|
Как найти модуль перемещения тела (формула)?
Общая формула для всех видов движения по которой можно найти модуль перемещения выглядит так. s = x-x0, где х0 — начальная координата, х — координата через промежуток времени, за которое совершено перемещение. Для более простых видов перемещения есть частные формулы. Для равномерного прямолинейного движения x = x0 + vt, где м — скорость тела. Для равноускоренного прямолинейного движения x = x0 + v0t + (a t^2)/2. система выбрала этот ответ лучшим
Zolotynka 6 месяцев назад Прежде чем писать/запоминать формулу, давайте разберемся, что представляет собой само понятие перемещения тела — это разница между двумя положениями объекта. Далее: это векторная величина, потому что у нее также есть направление — от начальной позиции к финальной. Формула перемещения выглядит следующим образом: Sx = x — x0. __ Перемещение не обязательно всегда положительно, оно также может быть нулевым или отрицательным. Знаете ответ? |
1.1 Механическое движение — это изменение положения тела в пространстве, относительно других тел с течением времени.
Различают три вида движения:
– поступательное — это движение, при котором все точки тела двигаются одинаково, то есть в одну и ту же сторону с одной и той же скоростью — тело движется как целое;
– вращательное — все точки тела движутся по окружностям;
– колебательное — это движение, которое повторяется (почти повторяется). Существенно отличие от вращательного движения — при колебаниях движение происходит во взаимно противоположных направлениях.
1.2 Материальная точка — это тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи; это тело, двигающееся поступательно (то есть любое тело при поступательном движении является материальной точкой).
1.3 Основная задача механики — определение положения движущегося тела в любой момент времени. За движением тела удобнее всего следить, отслеживая изменение его координат с течением времени. Чтобы измерить координаты, нужна система координат. Чтобы измерить время, необходимы часы. Все это вместе образуют систему отсчета.
1.4 Система отсчета: тело отсчета (абсолютно любое тело, относительно которого наблюдается движение), жестко связанная с этим телом система координат и часы.
1.5 При движении тело движется вдоль некоторой линии, называемой траекторией. В зависимости от выбранной системы отсчета траектория может выглядеть по-разному.
1.6 Путь (S, [S] = м/с) — это длина участка траектории, пройденного за данный промежуток времени.
1.7 Перемещение 
— это вектор, соединяющий начальное положение тела с конечным.
В процессе движения путь может только увеличиваться, а перемещение и увеличиваться и уменьшаться. При прямолинейном движении в одном направлении путь равен модулю перемещения, в любом другом случае, когда тело движется по произвольной траектории — путь больше модуля перемещения (см. рис.). Самое главное: путь — величина скалярная; перемещение — величина векторная.
1.8 Модуль перемещения 
— это длина вектора перемещения. Если нам известны проекции перемещения на оси координат
и 
то модуль перемещения всегда можно найти по теореме Пифагора:
1.9 Радиус-вектор
— вектор, начало которого совпадает с началом координат, а конец с положением тела в данный момент времени. Радиус-вектор позволяет задать положение точки в пространстве.
Проекции радиус-вектора на оси координат являются координатами тела в данный момент времени. Перемещение тела можно выразить, зная радиус-вектор в начальный и конечный моменты времени (см. рис.):
1.10 Закон движения — это закон, по которому радиус-вектор меняется со временем. Задача механики — определить координаты тела в любой момент времени, т. е. установить функцию 
Траектория (от позднелатинского trajectories – относящийся к перемещению) – это линия, по которой движется тело (материальная точка). Траектория движения может быть прямой (тело перемещается в одном направлении) и криволинейной, то есть механическое движение может быть прямолинейным и криволинейным.
Траектория прямолинейного движения в данной системе координат – это прямая линия. Например, можно считать, что траектория движения автомобиля по ровной дороге без поворотов является прямолинейной.
Криволинейное движение – это движение тел по окружности, эллипсу, параболе или гиперболе. Пример криволинейного движения – движение точки на колесе движущегося автомобиля или движение автомобиля в повороте.
Движение может быть сложным. Например, траектория движения тела в начале пути может быть прямолинейной, затем криволинейной. Например, автомобиль в начале пути движется по прямой дороге, а затем дорога начинает «петлять» и автомобиль начинает криволинейное движение.
Путь
Путь – это длина траектории. Путь является скалярной величиной и в международной системе единиц СИ измеряется в метрах (м). Расчёт пути выполняется во многих задачах по физике. Некоторые примеры будут рассмотрены далее в этом учебнике.
Вектор перемещения
Вектор перемещения (или просто перемещение) – это направленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение тела с его последующим положением (рис. 1.1). Перемещение – величина векторная. Вектор перемещения направлен от начальной точки движения к конечной.
Модуль вектора перемещения (то есть длина отрезка, который соединяет начальную и конечную точки движения) может быть равен пройденному пути или быть меньше пройденного пути. Но никогда модуль вектора перемещения не может быть больше пройденного пути.
Модуль вектора перемещения равен пройденному пути, когда путь совпадает с траекторией (см. разделы Траектория и Путь), например, если из точки А в точку Б автомобиль перемещается по прямой дороге. Модуль вектора перемещения меньше пройденного пути, когда материальная точка движется по криволинейной траектории (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Вектор перемещения и пройденный путь.
На рис. 1.1:
Ещё пример. Если автомобиль проедет по кругу один раз, то получится, что точка начала движения совпадёт с точкой конца движения и тогда вектор перемещения будет равен нулю, а пройденный путь будет равен длине окружности. Таким образом, путь и перемещение – это два разных понятия.
Правило сложения векторов
Векторы перемещений складываются геометрически по правилу сложения векторов (правило треугольника или правило параллелограмма, см. рис. 1.2).
Рис. 1.2. Сложение векторов перемещений.
На рис 1.2 показаны правила сложения векторов S1 и S2:
а) Сложение по правилу треугольника
б) Сложение по правилу параллелограмма
Проекции вектора перемещения
При решении задач по физике часто используют проекции вектора перемещения на координатные оси. Проекции вектора перемещения на координатные оси могут быть выражены через разности координат его конца и начала. Например, если материальная точка переместилась из точки А в точку В, то при этом вектор перемещения 
(см.рис. 1.3).
Выберем ось ОХ так, чтобы вектор 
лежал с этой осью в одной плоскости. Опустим перпендикуляры из точек А и В (из начальной и конечной точек вектора перемещения) до пересечения с осью ОХ. Таким образом мы получим проекции точек А и В на ось Х. Обозначим проекции точек А и В соответственно Аx и Вx. Длина отрезка АxВx на оси ОХ – это и есть проекция вектора перемещения на ось ОХ, то есть
Sx = AxBx
ВАЖНО!
Напоминаю для тех, кто не очень хорошо знает математику: не путайте вектор с проекцией вектора на какую-либо ось (например, Sx). Вектор всегда обозначается буквой или несколькими буквами, над которыми находится стрелка. В некоторых электронных документах стрелку не ставят, так как это может вызвать затруднения при создании электронного документа. В таких случаях ориентируйтесь на содержание статьи, где рядом с буквой может быть написано слово «вектор» или каким-либо другим способом вам указывают на то, что это именно вектор, а не просто отрезок.
Рис. 1.3. Проекция вектора перемещения.
Проекция вектора перемещения на ось ОХ равна разности координат конца и начала вектора, то есть
Sx = x – x0
Аналогично определяются и записываются проекции вектора перемещения на оси OY и OZ:
Sy = y – y0 Sz = z – z0
Здесь x0, y0, z0 — начальные координаты, или координаты начального положения тела (материальной точки); x, y, z — конечные координаты, или координаты последующего положения тела (материальной точки).
Проекция вектора перемещения считается положительной, если направление вектора и направление координатной оси совпадают (как на рис 1.3). Если направление вектора и направление координатной оси не совпадают (противоположны), то проекция вектора отрицательна (рис. 1.4).
Если вектор перемещения параллелен оси, то модуль его проекции равен модулю самого Вектора. Если вектор перемещения перпендикулярен оси, то модуль его проекции равен нулю (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Модули проекции вектора перемещения.
Разность между последующим и начальным значениями какой-нибудь величины называется изменением этой величины. То есть проекция вектора перемещения на координатную ось равна изменению соответствующей координаты. Например, для случая, когда тело перемещается перпендикулярно оси Х (рис. 1.4) получается, что относительно оси Х тело НЕ ПЕРЕМЕЩАЕТСЯ. То есть перемещение тела по оси Х равно нулю.
Рассмотрим пример движения тела на плоскости. Начальное положение тела – точка А с координатами х0 и у0, то есть А(х0, у0). Конечное положение тела – точка В с координатами х и у, то есть В(х, у). Найдём модуль перемещения тела.
Из точек А и В опустим перпендикуляры на оси координат ОХ и OY (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Движение тела на плоскости.
Определим проекции вектора перемещения на осях ОХ и OY:
Sx = x – x0 Sy = y – y0
На рис. 1.5 видно, что треугольник АВС – прямоугольный. Из этого следует, что при решении задачи может использоваться теорема Пифагора, с помощью которой можно найти модуль вектора перемещения, так как
АС = sx CB = sy
По теореме Пифагора
S2 = Sx2 + Sy2
Откуда можно найти модуль вектора перемещения, то есть длину пути тела из точки А в точку В:
Ну и напоследок предлагаю вам закрепить полученные знания и рассчитать несколько примеров на ваше усмотрение. Для этого введите какие-либо цифры в поля координат и нажмите кнопку РАССЧИТАТЬ. Ваш браузер должен поддерживать выполнение сценариев (скриптов) JavaScript и выполнение сценариев должно быть разрешено в настройках вашего браузера, иначе расчет не будет выполнен. В вещественных числах целая и дробная части должны разделяться точкой, например, 10.5.
Скорость равномерного прямолинейного движения прямо пропорциональна перемещению тела и обратно пропорциональна значению времени этого перемещения.
v→=s→t.
Можно выразить перемещение из этой формулы, умножив обе части на значение времени: s→=v→⋅t.
О направлении векторов этих величин относительно друг друга можно судить, в частности, по уравнениям, записанным в векторной форме.
Проекция перемещения на ось (OX) рассчитывается по формуле
sx=vxt
, где (upsilon_x) — проекция скорости на ось (OX) принимает положительное значение, если направление перемещения совпадает с направлением оси (OX); принимает отрицательное значение, если перемещение противоположно направлено относительно оси (OX).
Если при решении задач направление движения не влияет на смысл условия и ход решения задачи, то направление векторных величин можно не учитывать. Тогда говорят о модулях величин, то есть их размере без учёта направления: (|vec{s}|=|vec{upsilon}|cdot t) можно заменить на s=vt.
При прямолинейном равномерном движении модуль перемещения равен пройденному пути: (|vec{s}|=s), если направление скорости совпадает с направлением вектора перемещения.
На рисунке представлена зависимость (v(t)) для равномерного движения.
Формула для расчета модуля перемещения: s=v1⋅t1.
Однако произведение v1⋅t1, т.е. скорости на промежуток времени, численно равно площади (S) закрашенной фигуры (в данном случае прямоугольника).
Это наблюдение позволяет сделать вывод; что при прямолинейном равномерном движении модуль перемещения численно равен площади прямоугольника, которые образуется между графиком скорости и осью времени. При этом необходимо учитывать моменты времени: начало наблюдения за объектом и конец наблюдения. В данном случае начало наблюдения соответствует точке (O,) а конец наблюдения — точке t1.
Можно говорить о равенстве пройденного пути и площади под графиком скорости.