсолютна стойност, изминатото разстояние винаги е по-голямо или равно на 0 и неговите единици са същите като тези на положение и изместване. Нотацията за абсолютна стойност може да се направи с модулни ленти или просто чрез премахване на получер шрифт в печатен текст.

Средната скорост

Колко бързо се променя позицията? Има бавни и бързи мобилни телефони. Ключът винаги е била скоростта. За да се анализира този фактор, позицията x се анализира като функция на време t.

Средната скорост v _m (виж фигура 4) е наклона на секантната линия (фуксия) до кривата x vs ty, тя предоставя глобална информация за движението на мобилния в разглеждания интервал от време.

Фигура 4. Средна скорост и моментална скорост. Източник: Wikimedia Commons, модифициран от F. Zapata.

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

Средната скорост е вектор, чиито единици в международната система са метри / секунди (m / s).

Незабавна скорост

Средната скорост се изчислява, като се измери измерим времеви интервал, но не се отчита какво се случва в този интервал. За да знаете скоростта във всеки даден момент, трябва да направите интервала от време много малък, математически еквивалентен на това:

Уравнението по-горе е дадено за средната скорост. По този начин се получава моментната скорост или просто скоростта:

Геометрично производната на позицията по отношение на времето е наклона на допирателната линия към кривата x vs t в дадена точка. На фигура 4 точката е оранжева, а допирателната линия е зелена. Мигновената скорост в тази точка е наклонът на тази права.

скорост

Скоростта се определя като абсолютна стойност или модул на скоростта и винаги е положителна (знаците, пътищата и магистралите са винаги положителни, никога отрицателни). Термините "скорост" и "скорост" могат да се използват взаимозаменяемо ежедневно, но във физиката е необходимо разграничаването между вектор и скалар.

v = Ι v Ι = v

Средно ускорение и моментално ускорение

Скоростта може да се промени в хода на движението и реалността е, че се очаква да го направи. Има величина, която количествено определя тази промяна: ускорение. Ако отбележим, че скоростта е промяната на позицията по отношение на времето, ускорението е промяната на скоростта по отношение на времето.

Фигура 5. Средно ускорение и мигновено ускорение. Източник: Wikimedia Commons, модифициран от F. Zapata.

Лечението, дадено на графиката на x срещу t в двата предишни раздела, може да бъде разширено до съответната графика на v срещу t. Следователно средното ускорение и моментното ускорение се определят като:

a _m = (v ₂ - v ₁) / (t ₂ –t ₁) = Δ v / Δ t (Наклон на лилавата линия)

Когато ускорението е постоянно, средното ускорение a _m е равно на моменталното ускорение a и има две възможности:

- Ускорението да е равно на 0, в този случай скоростта е постоянна и има Единно праволинейно движение или MRU.

- Постоянно ускорение, различно от 0, при което скоростта се увеличава или намалява линейно с времето (еднообразно изменено праволинейно движение или MRUV):

Където v _f и t _f са съответно крайна скорост и време, и v _или yt _o са начална скорост и време. Ако t _o = 0, решавайки за крайната скорост, имаме вече познатото уравнение за крайната скорост:

Следните уравнения също са валидни за това движение:

- Позиция като функция на времето: x = x _o + v _o. t + ½ при ²

- Скоростта като функция на положение: v _f ² = v _o ² + 2a.Δ x (С Δ x = x - x _o)

Хоризонтални движения и вертикални движения

Хоризонталните движения са тези, които се извършват по хоризонталната ос или х, докато вертикалните движения правят по оста y. Вертикалните движения под действието на гравитацията са най-честите и интересни.

В предишните уравнения вземаме a = g = 9,8 m / s ^2, насочена вертикално надолу, посока, която почти винаги е избрана с отрицателен знак.

По този начин v _f = v _o + at става v _f = v _o - gt и ако първоначалната скорост е 0, тъй като обектът е бил пуснат свободно, той е допълнително опростен до v _f = - gt. Стига да не се вземе предвид въздушното съпротивление, разбира се.

Работени примери

Пример 1

В точка Малка опаковка се освобождава, за да се движи по транспортьора с плъзгащи се колела ABCD, показани на фигурата. Докато се спуска през наклонените участъци AB и CD, пакетът носи постоянно ускорение от 4,8 m / s ², докато в хоризонталната секция BC поддържа постоянна скорост.

Фигура 6. Пакетът, който се движи по плъзгащата се песен на разрешения пример 1. Източник: собствена разработка.

Като знаете, че скоростта, с която пакетът достига D, е 7,2 m / s, определете:

а) Разстоянието между С и D.

б) Времето, необходимо за пакета да стигне до края.

Решение

Движението на пакета се извършва в показаните три праволинейни секции и за да се изчисли исканото, скоростта е необходима в точки B, C и D. Нека анализираме всеки раздел поотделно:

Раздел AB

Времето, което пакетът отнема за пътуване на секцията AB е:

Секция пр.н.е.

Скоростта в сечение BC е постоянна, следователно v _B = v _C = 5,37 m / s. Времето, необходимо за пакета за пътуване на този раздел е:

Раздел CD

Началната скорост на този участък е v _C = 5,37 m / s, крайната скорост е v _D = 7,2 m / s, през v _D ² = v _C ² + 2. a. d решава стойността на d:

Времето се изчислява като:

Отговорите на поставените въпроси са:

а) d = 2,4 m

б) Времето за пътуване е t _AB + t _BC + t _CD = 1,19 s +0,56 s +0,38 s = 2,13 s.

Пример 2

Човек е под хоризонтална порта, която първоначално е отворена и висока 12 м. Лицето вертикално хвърля предмет към портата със скорост 15 m / s.

Известно е, че портата се затваря 1,5 секунди, след като човекът е хвърлил предмета от височина 2 метра. Съпротивлението на въздуха няма да бъде взето под внимание. Отговорете на следните въпроси, обосновавайки:

а) Може ли обектът да премине през портата, преди да се затвори?

б) Ще се удари ли обектът някога в затворената порта? Ако да, кога се появява?

Фигура 7. Обект се хвърля вертикално нагоре (Работен пример 2). Източник: самостоятелно направен.

Отговор на)

Между първоначалната позиция на топката и портата има 10 метра. Това е вертикално възходящо хвърляне, при което тази посока се приема като положителна.

Можете да разберете скоростта, необходима за достигане на тази височина, като с този резултат се изчислява времето, необходимо за извършването му и се сравнява с времето за затваряне на портата, което е 1,5 секунди:

Тъй като това време е по-малко от 1,5 секунди, тогава се заключава, че обектът може да премине през портата поне веднъж.

Отговор б)

Вече знаем, че обектът успява да премине през портата, докато върви нагоре, нека видим дали дава шанс да премине отново при спускане. Скоростта, когато достигне височината на портата, има същата величина, както когато върви нагоре, но в обратна посока. Следователно ние работим с -5.39 m / s и времето, необходимо за достигане на тази ситуация, е:

Тъй като портата остава отворена само за 1,5 s, очевидно е, че няма време да премине отново, преди да се затвори, тъй като намира, че е затворена. Отговорът е: обектът, ако се сблъска със затворения люк след 2,08 секунди след хвърлянето, когато той вече се спуска.

Препратки

1. Figueroa, D. (2005). Серия: Физика за наука и инженерство. Том 1. Кинематика. Редактиран от Дъглас Фигероа (USB).69-116.
2. Giancoli, D. Физика. (2006 г.). Принципи с приложения. 6 ^-то издание. Prentice Hall. 22-25.
3. Киркпатрик, Л. 2007. Физика: поглед към света. 6 ^ta Съкратено редактиране. Учене в Cengage. 23 - 27.
4. Resnick, R. (1999). Физическа. Том 1. Трето издание на испански език. Мексико. Compañía Редакция Continental SA de CV 21-22.
5. Рекс, А. (2011). Основи на физиката. Пиърсън. 33 - 36
6. Сиърс, Земански. 2016. Университетска физика със съвременна физика. 14 ^-та. Ред. Том 1. 50 - 53.
7. Serway, R., Jewett, J. (2008). Физика за наука и инженерство. Том 1. 7 ^ма. Edition. Мексико. Cengage Learning Editors. 23-25.
8. Serway, R., Vulle, C. (2011). Основи на физиката. 9 ^на Ed. Cengage Learning. 43 - 55.
9. Wilson, J. (2011). Физика 10. Pearson Education. 133-149.