Как найти модуль относительной скорости автомобилей

Под относительностью понимают зависимость чего-либо от выбора системы отсчета. Так, покой и движение тела, его положение в пространстве всегда относительны. Человек, сидящий внутри движущегося автомобиля, покоится относительно этого автомобиля. Но относительно предметов снаружи он движется с некоторой скоростью.

Относительность перемещения

Пусть движение материальной точки (МТ) описывается относительно двух систем отсчета: подвижной (ПСО) и неподвижной (НСО). Зная, как эта точка движется относительно ПСО, и, как ПСО движется относительно НСО, можно вычислить перемещение точки относительно НСО. В этом заключается правило сложения перемещений:

s′ = s1 + s2

s′ — перемещение МТ относительно НСО, s1— перемещение МТ относительно ПСО, s2 — перемещение ПСО относительно НСО.

Чтобы применять правило сложения перемещений, нужно уметь складывать вектора.

Полезные факты

  • Если тело движется в направлении движения ПСО, то модуль его перемещения относительно НСО равен сумме модулей перемещения этого тела относительно ПСО и перемещения ПСО относительно НСО:

s′ = s1 + s2

  • Если тело движется противоположно движению ПСО, то модуль его перемещения относительно НСО равен разности модулей перемещения этого тела относительно ПСО и перемещения ПСО относительно НСО:

s′ = s1 – s2

  • Если тело движется под прямым углом по отношению к направлению движения ПСО, то модуль его перемещения относительно НСО равен корню из суммы квадратов перемещений этого тела относительно ПСО и перемещения ПСО относительно НСО:

s′ = √(s12 + s22)

  • Если относительно ПСО тело покоится, то его перемещение относительно НСО равно перемещению ПСО относительно НСО: при s1=0, перемещение s′ = s2
  • Если тело движется относительно двух НСО, то его перемещение относительно НСО1 равно перемещению движения относительно НСО2. В этом случае одну из систем можно принять за ПСО с нулевой скоростью. Тогда ее перемещение относительно НСО будет равно 0. При s2=0, перемещение s′ = s1

Пример №1. Человек прошел в автобусе 2 метра в направлении заднего выхода. За это же время автобус успел переместиться относительно остановки на 10 м. Найти перемещение человека относительно автобусной остановки.

Так как человек двигался в сторону конца автобуса, он двигался противоположно его движению. В этом случае его перемещение будет равно модулю разности перемещений, совершенных человеком относительно автобуса и автобусом относительно остановки:

s′=|s1 – s2|=|10 – 2|=8 (м).

Относительность скорости в ПСО и НСО

Тела и системы отсчета могут двигаться с различной скоростью. Но, зная скорость движения МТ относительно ПСО и скорость движения ПСО относительно НСО, можно вычислить скорость движения МТ относительно НСО. В этом заключается правило сложения скоростей:

v′ = v + u

v′ — скорость МТ относительно НСО, v — скорость МТ относительно ПСО, u — скорость движения ПСО относительно НСО.

Складывая векторы скоростей, нужно пользоваться правилами сложения векторов.

Полезные факты

  • Если тело движется в направлении движения ПСО, то модуль его скорости относительно НСО равен сумме модулей скорости этого тела относительно ПСО и скорости ПСО относительно НСО:

v′ = v + u

  • Если тело движется противоположно движению ПСО, то модуль его скорости относительно НСО равен разности модуля скорости этого тела относительно ПСО и скорости ПСО относительно НСО:

v′ = v – u

  • Если тело движется под прямым углом по отношению к направлению движения ПСО, то модуль его скорости относительно НСО равен корню из суммы квадратов скорости этого тела относительно ПСО и скорости ПСО относительно НСО:

v′ = √(v2 + u2)

  • Если относительно ПСО тело покоится, то его скорость относительно НСО равна скорости ПСО относительно НСО: при v=0, скорость v′ = u
  • Если тело движется относительно двух НСО, то его скорость относительно НСО1 равна скорости движения относительно НСО2. В этом случае одну из неподвижных систем можно принять за ПСО с нулевой скоростью. При u=0, скорость v′ = u

Пример №2. Моторная лодка должна пересечь реку, скорость течения которой равна 5 км/ч, по кратчайшему пути. Собственная скорость лодки равна 10 км/ч. Определить, под каким углом к берегу должна быть направлена лодка, чтобы она не отклонялась от кратчайшего пути.

Кратчайшим путем между двумя параллельными линиями является отрезок, заключенный между этими линиями при условии, что он лежит на прямой, пересекающей эти линии под прямым углом. На рисунке этот путь отметим отрезком АВ.

Лодка движется прямолинейно. Поэтому направление ее скорости относительно берега совпадает с направлением перемещения:

Векторы скоростей образуют прямоугольный треугольник, и собственная скорость лодки направлена к берегу под некоторым углом α. Косинус этого угла равен отношению прилегающего катета (скорости лодки относительно реки) к гипотенузе (скорости течения реки):

Косинусу 0,5 соответствует угол, равный 60 градусам.

Относительная скорость двух тел

Понятие относительной скорости вводится, когда рассматривается движение двух тел относительно друг друга внутри одной и той же системы отсчета (СО). Примером служат два движущихся автомобиля, в то время как их движение рассматривается относительно неподвижного объекта.

Относительная скорость равна векторной разности скоростей первого и второго тела относительно СО:

vотн = v1v2

vотн — относительная скорость, или скорость первого тела относительно второго, v1 и v2 — скорость первого и второго тела относительно СО.

Варианты обозначения относительной скорости и их проекций:

  • v12 — скорость первого тела относительно второго. Ее проекция равна:

v12x = v1x – v2x

  • v21 — скорость второго тела относительно первого. Ее проекция равна v21x = v2x – v1x

Для вычисления относительной скорости движения тела важно уметь применять правила вычитания векторов.

Полезные факты

  • Если тела движутся в одном направлении, то относительная скорость равна модулю разности скоростей первого и второго тела:

vотн = |v1 – v2|

  • Если тела движутся в противоположных направлениях, то относительная скорость равна сумме скоростей первого и второго тела:

vотн = |v1 + v2|

  • Если тела движутся взаимно перпендикулярно, то относительная скорость равна корню из суммы квадратов скоростей первого и второго тела:

vотн = √(v12 + v22)

Пример №3. Два автомобиля движутся противоположно друг другу. Скорость первого автомобиля относительно дороги равна 100 км/ч. Скорость второго автомобиля относительно первого равна 180 км/ч. Найти модуль скорости второго автомобиля относительно дороги.

Так как автомобили движутся в противоположном направлении, относительная скорость равна сумме скоростей первого и второго автомобиля. Поэтому скорость второго равна разности относительной скорости и скорости движения второго тела, которым в данном случае является первый автомобиль:

Скорость второго автомобиля относительно дороги равна 80 км/час.

Правила сложения векторов

Эта таблица иллюстрирует правила сложения векторов на примере векторов a и b. Результатом их сложения является вектор c .

Сложение двух сонаправленных векторов
Суммой двух сонаправленных векторов является вектор, направленный в ту же сторону.

Его длина равна сумме длин слагаемых векторов: c = a + b.

Сложение двух противоположно направленных векторов
Суммой двух противоположно направленных векторов является вектор, направленный в сторону большего по модулю вектора. Его длина равна модулю разности длин слагаемых векторов: c = |a – b|.
Сложение двух векторов, расположенных друг к другу под углом
Суммой двух векторов, расположенных друг к другу под углом является вектор, направление которого определяется графически методом треугольника или параллелограмма. Его длина зависит от величины угла, под которым расположены два слагаемых векторов.
Если слагаемые векторы перпендикулярны, для вычисления длины вектора их суммы используется теорема Пифагора:

.

Если слагаемые векторы расположены под тупым углом α, для вычисления длины вектора их суммы используется теорема косинусов:

.

Если слагаемые векторы расположены под острым углом α, для вычисления длины вектора их суммы используется теорема косинусов:

.

Правила вычитания векторов

Эта таблица иллюстрирует правила вычитания векторов на примере векторов Результатом их вычитания является вектор .

Вычитание двух сонаправленных векторов
Разностью двух сонаправленных векторов является вектор, направленный в сторону большего по модулю вектора.

Его длина равна модулю разности длин вычитаемых векторов: c = |a – b|.

Вычитание двух противоположно направленных векторов
Разность двух противоположно направленных векторов есть вектор, направленный в сторону уменьшаемого вектора. Его длина равна сумме длин вычитаемых векторов: c = a + b.
Вычитание двух векторов, расположенных друг к другу под углом
Разностью двух векторов, расположенных друг к другу под углом является вектор, являющийся обратным вектору, образующемуся при сложении этих векторов. Его направление определяется графически. Его длина зависит от величины угла, под которым расположены два слагаемых векторов.
Если вычитаемые векторы перпендикулярны, для вычисления длины вектора их разности используется теорема Пифагора:

.

Если вычитаемые векторы расположены под углом α, для вычисления длины вектора их разности используется теорема косинусов:

.

Задание EF17727

Два автомобиля движутся по прямому шоссе, первый — со скоростью v, второй — со скоростью –4v. Найти скорость второго автомобиля относительно первого.


Алгоритм решения

  1. Записать данные в определенной системе отсчета.
  2. Изобразить графическую модель ситуации задачи.
  3. Записать классический закон сложения скоростей в векторном виде.
  4. Записать классический закон сложения скоростей в векторном виде применительно к условиям задачи.
  5. Найти искомую величину.

Решение

Записываем данные относительно Земли:

  • Скорость первого автомобиля относительно оси ОХ: v1 = v.
  • Скорость второго автомобиля относительно оси ОХ: v2 = –4v.

Изображаем графическую модель ситуации. Так как у второго автомобиля перед вектором скорости стоит знак «–», первый и второй автомобили движутся во взаимно противоположных направлениях.

Записываем закон сложения скоростей в векторном виде:

v′ = v + u

v — скорость второго автомобиля относительно оси ОХ (v2), v — скорость второго автомобиля относительно системы отсчета, связанной с первым автомобилем, u — скорость движения первого автомобиля относительно оси ОХ (v1).

Закон сложения скоростей в векторном виде применительно к условиям задачи будет выглядеть так:

v2 = v + v1

Отсюда:

v = v2v1 = –4vv = –5v

Ответ: -5v

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF17518

Два автомобиля движутся в одном направлении. Относительно Земли скорость первого автомобиля 110 км/ч, второго 60 км/ч. Чему равен модуль скорости первого автомобиля в системе отсчёта, связанной со вторым автомобилем?


Алгоритм решения

  1. Записать данные в определенной системе отсчета.
  2. Изобразить графическую модель ситуации задачи.
  3. Записать классический закон сложения скоростей в векторном виде.
  4. Выбрать систему отсчета.
  5. Записать классический закон сложения скоростей в скалярном виде.
  6. Найти искомую величину.

Решение

Записываем данные относительно Земли:

  • Скорость первого автомобиля относительно неподвижной системы отсчета: v1 = 110 км/ч;
  • Скорость второго автомобиля относительно Земли: v2 = 60 км/ч.

Изображаем графическую модель ситуации:

Записываем закон сложения скоростей в векторном виде:

v′ = v + u

v — скорость автомобиля относительно земли (v1), v — скорость второго автомобиля относительно системы отсчета, связанной со вторым автомобилем, u — скорость движения второго автомобиля относительно земли (v2).

По условию задачи в качестве системы отсчета нужно выбрать второй автомобиль. Так как система отсчета, связанная со вторым автомобилем, и первый автомобиль движутся в одном направлении, классический закон сложения скоростей в скалярном виде будет выглядеть так:

v’ = v + u

Отсюда скорость первого автомобиля в системе отсчёта, связанной со вторым автомобилем:

v = v’ – u = v1 – v2 = 110 – 60 = 50 (км/ч).

По условию задачи ответом должен быть модуль этой скорости. Модуль числа 50 есть 50.Ответ: 50

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Алиса Никитина | Просмотров: 7.4k

Чтобы получить точное представление о движении двух объектов относительно друг друга относительная скорость является важным. Поэтому в этой статье мы подробно поговорим об относительной скорости между двумя объектами.

Относительная скорость — это, по сути, скорость одного объекта по отношению к другому. Рассмотрим следующие два объекта, А и В, которые движутся с разными скоростями. Скорость объекта А по отношению к объекту В или наоборот называется относительной скоростью. Он также известен как скорость изменения относительного положения одного объекта по отношению к другому с течением времени.

Как найти относительную скорость двух тел?

🠊 Техника определения скорости объекта требует определения скорости изменения положения объекта по отношению к неподвижному окружающему объекту.

Когда объекты A и B находятся в относительном движении, их соответствующие скорости также будут в относительном движении. Чтобы получить относительную скорость объекта A по отношению к B, нужно математически придать равную и противоположную скорость B как объекту A, так и объекту B, чтобы привести объект B в состояние покоя.

В результате равнодействующая обеих скоростей (скорости объекта А и Б) дает нам относительную скорость объекта А относительно объекта Б.

Уравнения относительной скорости следующие:

Скорость объекта А относительно объекта В можно рассчитать следующим образом:

Vab V =a — Vb

Скорость объекта B относительно объекта A можно рассчитать следующим образом:

Vba V =b — Va

Из двух выражений мы можем вывести следующее:

Vab  = — Vba

Однако обе величины равны математически и могут быть представлены как:

|Vab |= |Вba|

Какова относительная скорость между двумя телами, когда они движутся с одинаковой скоростью в одном направлении?

🠊 Когда два тела А и В движутся в одном направлении с одинаковой скоростью, угол между ними равен 0°.

относительная скорость между двумя объектами

Предположим, что два транспортных средства A и B движутся в одном направлении, т. е. параллельно друг другу, с одинаковой скоростью или скоростью (поскольку они движутся в одном направлении), т. е. Va V =b.

В результате скорость автомобиля А относительно автомобиля В равна:

Vab V =a — Vb = 0

Аналогичным образом, скорость транспортного средства B относительная к транспортному средству А:

Vba V =b — Va = 0

Это означает, что если два объекта двигаться в одном направлении с одинаковой скоростью или скорость, их относительная скорость становится равной нулю. Это демонстрирует, что другой может казаться покоящимся для одного объекта.

Построение графика положение-время для двух объектов, движущихся в одном направлении с одинаковой скоростью, приводит к прямым параллельным линиям, как показано на графике ниже.

Какова относительная скорость между двумя телами, когда они движутся с разными скоростями в одном направлении?

🠊 Если два транспортных средства, A и B, движутся в одном направлении с разными скоростями, в первую очередь следует рассмотреть два сценария:

(1) Начальные точки одинаковы (Va > Vb):

Если два транспортных средства движутся с разными скоростями в одном направлении с одной и той же начальной точкой и Va > Vb, человек в транспортном средстве B воспринимает транспортное средство A как удаляющееся от него со скоростью:

Vab V =a — Vb

Транспортное средство B движется назад к пассажиру в транспортном средстве A со скоростью:

Vba V =b — Va = -( Вa — Vb) = -Vab 

В результате обе скорости имеют одинаковую величину, но противоположные знаки.

(2) Различные отправные точки:

Мы можем думать о двух сценариях здесь:

(i) Предположим, что транспортное средство A имеет более высокую скорость, чем транспортное средство B, т. е. Va > Vb, и следует за автомобилем B. 

В этой ситуации транспортное средство A в конечном итоге догонит транспортное средство B, как показано на их графике положение-время.

Vab V =a — Vb ≠ 0

(ii) Рассмотрим ситуацию, когда Va > Vb и автомобиль А движется впереди автомобиля В.

В этом случае транспортное средство B никогда не сможет обогнать транспортное средство A.. Графики положения и времени обоих транспортных средств не будут пересекаться по мере их удаления друг от друга.

Vab V =a — Vb ≠ 0

Какова будет относительная скорость двух тел, когда они движутся в противоположных направлениях?

🠊 Угол, образованный двумя телами, движущимися в противоположных направлениях по прямой, называется 180°.

Рассмотрим два автомобиля А и В, движущихся в противоположных направлениях по прямой. 

В результате скорость автомобиля А относительно автомобиля В равна:

Vab V =a -(- Вb) = Вa +V

Скорость транспортного средства B по отношению к A аналогична:

Vba V =b-(- Вa) = Вa +V

В результате можем написать:

Vab V =ba

Это указывает на то, что если два объекта движутся в противоположных направлениях по прямой линии, кажется, что каждый объект движется очень быстро по сравнению с другим.

Какова относительная скорость, когда два тела движутся под углом?

🠊 Рассмотрим пример относительной скорости, который возникает, когда два объекта, A и B, движутся под углом со скоростями Va и Vb.

&

Диагональ даст нам относительную скорость, если мы построим параллелограмм, как показано на рисунке. В результате величина диагонального вектора параллелограмма или относительная скорость с использованием закона косинусов составляет:

Но Cos(180°-𝛳) = -Cos𝛳

Когда два объекта движутся под углом, приведенное выше уравнение дает нам их относительную скорость. Мы также можем вывести случай того же направления и случай противоположного направления из этого уравнения, изменив значение угла на 0° и 180° соответственно.

Однако, как показано на изображении, если вектор относительной скорости Vab образует угол ꞵ со скоростью объекта A, то

Но Sin(180°-𝛳) = Sin𝛳

Или,

Важность относительной скорости:

Важность относительной скорости резюмируется ниже:

  • Рассчитать скорость звезд и астероидов относительно Земли.
  • Для измерения расстояния между любыми двумя объектами в пространстве.
  • Чтобы запустить ракету.
  • Для определения скорости любого объекта.
  • Это помогает нам, когда объект движется через жидкость.

Проблемы, связанные с относительной скоростью:

1. Автомобиль, едущий по шоссе со скоростью 110 км/ч, проезжает мимо автобуса, идущего со скоростью 85 км/ч. Какова скорость автомобиля с точки зрения пассажира автобуса?

Данный:

Скорость автомобиля Vc = 110 км/ч

Скорость автобуса Vb = 85 км/ч

Найти:

Относительная скорость автомобиля относительно автобуса Vcb знак равно

Решение:

Поскольку автомобиль и автобус едут в одном направлении, относительная скорость автомобиля с точки зрения пассажира автобуса равна:

Vcb V =c — Vb = (110 -85)км/ч = 25 км/ч

Таким образом, скорость автомобиля с точки зрения пассажира автобуса составляет 25 км/ч.

2. Две машины, находящиеся на некотором расстоянии друг от друга, начинают двигаться навстречу друг другу со скоростями 150 м/с и 200 м/с по прямой дороге. С какой скоростью они приближаются друг к другу?

Данный:

Скорость автомобиля 1 В1 = 150 м / с

Скорость автомобиля 2 В2 = 200 м / с

Найти:

Относительная скорость вагона 1 относительно вагона 2 V12 знак равно

Относительная скорость вагона 2 относительно вагона 1 V21 знак равно

Решение:

Так как оба автомобиля едут в противоположном направлении, относительная скорость:

V12 V =1 + V2 = (150 + 200) м/с = 350 м/с

Кроме того,

V21 V =1 + V2 = (150 + 200) м/с = 350 м/с

В результате два автомобиля движутся навстречу друг другу с относительной скоростью 350 м/с.

Резюме:

  • Скорость одного объекта по отношению к другому объекту просто называется относительной скоростью этих двух объектов.
  • Рассмотрим два объекта, которые движутся в одном направлении. В этой ситуации величина относительной скорости одного объекта по отношению к другому будет равна разнице в величине их скоростей.
  • Если два объекта движутся в одном направлении и с одинаковыми скоростями, их относительная скорость будет ноль.
  • Предположим, что любые два объекта движутся в противоположном направлении. В этом случае величина относительной скорости одного объекта по отношению к другому окажется суммой величины их скоростей.

Сложное движение точки. Теорема Кориолиса

Здесь мы покажем, что при сложном движении, абсолютная скорость точки равна векторной сумме относительной и переносной скоростей:
.
Абсолютное ускорение точки равно векторной сумме относительного, переносного и кориолисова (поворотного) ускорений:
,
где – кориолисово ускорение.

Пример применения изложенной ниже теории приводится на странице “Сложное движение точки. Пример решения задачи”.

Сложное (составное) движение точки

Часто встречаются случаи, когда точка совершает известное движение относительно некоторого твердого тела. А это тело, в свою очередь, движется относительно неподвижной системы координат. Причем движение точки относительно тела и закон движения тела относительно неподвижной системы координат известны или заданы. Требуется найти кинематические величины (скорость и ускорение) точки относительно неподвижной системы координат.

Такое движение точки называется сложным или составным.

Сложное или составное движение точки – это движение в подвижной системе координат. То есть движение точки описывается в системе координат, которая сама совершает движение относительно неподвижной системы координат.

Далее, для ясности изложения, будем считать, что подвижная система координат жестко связана с некоторым твердым телом. Мы будем рассматривать движение точки относительно тела (относительное движение) и движение тела относительно неподвижной системы координат (переносное движение).

Относительное движение точки при сложном движении – это движение точки относительно тела (подвижной системы координат) считая, что тело покоится.

Переносное движение точки при сложном движении – это движение точки, жестко связанной телом, вызванное движением тела.

Абсолютное движение точки при сложном движении – это движение точки относительно неподвижной системы координат, вызванное движением тела и движением точки относительно тела.

Пусть Oxyz – неподвижная система координат, On xo yo zo – подвижная система координат, жестко связанная с телом. Пусть – единичные векторы (орты), направленные вдоль осей xo , yo , zo подвижной системы координат. Тогда радиус-вектор точки M в неподвижной системе определяется по формуле:
(1) ,
где – радиус-вектор точки On – начала подвижной системы координат, связанной с телом.

Относительная скорость и ускорение

При относительном движении изменяются координаты xo , yo , zo точки относительно тела. А векторы являются постоянными, не зависящими от времени. Дифференцируя (1) по времени, считая постоянными, получаем формулы для относительной скорости и ускорения:
(2) ;
(3) .

Относительная скорость точки при сложном движении – это скорость точки при неподвижном положении тела (подвижной системы координат), вызванная движением точки относительно тела.

Относительное ускорение точки при сложном движении – это ускорение точки при неподвижном положении тела, вызванное движением точки относительно тела.

Переносная скорость и ускорение

При переносном движении изменяются векторы , определяющие положение тела. Относительные координаты точки xo , yo , zo являются постоянными. Дифференцируя (1) по времени, считая xo , yo , zo постоянными, получаем формулы для переносной скорости и ускорения:
(4) ;
(5) .

Переносная скорость точки при сложном движении – это скорость точки, жестко связанной с телом, вызванная движением тела.

Переносное ускорение точки при сложном движении – это ускорение точки, жестко связанной с телом, вызванное движением тела.

Производные по времени от – это скорость и ускорение начала подвижной системы координат On : ; .

Найдем формулы для производных по времени от векторов . Для этого возьмем две произвольные точки твердого тела A и B . Их скорости связаны соотношением:

(см. страницу “Скорость и ускорение точек твердого тела”). Рассмотрим вектор , проведенный из точки A в точку B . Тогда
.
Дифференцируем по времени и применяем предыдущую формулу:
.
Итак, мы нашли формулу для производной по времени от вектора, соединяющего две точки тела:
.
Поскольку векторы жестко связаны с телом, то их производные по времени определяются по этой формуле:
(6) , , .

Подставляем в (4):

.
Таким образом, выражение (4) приводит к формуле для скорости точек твердого тела.

Выполняя подобные преобразования над формулой (5), получим формулу для ускорения точек твердого тела:
,
где – угловое ускорение тела.

Абсолютная скорость и ускорение

При абсолютном движении изменяются как векторы , определяющие положение тела, так и относительные координаты точки xo , yo , zo .

Абсолютная скорость точки при сложном движении – это скорость точки в неподвижной системе координат.

Абсолютное ускорение точки при сложном движении – это ускорение точки в неподвижной системе координат.

Теорема о сложении скоростей

При составном движении абсолютная скорость точки равна векторной сумме относительной и переносной скоростей:
.

Доказательство

Дифференцируем (1) по времени, применяя правила дифференцирования суммы и произведения. Затем подставляем (2) и (4).
(1) ;
(7)
.

Теорема Кориолиса о сложении ускорений

При составном движении абсолютное ускорение точки равно векторной сумме относительного, переносного и кориолисова (поворотного) ускорений:
,
где
– кориолисово ускорение.

Доказательство

Дифференцируем (7) по времени, применяя правила дифференцирования суммы и произведения. Затем подставляем (3) и (5).
(7) .

.

В последнем члене применим (6) и (2).

.
Тогда
.

Автор: Олег Одинцов . Опубликовано: 23-10-2015

Основные понятия кинематики. Скорость. Средняя скорость. Относительная скорость. Сложение перемещений и скоростей

Этот видеоурок доступен по абонементу

У вас уже есть абонемент? Войти

Этот урок посвящён разделу физики, который называется кинематика. Мы узнаем, что изучает кинематика, основные понятия этого раздела. Также на этом уроке будут подробно показаны решения трёх типовых задач различной сложности, которые взяты из сборника задач для подготовки к единому государственному экзамену. Задачи на нахождение средней и относительной скорости.

Относительность механического движения

теория по физике 🧲 кинематика

Под относительностью понимают зависимость чего-либо от выбора системы отсчета. Так, покой и движение тела, его положение в пространстве всегда относительны. Человек, сидящий внутри движущегося автомобиля, покоится относительно этого автомобиля. Но относительно предметов снаружи он движется с некоторой скоростью.

Относительность перемещения

Пусть движение материальной точки (МТ) описывается относительно двух систем отсчета: подвижной (ПСО) и неподвижной (НСО). Зная, как эта точка движется относительно ПСО, и, как ПСО движется относительно НСО, можно вычислить перемещение точки относительно НСО. В этом заключается правило сложения перемещений:

s′ — перемещение МТ относительно НСО, s 1— перемещение МТ относительно ПСО, s 2 — перемещение ПСО относительно НСО.

Чтобы применять правило сложения перемещений, нужно уметь складывать вектора.

Полезные факты

  • Если тело движется в направлении движения ПСО, то модуль его перемещения относительно НСО равен сумме модулей перемещения этого тела относительно ПСО и перемещения ПСО относительно НСО:
  • Если тело движется противоположно движению ПСО, то модуль его перемещения относительно НСО равен разности модулей перемещения этого тела относительно ПСО и перемещения ПСО относительно НСО:
  • Если тело движется под прямым углом по отношению к направлению движения ПСО, то модуль его перемещения относительно НСО равен корню из суммы квадратов перемещений этого тела относительно ПСО и перемещения ПСО относительно НСО:
  • Если относительно ПСО тело покоится, то его перемещение относительно НСО равно перемещению ПСО относительно НСО: при s1=0,перемещение s′ = s2
  • Если тело движется относительно двух НСО, то его перемещение относительно НСО1 равно перемещению движения относительно НСО2. В этом случае одну из систем можно принять за ПСО с нулевой скоростью. Тогда ее перемещение относительно НСО будет равно 0. При s2=0,перемещение s′ = s1

Пример №1. Человек прошел в автобусе 2 метра в направлении заднего выхода. За это же время автобус успел переместиться относительно остановки на 10 м. Найти перемещение человека относительно автобусной остановки.

Так как человек двигался в сторону конца автобуса, он двигался противоположно его движению. В этом случае его перемещение будет равно модулю разности перемещений, совершенных человеком относительно автобуса и автобусом относительно остановки:

Относительность скорости в ПСО и НСО

Тела и системы отсчета могут двигаться с различной скоростью. Но, зная скорость движения МТ относительно ПСО и скорость движения ПСО относительно НСО, можно вычислить скорость движения МТ относительно НСО. В этом заключается правило сложения скоростей:

v′ — скорость МТ относительно НСО, v — скорость МТ относительно ПСО, u — скорость движения ПСО относительно НСО.

Складывая векторы скоростей, нужно пользоваться правилами сложения векторов.

Полезные факты

  • Если тело движется в направлении движения ПСО, то модуль его скорости относительно НСО равен сумме модулей скорости этого тела относительно ПСО и скорости ПСО относительно НСО:
  • Если тело движется противоположно движению ПСО, то модуль его скорости относительно НСО равен разности модуля скорости этого тела относительно ПСО и скорости ПСО относительно НСО:
  • Если тело движется под прямым углом по отношению к направлению движения ПСО, то модуль его скорости относительно НСО равен корню из суммы квадратов скорости этого тела относительно ПСО и скорости ПСО относительно НСО:
  • Если относительно ПСО тело покоится, то его скорость относительно НСО равна скорости ПСО относительно НСО: при v=0,скорость v′ = u
  • Если тело движется относительно двух НСО, то его скорость относительно НСО1 равна скорости движения относительно НСО2. В этом случае одну из неподвижных систем можно принять за ПСО с нулевой скоростью. При u=0,скорость v′ = u

Пример №2. Моторная лодка должна пересечь реку, скорость течения которой равна 5 км/ч, по кратчайшему пути. Собственная скорость лодки равна 10 км/ч. Определить, под каким углом к берегу должна быть направлена лодка, чтобы она не отклонялась от кратчайшего пути.

Кратчайшим путем между двумя параллельными линиями является отрезок, заключенный между этими линиями при условии, что он лежит на прямой, пересекающей эти линии под прямым углом. На рисунке этот путь отметим отрезком АВ.

Лодка движется прямолинейно. Поэтому направление ее скорости относительно берега совпадает с направлением перемещения:

Векторы скоростей образуют прямоугольный треугольник, и собственная скорость лодки направлена к берегу под некоторым углом α. Косинус этого угла равен отношению прилегающего катета (скорости лодки относительно реки) к гипотенузе (скорости течения реки):

Косинусу 0,5 соответствует угол, равный 60 градусам.

Относительная скорость двух тел

Понятие относительной скорости вводится, когда рассматривается движение двух тел относительно друг друга внутри одной и той же системы отсчета (СО). Примером служат два движущихся автомобиля, в то время как их движение рассматривается относительно неподвижного объекта.

Относительная скорость равна векторной разности скоростей первого и второго тела относительно СО:

v отн — относительная скорость, или скорость первого тела относительно второго, v 1 и v 2 — скорость первого и второго тела относительно СО.

Варианты обозначения относительной скорости и их проекций:

  • v 12 — скорость первого тела относительно второго. Ее проекция равна:
  • v 21 — скорость второго тела относительно первого. Ее проекция равна v21x = v2x — v1x

Для вычисления относительной скорости движения тела важно уметь применять правила вычитания векторов.

Полезные факты

  • Если тела движутся в одном направлении, то относительная скорость равна модулю разности скоростей первого и второго тела:
  • Если тела движутся в противоположных направлениях, то относительная скорость равна сумме скоростей первого и второго тела:
  • Если тела движутся взаимно перпендикулярно, то относительная скорость равна корню из суммы квадратов скоростей первого и второго тела:

Пример №3. Два автомобиля движутся противоположно друг другу. Скорость первого автомобиля относительно дороги равна 100 км/ч. Скорость второго автомобиля относительно первого равна 180 км/ч. Найти модуль скорости второго автомобиля относительно дороги.

Так как автомобили движутся в противоположном направлении, относительная скорость равна сумме скоростей первого и второго автомобиля. Поэтому скорость второго равна разности относительной скорости и скорости движения второго тела, которым в данном случае является первый автомобиль:

Скорость второго автомобиля относительно дороги равна 80 км/час.

Правила сложения векторов

Эта таблица иллюстрирует правила сложения векторов на примере векторов a и b . Результатом их сложения является вектор c .

Сложение двух сонаправленных векторов
Суммой двух сонаправленных векторов является вектор, направленный в ту же сторону. Его длина равна сумме длин слагаемых векторов: c = a + b.
Сложение двух противоположно направленных векторов
Суммой двух противоположно направленных векторов является вектор, направленный в сторону большего по модулю вектора. Его длина равна модулю разности длин слагаемых векторов: c = |a – b|.
Сложение двух векторов, расположенных друг к другу под углом
Суммой двух векторов, расположенных друг к другу под углом является вектор, направление которого определяется графически методом треугольника или параллелограмма. Его длина зависит от величины угла, под которым расположены два слагаемых векторов.
Если слагаемые векторы перпендикулярны, для вычисления длины вектора их суммы используется теорема Пифагора: .
Если слагаемые векторы расположены под тупым углом α, для вычисления длины вектора их суммы используется теорема косинусов: .
Если слагаемые векторы расположены под острым углом α, для вычисления длины вектора их суммы используется теорема косинусов: .

Правила вычитания векторов

Эта таблица иллюстрирует правила вычитания векторов на примере векторов Результатом их вычитания является вектор .

Вычитание двух сонаправленных векторов
Разностью двух сонаправленных векторов является вектор, направленный в сторону большего по модулю вектора. Его длина равна модулю разности длин вычитаемых векторов: c = |a – b|.
Вычитание двух противоположно направленных векторов
Разность двух противоположно направленных векторов есть вектор, направленный в сторону уменьшаемого вектора. Его длина равна сумме длин вычитаемых векторов: c = a + b.
Вычитание двух векторов, расположенных друг к другу под углом
Разностью двух векторов, расположенных друг к другу под углом является вектор, являющийся обратным вектору, образующемуся при сложении этих векторов. Его направление определяется графически. Его длина зависит от величины угла, под которым расположены два слагаемых векторов.
Если вычитаемые векторы перпендикулярны, для вычисления длины вектора их разности используется теорема Пифагора: .
Если вычитаемые векторы расположены под углом α, для вычисления длины вектора их разности используется теорема косинусов: .

Два автомобиля движутся по прямому шоссе, первый — со скоростью v , второй — со скоростью –4 v . Найти скорость второго автомобиля относительно первого.

Алгоритм решения

  1. Записать данные в определенной системе отсчета.
  2. Изобразить графическую модель ситуации задачи.
  3. Записать классический закон сложения скоростей в векторном виде.
  4. Записать классический закон сложения скоростей в векторном виде применительно к условиям задачи.
  5. Найти искомую величину.

Решение

Записываем данные относительно Земли:

  • Скорость первого автомобиля относительно оси ОХ: v 1 = v .
  • Скорость второго автомобиля относительно оси ОХ: v 2 = –4 v .

Изображаем графическую модель ситуации. Так как у второго автомобиля перед вектором скорости стоит знак «–», первый и второй автомобили движутся во взаимно противоположных направлениях.

Записываем закон сложения скоростей в векторном виде:

v ′ — скорость второго автомобиля относительно оси ОХ ( v 2), v — скорость второго автомобиля относительно системы отсчета, связанной с первым автомобилем, u — скорость движения первого автомобиля относительно оси ОХ ( v 1).

Закон сложения скоростей в векторном виде применительно к условиям задачи будет выглядеть так:

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Записываем закон сложения скоростей в векторном виде:

v ′ — скорость автомобиля относительно земли ( v 1), v — скорость второго автомобиля относительно системы отсчета, связанной со вторым автомобилем, u — скорость движения второго автомобиля относительно земли ( v 2). По условию задачи в качестве системы отсчета нужно выбрать второй автомобиль. Так как система отсчета, связанная со вторым автомобилем, и первый автомобиль движутся в одном направлении, классический закон сложения скоростей в скалярном виде будет выглядеть так:

Отсюда скорость первого автомобиля в системе отсчёта, связанной со вторым автомобилем:

По условию задачи ответом должен быть модуль этой скорости. Модуль числа 50 есть 50.Ответ: 50

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

источники:

http://interneturok.ru/lesson/physics/11-klass/podgotovka-k-ege/osnovnye-ponyatiya-kinematiki-skorost-srednyaya-skorost-otnositelnaya-skorost-slozhenie-peremescheniy-i-skorostey

Относительность механического движения

Let us suppose we are travelling on a Bus, let’s say, another bus overtakes us. We will not feel the actual speed of the overtaking bus, as felt by a person who looks it, standing by the side of the road. If both the buses are moving at the same speed in the same direction, a person in one bus observes a person in the other bus at rest, even though both are in motion. If both buses are in the opposite direction, then the passengers observe a greater speed, greater than their individual speed. In all these situations, we measure the relative velocities. Thus, 

The relative is the velocity of one body with respect to another body. It is measured as the rate of change of position of a body with respect to another body.

In Mathematics, the relative velocity is the vector difference of the velocities between the two bodies.

What is Relative Velocity? 

The velocity of a body with respect to the velocity of another body is called the relative velocity of the first body with respect to the second.

Relative velocity = Velocity of the first body – Velocity of the second body

If Va and Vb represent the velocities of two bodies A and B respectively at any instant, then, the relative velocity of A with respect to B is represented by Vab.

Then, Vab  = Va – Vb                                                                                                                                                                                               ……(1)

Similarly, the relative velocity of B with respect to A is given by,

Vba  = Vb – Va                                                                                                                                                                                                         ……(2)

So, from the equations (1) and (2), we can write      

Vba  =  – Vab

This implies that 

Relative velocity of A with respect to B = – Relative velocity of B with respect to A

Henceforth, the magnitude of both relative velocities are equal to each other.

  • Difference between velocity and relative velocity: The difference between velocity and relative velocity is that velocity is measured with respect to a reference point which is relative to a different point. While relative velocity is measured in a frame where an object is either at rest or moving with respect to the absolute frame.
  • Dimension Unit of relative velocity: The dimension Unit of relative velocity is similar to the unit of velocity may be expressed as – [ M0L1T-1].

Case 1: Relative Velocity for two objects moving in the same direction with equal velocities.

Let’s now consider four different cases regarding relative motion. In the first case let us suppose two cars A and B are moving in the same direction with equal velocities (Va = Vb). For a person seated in A, the car B would appear to be at rest, if he forgets for a moment the fact that he himself is in motion. Hence the velocity of B relative to A is zero. 

Vba= Vb– Va= 0 (as Va=Vb)

Similarly, in the case of a person seated in car B and observing car A. The relative velocity of A with respect to B is also zero.  

Vab = Va– Vb = 0  (as Va=Vb)

So, if Vb – Va  = 0, means the two cars are moving in the same direction and are keeping the same distance between them always. So their position-time graphs are two parallel straight lines.

Case 2: Relative velocity for two objects starting from the same point and moving in the same direction with unequal velocities.

In this case let Car A is moving with a velocity Va and Car B,(starting from the same point or X1(0)=X2(0) ), be moving with a greater velocity Vb in the same direction. Then, the person in car A feels that bus B is moving away from him with velocity, 

Vba = Vb – Va

And for an observer in car B, car A appears to go back with a velocity, 

Vab = Va-Vb = – (Vb– Va )

Velocity of A with respect to B= – (Velocity of B with respect to A)

That is, the velocity of A relative to B is the negative of the velocity of B relative to A.

Case 3: Relative velocity for two objects starting from different positions and moving in the same direction with unequal velocities

Here, Va> Vb. If car A which is having the higher velocity and moving behind the car B, then car A will overtake the car B at some instant and the position-time graphs of the two cars will intersect at a point 

Vab=Va-Vb ≠0 and 

Vba=Vb-Va ≠0 as Va > Vb

And Vb > Va. If the car with greater velocity(in this case car B) is moving ahead, there is no chance of overtaking the other car A and hence the position-time graphs will not intersect, both the lines move far from each other as shown in the graph

Vab=Va-Vb ≠0 and

Vba=Vb-Va ≠0 as  Vb> Va

Clearly, If Vb – Va ≠ 0, means the two cars are moving with unequal velocities. Their position-time graphs are straight lines inclined to the time axis and one of them will be steeper than the other.

Case 4: Relative velocity for two objects moving in the opposite direction

If both the cars are moving in opposite directions as shown in the figure, the relative velocity of Vba or Vab will be

Vba=Vb-(-Va) = Vb+Va

Similarly, 

Vab=Va-(-Vb) = Va+Vb  

or 

Vab=Vba=Va+Vb

It means, when two cars A and B are moving in opposite directions each seems to go very fast relative to the other.  

Sample Problems

Problem 1: Bus A travel with a speed of 40 m/s towards North and bus B travel with a speed of 60 m/s towards South. What is the relative velocity?

Solution:

Speed of bus A= Va = 40 m/s (towards north)

Speed of bus B= Vb = 60 m/s (towards south)

As both the buses are moving in opposite direction, so relative velocity is: 

Vab = Va – (-Vb) 

       = 40 – (-60) 

       = 100 m/s

Problem 2: Two trucks, standing a few distances apart, start moving towards each other with speeds 1 m/s and 2 m/s along a straight road. What is the speed with which they approach each other?

Solution: 

Let us consider that “A” denotes any truck at rest, “B” denotes first truck and “C” denotes second truck. The equation of relative velocity for this case is :

⇒ Vca = Vba + Vbc

Vba = Vb-Va =1-0=1m/s , 

Vca= Vba + Vbc=-2-0=-2m/s

Vba = 1 m/s and Vca= − 2 m/s 

Using,

Vca  = Vba + Vcb

− 2 = 1 + Vcb

Vcb = − 2 − 1 

     = − 3 m/s 

It means that the truck “C” is approaching “B” with a speed of -3 m/s along the straight road. Or, it means that the truck “B” is approaching “C” with a speed of 3 m/s along the straight road. We, therefore, say that the two trucks move towards each other each with a relative speed of 3 m/s.

Problem 3: Two cars, initially 900 m distant apart, start moving towards each other with speeds 1 m/s and 2 m/s along a straight road. When would they meet?

Solution:

The relative velocity of two cars (say 1 and 2) is:  V21 = V2-V1

Let us consider that the direction V1 is moving in a positive direction.

Here, V1 = 1 m/s and V2 = -2 m/s. So, relative velocity of two cars (of 2 w.r.t 1) is : ⇒ V21 = − 2 − 1 = − 3 m / s

This means that car “2” is approaching car “1” with a speed of -3 m/s along the straight road.

Similarly, car “1” is approaching car “2” with a speed of 3 m/s along the straight road. Therefore,

So can say that two cars are approaching at a speed of 3 m/s. Now, let the two cars meet after time:   

t = Displacement ⁄ Relative velocity 

  = 900/3 = 30 sec. 

Problem 4: How long will a girl sitting near the window of a train travelling at 36 km h-1 see a train passing by in the opposite direction with a speed of 18 km/h? The length of the slow-moving train is 90 m.

Solution: 

Given : Velocity of train = Vt = 36 Km/h = 36 × 5/18 m/s = 10 m/s

Velocity of passenger moving in opposite direction = Vp = 18 Km/h = 18 × 5/18 m/s = 5 m/s

The relative velocity of the slow-moving train with respect to the girl is Vtp =  Vt – (-Vp) = Vt + Vp

Vtp =  (10 + 5) m/s = 15 m/s.

As the girl will watch the full length of the other train, to find the time taken to watch the full train:

Using relative speed = distance / time

                             15 = 90/t

                               t = 90/15 

                                 = 6 sec 

Problem 5: A girl, moving at 3 km/hr along a straight line, finds that the raindrops are falling at 4 km/hr in the vertical direction. Find the angle with which raindrop hits the ground.

Solution:

Let the girl be moving in the x-direction. Let us also denote girl with “A” and raindrop with “B”. we need to know the direction of raindrop with respect to ground=Vb.

Here Given

Va=3km/hr  , Vb =?  ,  Vba =4km/hr  

Using equation, Vba = Vb-Va

 So V=Va+Vba

In ΔOQR, Angle with which rain drop hits the ground = ∠QOR = θ 

So tanθ= Va/Vba

tanθ=3/4   

Hence,

θ= tan-1(3/4) 

or

θ = 37° 

Problem 6: A bus starting from a point travels towards the east with a velocity of 3 m/s. Another bus starting from the point travels towards the north with a  velocity. of 4 m/s. Find the magnitude of the relative velocity of one with respect to another.

Solution:

Given that, 

The Bus-A moves towards East with velocity = Va = 3 m/s

And Bus-B moves towards North with velocity = Vb =4 m/s

Now the relative velocity Vba of Bus-B with respect to Bus-A is towards the west of north direction as shown in the figure

Magnitude of Vba = √32+42  => Vba = 5 m/s 

Similarly, relative velocity Vab of Bus-A with respect to Bus-B is towards the south of east direction as shown in the figure, so:

Magnitude of Vab = √42+3 

Hence, 

Vab = 5 m/s

§ 9.3. Скорость относительного движения двух тел. Развитие темы

Пусть два тела движутся вдоль одной прямой и мы знаем скорости этих тел. Как найти, с какой скоростью движется одно из этих тел относительно другого? Рассмотрим сначала случай, когда скорости тел направлены одинаково.

Решим задачу

Из поселка одновременно выехали в одном направлении грузовик со скоростью 40 км/ч и легковой автомобиль со скоростью 60 км/ч. С какой скоростью движется легковой автомобиль относительно грузовика?

Решение. За час грузовик проедет 40 км, а легковой автомобиль проедет 60 км. Расстояние между ними будет равно разности расстояний, пройденных автомобилями, то есть 20 км (рис. 9.2). Значит, легковой автомобиль движется относительно грузовика со скоростью 20 км/ч.

9.2

Рис 9.2. Начальное положение автомобилей обозначено черным кружком, положение грузовика через час после начала движения — зеленым, а легкового автомобиля — синим

Рассмотрим теперь случай, когда скорости тел направлены противоположно.

Решим задачу

Из поселка одновременно выехали в противоположных направлениях грузовик со скоростью 40 км/ч и легковой автомобиль со скоростью 60 км/ч. С какой скоростью движется легковой автомобиль относительно грузовика?

Решение. За час грузовик проедет 40 км, а легковой автомобиль проедет 60 км. Но расстояние между ними будет равно теперь сумме расстояний, пройденных автомобилями (рис. 9.3), то есть 100 км. Значит, легковой автомобиль движется относительно грузовика со скоростью 100 км/ч.

9.3

Рис. 9.3. Начальное положение автомобилей (черный кружок) и их положение через час после начала движения (зеленый и синий кружки)

Итак, если два тела движутся в противоположных направлениях со скоростями v1 и v2, то одно тело движется относительно другого со скоростью vотн = v1 + v2 При этом расстояние между телами может как увеличиваться, так и уменьшаться: например, если автомобили едут навстречу друг другу. Рассмотрим это на следующем примере.

Решим задачу

Из двух городов, расстояние между которыми 300 км, одновременно навстречу друг другу по прямой дороге выехали грузовик и легковой автомобиль. Скорость грузовика 40 км/ч, а легкового автомобиля — 60 км/ч. Через какое время после выезда автомобилей расстояние между ними будет равно 100 км?

Решение. Так как автомобили едут в противоположных направлениях, то один автомобиль движется относительно другого со скоростью vотн = v1 + v2 = 40 км/ч + 60 км/ч = 100 км/ч. До встречи автомобили сближаются, то есть расстояние между ними уменьшается. Поскольку в начальный момент расстояние между ними было равно 300 км и каждый час оно уменьшается на 100 км, то расстояние между автомобилями станет равным 100 км через 2 ч после выезда. Но это не единственный ответ! Ведь после встречи, которая произойдет через 3 ч после выезда автомобилей, они начнут удаляться друг от друга, и расстояние между ними будет теперь увеличиваться на 100 км каждый час. Значит, есть еще один момент времени, когда расстояние между автомобилями будет равно 100 км: он наступит через час после встречи автомобилей, то есть через 4 ч после их выезда. Решить задачу — значит найти все ответы!

Источник

Относительность механического движения

теория по физике 🧲 кинематика

Под относительностью понимают зависимость чего-либо от выбора системы отсчета. Так, покой и движение тела, его положение в пространстве всегда относительны. Человек, сидящий внутри движущегося автомобиля, покоится относительно этого автомобиля. Но относительно предметов снаружи он движется с некоторой скоростью.

Относительность перемещения

Чтобы применять правило сложения перемещений, нужно уметь складывать вектора.

Пример №1. Человек прошел в автобусе 2 метра в направлении заднего выхода. За это же время автобус успел переместиться относительно остановки на 10 м. Найти перемещение человека относительно автобусной остановки.

Так как человек двигался в сторону конца автобуса, он двигался противоположно его движению. В этом случае его перемещение будет равно модулю разности перемещений, совершенных человеком относительно автобуса и автобусом относительно остановки:

Относительность скорости в ПСО и НСО

Складывая векторы скоростей, нужно пользоваться правилами сложения векторов.

Пример №2. Моторная лодка должна пересечь реку, скорость течения которой равна 5 км/ч, по кратчайшему пути. Собственная скорость лодки равна 10 км/ч. Определить, под каким углом к берегу должна быть направлена лодка, чтобы она не отклонялась от кратчайшего пути.

Кратчайшим путем между двумя параллельными линиями является отрезок, заключенный между этими линиями при условии, что он лежит на прямой, пересекающей эти линии под прямым углом. На рисунке этот путь отметим отрезком АВ.

word image 18

Лодка движется прямолинейно. Поэтому направление ее скорости относительно берега совпадает с направлением перемещения:

word image 19

Векторы скоростей образуют прямоугольный треугольник, и собственная скорость лодки направлена к берегу под некоторым углом α. Косинус этого угла равен отношению прилегающего катета (скорости лодки относительно реки) к гипотенузе (скорости течения реки):

word image 20

Косинусу 0,5 соответствует угол, равный 60 градусам.

Относительная скорость двух тел

Понятие относительной скорости вводится, когда рассматривается движение двух тел относительно друг друга внутри одной и той же системы отсчета (СО). Примером служат два движущихся автомобиля, в то время как их движение рассматривается относительно неподвижного объекта.

Относительная скорость равна векторной разности скоростей первого и второго тела относительно СО:

v отн — относительная скорость, или скорость первого тела относительно второго, v 1 и v 2 — скорость первого и второго тела относительно СО.

Варианты обозначения относительной скорости и их проекций:

Для вычисления относительной скорости движения тела важно уметь применять правила вычитания векторов.

Пример №3. Два автомобиля движутся противоположно друг другу. Скорость первого автомобиля относительно дороги равна 100 км/ч. Скорость второго автомобиля относительно первого равна 180 км/ч. Найти модуль скорости второго автомобиля относительно дороги.

Так как автомобили движутся в противоположном направлении, относительная скорость равна сумме скоростей первого и второго автомобиля. Поэтому скорость второго равна разности относительной скорости и скорости движения второго тела, которым в данном случае является первый автомобиль:

word image 31

Скорость второго автомобиля относительно дороги равна 80 км/час.

Правила сложения векторов

Сложение двух сонаправленных векторов
word image 34 Суммой двух сонаправленных векторов является вектор, направленный в ту же сторону. Его длина равна сумме длин слагаемых векторов: c = a + b.
Сложение двух противоположно направленных векторов
word image 35 Суммой двух противоположно направленных векторов является вектор, направленный в сторону большего по модулю вектора. Его длина равна модулю разности длин слагаемых векторов: c = |a – b|.
Сложение двух векторов, расположенных друг к другу под углом
Суммой двух векторов, расположенных друг к другу под углом является вектор, направление которого определяется графически методом треугольника или параллелограмма. Его длина зависит от величины угла, под которым расположены два слагаемых векторов.
word image 36 Если слагаемые векторы перпендикулярны, для вычисления длины вектора их суммы используется теорема Пифагора: word image 37.
word image 38
word image 39 Если слагаемые векторы расположены под тупым углом α, для вычисления длины вектора их суммы используется теорема косинусов: word image 40.
word image 41 Если слагаемые векторы расположены под острым углом α, для вычисления длины вектора их суммы используется теорема косинусов: word image 42.

Правила вычитания векторов

Эта таблица иллюстрирует правила вычитания векторов на примере векторов word image 43Результатом их вычитания является вектор word image 44.

Алгоритм решения

Решение

Записываем данные относительно Земли:

Изображаем графическую модель ситуации. Так как у второго автомобиля перед вектором скорости стоит знак «–», первый и второй автомобили движутся во взаимно противоположных направлениях.

word image 257

Записываем закон сложения скоростей в векторном виде:

v ′ — скорость второго автомобиля относительно оси ОХ ( v 2), v — скорость второго автомобиля относительно системы отсчета, связанной с первым автомобилем, u — скорость движения первого автомобиля относительно оси ОХ ( v 1).

Закон сложения скоростей в векторном виде применительно к условиям задачи будет выглядеть так:

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Записываем закон сложения скоростей в векторном виде:

v ′ — скорость автомобиля относительно земли ( v 1), v — скорость второго автомобиля относительно системы отсчета, связанной со вторым автомобилем, u — скорость движения второго автомобиля относительно земли ( v 2). По условию задачи в качестве системы отсчета нужно выбрать второй автомобиль. Так как система отсчета, связанная со вторым автомобилем, и первый автомобиль движутся в одном направлении, классический закон сложения скоростей в скалярном виде будет выглядеть так:

Отсюда скорость первого автомобиля в системе отсчёта, связанной со вторым автомобилем:

По условию задачи ответом должен быть модуль этой скорости. Модуль числа 50 есть 50.Ответ: 50

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Источник

Скорость относительного движения двух тел (окончание)

Р е ш е н и е. За час грузовик проедет 40 км, а легковой автомобиль проедет 60 км. Но расстояние между ними будет равно теперь сумме расстояний, пройденных автомобилями (рис. 9.3), то есть 100 км. Значит, легковой автомобиль движется относительно грузовика со скоростью 100 км/ч.

38.2

Рис. 9.3. Начальное положение автомобилей (чёрный кружок) и их положение через час после начала движения (зелёный и синий кружки)

Итак, если два тела движутся в противоположных направления со скоростями υ1 и υ2, то одно тело движется относительно другого со скоростью υотн = υ1 + υ2. При этом расстояние между телами может как увеличиваться, так и уменьшаться: например, если автомобили едут навстречу друг другу. Рассмотрим это на следующем примере.

Из двух городов, расстояние между которыми 300 км, одновременно навстречу друг другу по прямой дороге выехали грузовик и легковой автомобиль. Скорость грузовика 40 км/ч, а легкового автомобиля — 60 км/ч. Через какое время после выезда автомобилей расстояние между ними будет равно 100 км?

Р е ш е н и е. Так как автомобили едут в противоположных направлениях, то один автомобиль движется относительно другого со скоростью υотн = υ1 + υ2 = 40 км/ч + 60 км/ч = 100 км/ч. До встречи автомобили сближаются, то есть расстояние между ними уменьшается. Поскольку в начальный момент расстояние между ними было равно 300 км и каждый час оно уменьшается на 100 км, то расстояние между автомобилями станет равным 100 км через 2 ч после выезда. Но это не единственный ответ! Ведь после встречи, которая произойдёт через 3 ч после выезда автомобилей, они начнут удаляться друг от друга, и расстояние между ними будет теперь увеличиваться на 100 км каждый час. Значит, есть ещё один момент времени, когда расстояние между автомобилями будет равно 100 км: он наступит через час после встречи автомобилей, то есть через 4 ч после их выезда. Решить задачу — значит найти все ответы!

Источник

Эксперты ГКСЭ раскрыли секрет, как они определяют скорость в момент ДТП

Некуда спешить

«Почти всегда после аварии встает вопрос о скоростном режиме»

По некоторым подсчетам, ежегодно в результате ДТП во всем мире гибнут 1,3 миллиона человек. То есть один человек каждые 24 секунды. Казалось бы, пандемия должна была положительно повлиять на дорожную статистику, ведь многие перешли на удаленную работу и учебу. По данным ВОЗ, с начала 2020 года загруженность на дорогах действительно снизилась. Это привело к уменьшению числа аварий. Однако количество летальных исходов в пропорциональном отношении не уменьшилось. По пустым дорогам люди стали ездить быстрее.

— Почти всегда после аварии встает вопрос о скоростном режиме. Насколько быстро ехали водители и могли ли они предотвратить ДТП? Классическая ситуация: автомобиль при повороте налево сталкивается с движущимся с превышением скорости прямо мотоциклом, — рассказывает начальник отдела автотехнических экспертиз центрального аппарата ГКСЭ подполковник юстиции Алексей Жуган. — В правилах черным по белому прописано, что при повороте налево водитель обязан уступить дорогу транспортным средствам во встречном направлении. Есть много «но». Как далеко должен смотреть водитель поворачивающего налево автомобиля, должен ли он предполагать, что между стоящими транспортными средствами станет проезжать мотоцикл, мог ли заметить движущийся на большой скорости мотоцикл? Наша задача — дать экспертную оценку действиям каждого участника происшествия.

Алексей Жуган — о том, как определяют скорость:

— Основной источник — следовая информация на месте ДТП. Однако ее может и не быть. Тогда используются видеозаписи как со стационарных камер видеонаблюдения, так и с видеорегистраторов в салоне. Чем больше относящейся к происшествию информации зафиксировано, тем точнее получится установить скоростной режим. При этом можно учесть и степень повреждения каждого из участников.

4646ffd4d8d7ca53727ccce8232763caОсновная масса автотехнических экспертиз назначается по легковым машинам.

Мало кто из водителей знает, что в арсенале судебных экспертов есть специальный программный комплекс, который помогает определить скорость по электронным блокам управления авто. В них аккумулируется такая важная для понимания всех обстоятельств аварии информация, как количество человек в салоне, их расположение, скорость.

— Как правило, в электронных блоках фиксируется скоростной режим движения за пять секунд до столкновения и две секунды после него, содержится информация о положении педалей газа и тормоза. Случается, водитель утверждает, что тормозил, а мы видим, что было по-другому.

Для ДТП пять секунд — это очень большое время, его хватает, чтобы аварию предотвратить. При расчете остановочного пути в экспертной практике применяется минимальное время реакции водителя — 0,6 секунды.

— Из недавних неординарных дел есть еще один пример. В ноябре прошлого года Toyota на высокой скорости выехала на площадь Победы в центре Минска, налетев на ступени монумента, загорелась и перевернулась, — подключается к разговору государственный судебный эксперт отдела автотехнических экспертиз центрального аппарата ГКСЭ Константин Савицкий, приводя резонансный пример. — Машина сильно выгорела, но блоки управления уцелели. Из них мы смогли извлечь все интересующие правоохранителей сведения. Оказалось, что скорость превышала разрешенную на данном участке почти в два раза и была более 130 км/ч. Причем водитель даже не пытался тормозить. Скоростной режим автомобиля мы получили, прочитав информацию в блоках управления. И подтвердили данные, исследовав предоставленные видеозаписи с места происшествия.

Кстати, по данным ГАИ, водителя Toyota штрафовали более 40 раз и даже лишали права управления за вождение в пьяном виде.

05bc254c3f2fa787ce4b7f329b316cd8В арсенале судебных экспертов есть специальный программный комплекс, который помогает определить скорость по электронным блокам управления авто.

Да вы гоните!

Те самые электронные блоки есть почти во всех современных автомобилях.

— Допустим, водитель попал в ДТП, будучи пьяным или не имея права управления. Инспекторам ГАИ говорит, что за рулем был не он… — моделирую ситуацию.

— С помощью нашего прибора мы можем определить, сколько именно человек находилось в салоне и на каких местах они сидели. Поэтому если водитель ехал один, то такая уловка точно не пройдет, — объяснил Константин Савицкий.

Рассмотрим другую ситуацию, которую мы наблюдаем чаще. В салоне было несколько человек, некоторые погибли. Пытаясь уйти от ответственности, выживший водитель говорит, что за рулем сидел кто-то из погибших. В таких случаях назначается комплексная судебная экспертиза с привлечением судебных экспертов-автотехников и судебно-медицинских экспертов, чтобы определить, кто именно управлял автомобилем.

…В основном автотехнические экспертизы проводятся по легковым машинам. Хотя бывают и по грузовикам, маршруткам, троллейбусам. В летний сезон к этому списку добавляются мотоциклы.

5bdc80c8aa7299c00cc654446bca7c00Техника ГКСЭ позволяет при установлении обстоятельств аварии определить, сколько именно человек находилось в салоне и на каких местах они сидели.

Опираясь на личный опыт работы на местах аварий, Алексей Жуган объясняет, что риск летального исхода в случае столкновения автомобиля может быть и при скорости 60 км/ч. Бывали случаи сильного травмирования и даже гибели при резком торможении на сравнительно небольших скоростях. Например, при перевозке груза. Резкое нажатие на тормоз — и груз по инерции перемещается вперед и травмирует людей в салоне…

Разговор заходит о ночных заездах столь нелюбимых минчанами стритрейсеров. Нередко такие погони за адреналином заканчиваются авариями. Недавно эксперты ГКСЭ проводили автотехническую экспертизу по одному «интересному ДТП». У страховой компании возникли к владельцу вопросы. Оказалось, любитель гонять по городу с характерным отстрелом для более эффективного разгона отключил часть систем безопасности. Это стало причиной потери курсовой устойчивости и, как следствие, привело к аварии. Эксперты также установили, что перед столкновением водитель значительно превысил скорость.

Напоследок Алексей Жуган дал читателям пару цифр для размышления:

— Тормозной путь автомобиля, который едет со скоростью 60 км/ч, на сухом асфальте составляет около 25 метров, со скоростью 90 км/ч — 53 метра, то есть в два раза больше. И это без учета времени реакции водителя. Если скорость 150 км/ч, то тормозной путь составит 139 метров.

Источник

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как найти путь равноускоренного движения формула
  • Как найти квадратный корень в эксель
  • Как найти все силы в системе
  • Как составить тех карту в общепите
  • Как составить уравнение графиком которого является пара прямых