Как найти угол по отношению к горизонту

Когда тело бросают вверх под углом к горизонту, оно сначала равнозамедленно поднимается, а затем равноускорено падает. При этом оно перемещается относительно земли с постоянной скоростью.

Важные факты!График движения тела, брошенного под углом к горизонту:

α — угол, под которым было брошено тело

  1. Вектор скорости тела, брошенного под углом к горизонту, направлен по касательной к траектории его движения.
  2. Так как начальная скорость направлена не вдоль горизонтальной линии, обе ее проекции отличны от нуля. Проекция начальной скорости на ось ОХ равна v0x = v0cosα. Ее проекция на ось ОУ равна v0y = v0sinα.
  3. Проекция мгновенной скорости на ось ОХ равна: vx = v0 cosα. Ее проекция на ось ОУ равна нулю: vy = v0 sinα – gt.
  4. Проекция ускорения свободного падения на ось ОХ равна нулю: gx = 0. Ее проекция на ось ОУ равна –g: gy = –g.

Кинематические характеристики

Модуль мгновенной скорости в момент времени t можно вычислить по теореме Пифагора:

Минимальной скорости тело достигает в верхней точке траектории. Она выражается формулой:

vmin = v0 cosα = vh

Максимальной скоростью тело обладает в момент начала движения и в момент падения на землю. Начальная и конечная скорости движения тела равны:

vmax = vo = v

Время подъема — время, которое требуется телу, чтобы достигнуть верхней точки траектории. В этой точке проекция скорости на ось ОУ равна нулю: vy = 0. Время подъема определяется следующей формулой:

Полное время — это время всего полета тела от момента бросания до момента приземления. Так как время падения равно времени подъема, формула для определения полного времени полета принимает вид:

Дальность полета — перемещение тела относительно ОХ. Обозначается буквой l. Так как относительно ОХ тело движется с постоянной скоростью, для вычисления дальности полета можно использовать формулу перемещения при равномерном прямолинейном движении:

l = sx = v0x tполн = v0 cosα tполн

Подставляя в выражение формулу полного времени полета, получаем:

Горизонтальное смещение тела — смещение тела вдоль оси ОХ. Вычислить горизонтальное смещение тела в любой момент времени t можно по формуле координаты x:

Учитывая, что x0 = 0, и проекция ускорения свободного падения на ось ОХ тоже равна нулю, а проекция начальной скорости на эту ось равна v0 cosα, данная формула принимает вид:

x = v0 cosα t

Мгновенная высота — высота, на которой находится тело в выбранный момент времени t. Она вычисляется по формуле координаты y:

Учитывая, что начальная координата равна 0, проекция начальной скорости на ось ОУ равна v0 sinα, а проекция ускорения свободного падения на эту ось равна –g, эта формула принимает вид:

Наибольшая высота подъема — расстояние от земли до верхней точки траектории. Наибольшая высота подъема обозначается h и вычисляется по формуле:

Пример №1. Небольшой камень бросили с ровной горизонтальной поверхности под углом к горизонту. На какую максимальную высоту поднялся камень, если ровно через 1 с после броска его скорость была направлена горизонтально?

Скорость направляется горизонтально в верхней точке полета. Значит, время подъема равно 1 с. Из формулы времени подъема выразим произведение начальной скорости на синус угла, под которым было брошено тело:

v0 sinα = gtпод

Подставим полученное выражение в формулу для определения наибольшей высоты подъема и сделаем вычисления:

Тело, брошенное под углом к горизонту с некоторой высоты

Когда тело бросают под углом к горизонту с некоторой высоты, характер его движения остается прежним. Но приземлится оно дальше по сравнению со случаем, если бы тело бросали с ровной поверхности.

Важные факты!

График движения тела, брошенного под углом к горизонту с некоторой высоты:

Время падения тела больше времени его подъема: tпад > tпод.

Полное время полета равно:

tполн = tпад + tпод

Уравнение координаты x:

x = v0 cosα t

Уравнение координаты y:

Пример №2. С балкона бросили мяч под углом 60 градусов к горизонту, придав ему начальную скорость 2 м/с. До приземления мяч летел 3 с. Определить дальность полета мяча.

Косинус 60 градусов равен 0,5. Подставляем известные данные в формулу:

x = v0 cosα t = 2 ∙ 0,5 ∙ 3 = 3 м.

Задание EF17562

С высоты Н над землёй начинает свободно падать стальной шарик, который через время t = 0,4  c сталкивается с плитой, наклонённой под углом 30° к горизонту. После абсолютно упругого удара он движется по траектории, верхняя точка которой находится на высоте h = 1,4  м над землёй. Чему равна высота H? Сделайте схематический рисунок, поясняющий решение.


Алгоритм решения

1.Записать исходные данные.

2.Построить на чертеже начальное и конечное положения тела. Выбрать систему координат.

3.Выбрать нулевой уровень для определения потенциальной энергии.

4.Записать закон сохранения энергии.

5.Решить задачу в общем виде.

6.Подставить числовые значения и произвести вычисления.

Решение

Запишем исходные данные:

 Время падения стального шарика: t = 0,4  c.

 Верхняя точка траектории после абсолютно упругого удара о плиту: h = 1,4  м.

 Угол наклона плиты: α = 30о.

Построим чертеж и укажем на нем все необходимое:

Нулевой уровень — точка D.

Закон сохранения энергии:

Ek0 + Ep0 = Ek + Ep

Потенциальная энергия шарика в точке А равна:

EpA = mgH

Кинетическая энергия шарика в точке А равна нулю, так как скорость в начале свободного падения нулевая.

В момент перед упругим ударом с плитой в точке В потенциальная энергия шарика минимальна. Она равна:

EpB=mgl1

Перед ударом кинетическая энергия шарика равна:

EkB=mv22

Согласно закону сохранения энергии:

EpA=EpB+EkB

mgH=mgl1+mv22

Отсюда высота H равна:

H=mgl1mg+mv22mg=l1+v22g

Относительно точки В шарик поднимется на высоту h – l1. Но данный участок движения можно рассматривать как движение тела, брошенного под углом к горизонту. В таком случае высота полета определяется формулой:

hl1=v2sin2β2g=v2sin2(902α)o2g

Отсюда:

l1=hv2sin2(902α)o2g

Шарик падал в течение времени t, поэтому мы можем рассчитать высоту шарика над плитой и его скорость в точке В:

v=gt

Следовательно:

H=l1+v22g=h(gt)2sin2(902α)o2g+(gt)22g

H=hgt2sin2(902α)2+gt22=hgt22(sin2(902α)o1)

H=1,410·0,422(sin2(9060)o1)

H=1,45·0,16(sin230o1)

H=1,40,8((12)21)=1,40,8(141)

H=1,4+0,6=2 (м)

Ответ: 20

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF17980

В момент t=0 мячик бросают с начальной скоростью v0 под углом α к горизонту с балкона высотой h (см. рисунок).

Графики А и Б представляют собой зависимости физических величин, характеризующих движение мячика в процессе полёта, от времени t. Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени эти графики могут представлять. (Сопротивлением воздуха пренебречь. Потенциальная энергия мячика отсчитывается от уровня y=0).

К каждой позиции графика подберите соответствующую позицию утверждения и запишите выбранные цифры в порядке АБ.


Алгоритм решения

  1. Установить вид механического движения, исходя из условий задачи.
  2. Записать формулы для физических величин, указанных в таблице, в соответствии с установленным видом механического движения.
  3. Определить, как зависят эти величины от времени.
  4. Установить соответствие между графиками и величинами.

Решение

Исходя из условия задачи, мячик движется неравномерно. Этот случай соответствует движению тела, брошенного под углом к горизонту.

Записываем формулы для физических величин из таблицы, учитывая, что речь идет о движении тела, брошенного под углом к горизонту.

Координата x меняется согласно уравнению координаты x:

Так как начальная координата нулевая, а проекция ускорения свободного падения тоже равна нулю, это уравнение принимает вид:

Проекция скорости мячика на ось ОХ равна произведению начальной скорости на время и косинус угла, под которым мячик был брошен. Поэтому уравнение координаты x принимает вид:

В этом уравнении начальная скорость и угол α — постоянные величины. Меняется только время. И оно может только расти. Поэтому и координата x может только расти. В этом случае ей может соответствовать график, представляющий собой прямую линии, не параллельную оси времени. Но графики А и Б не могут описывать изменение этой координаты.

Формула проекции скорости мячика на ось ОХ:

Начальная скорость и угол α — постоянные величины. И больше ни от чего проекция скорости на ось ОХ не зависит. Поэтому ее может охарактеризовать график в виде прямой линии, параллельной оси времени. Такой график у нас есть — это Б.

Кинетическая энергия мячика равна половине произведения массы мячика на квадрат его мгновенной скорости. По мере приближения к верхней точке полета скорость тела уменьшается, а затем растет. Поэтому кинетическая энергия также сначала уменьшается, а затем растет. Но на графике А величина наоборот — сначала увеличивается, потом уменьшается. Поэтому он не может быть графиком зависимости кинетической энергии мячика от времени.

Остается последний вариант — координата y. Уравнение этой координаты имеет вид:

Это квадратическая зависимость, поэтому графиком зависимости координаты y от времени может быть только парабола. Так как мячик сначала движется вверх, а потом — вниз, то и график должен сначала расти, а затем — убывать. График А полностью соответствует этому описанию.

Теперь записываем установленные соответствия в порядке АБ: 42.

Ответ: 42

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF18741

Мальчик бросил стальной шарик вверх под углом к горизонту. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определите, как меняются по мере приближения к Земле модуль ускорения шарика и горизонтальная составляющая его скорости?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

  1. увеличивается
  2. уменьшается
  3. не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.


Алгоритм решения

  1. Сделать чертеж, иллюстрирующий ситуацию.
  2. Записать формулы, определяющие указанные в условии задачи величины.
  3. Определить характер изменения физических величин, опираясь на сделанный чертеж и формулы.

Решение

Выполняем чертеж:

Модуль ускорения шарика |g| — величина постоянная, так как ускорение свободного падения не меняет ни направления, ни модуля. Поэтому модуль ускорения не меняется (выбор «3»).

Горизонтальная составляющая скорости шарика определяется формулой:

vx = v0 cosα

Угол, под которым было брошено тело, поменяться не может. Начальная скорость броска тоже. Больше ни от каких величин горизонтальная составляющая скорости не зависит. Поэтому проекция скорости на ось ОХ тоже не меняется (выбор «3»).

Ответом будет следующая последовательность цифр — 33.

Ответ: 33

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Алиса Никитина | Просмотров: 43.5k

Движение тела, брошенного горизонтально или под углом к горизонту.
  1. Это движение в плоскости, поэтому для описания движения необходимо 2 координаты.
  2. Считаем, что движение происходит вблизи поверхности Земли, поэтому ускорение тела – ускорение свободного падения (= g).
 

Так как мы пренебрегаем сопротивлением воздуха, то ускорение направлено только к поверхности Земли (g) – вдоль вертикальной оси (y), вдоль оси х движение равномерное и прямолинейное.

 

Движение тела, брошенного горизонтально.

Выразим проекции скорости и координаты через модули векторов.


Для того чтобы получить уравнение траектории, выразим время tиз уравнения координаты x и подставим в уравнение для y

   — между координатами квадратичная зависимость, траектория – парабола!

Движение тела, брошенного под углом к горизонту.

Порядок решения задачи аналогичен предыдущей.

Решим задачу для случая х0=0 и y0=0

Движение тела, брошенного под углом к горизонту.

Докажем, что траекторией движения и в этом случае будет парабола. Для этого выразим координату Y через X (получим уравнение траектории):

.

Мы получили квадратичную зависимость между координатами. Значит траектория — парабола.

 

Найдем время полета тела от начальной точки до точки падения. В точке падения координата по вертикальной оси у=0.

Время полета:

Следовательно, для решения этой задачи необходимо решить уравнение 

Оно будет иметь решение при t=0 (начало движения) и 

Зная время полета, найдем максимальное расстояние, которое пролетит тело:

Дальность полета:

Из этой формулы следует, что:

— максимальная дальность полета будет наблюдаться при бросании тела (при стрельбе, например) под углом 450;

— на одно и то же расстояние можно бросить тело (с одинаковой начальной скоростью) двумя способами – т.н. навесная и настильная баллистические траектории.

Используя то, что парабола – это симметричная кривая, найдем максимальную высоту, которой может достичь тело.
Время, за которое тело долетит до середины, равно:

Время подъема:

Тогда: 

Максимальная высота:

Скорость тела в любой момент времени направлена по касательной к траектории движения (параболе) и равна Скорость тела в любой момент времени направлена по касательной к траектории движения (параболе)

 

Угол, под которым направлен вектор скорости в любой момент времени:

Угол, под которым направлен вектор скорости в любой момент времени

 

Движение тела, брошенного под углом к горизонту:

Если рассмотреть движение тела, брошенного под углом относительно горизонта, можно увидеть, что тело отдаляется горизонтально от точки броска и одновременно поднимается в вертикальном направлении. Значит, тело, брошенное под углом к горизонту, участвует в двух (горизонтальном и вертикальном) видах движения. В горизонтальном направлении тело движется равномерно. В вертикальном направлении до точки максимальной высоты тело будет двигаться равнозамедленно, затем вниз будет двигаться равноускоренно (рис. 1.11).

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

Траектория движения тела, брошенного под углом к горизонту, имеет вид параболы. Учитывая, что в процессе полета тело одновременно двигается в горизонтальном и вертикальном направлениях, разделим начальную скорость Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

Для упрощения расчетов пренебрежем сопротивлением воздуха. В произвольный момент времени Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами перемещение тела в горизонтальном направлении находим из следующего уравнения:

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

В произвольный момент времени t скорость тела в горизонтальном и вертикальном направлениях можно найти из следующих уравнений: 

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

На протяжении движения тела, брошенного под углом к горизонту, горизонтальная составляющая скорости не меняется, вертикальная составляющая при подъеме является равнозамедленной и на максимальной высоте подъема равняется нулю. Значит, тело, брошенное под углом к горизонту, имеет минимальную скорость в высшей точке траектории:

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

Затем из этой точки тело движется как тело, брошенное горизонтально со скоростью Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами.
Из соотношения Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами или Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами на максимальной высоте траектории находим время подъема:

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

Максимальная высота подъема тела определяется следующим соотношением:

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

Время движения тела вниз (падение) равно времени подъема, т.е. Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами. Отсюда, общее время полета:

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

Тело, брошенное под углом к горизонту, в горизонтальном направлении движется равномерно. По этой причине длина полета тела зависит только от горизонтальной составляющей скорости. Для определения дальности полета подставим выражение Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами времени полета в выражение Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами и получим:

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

или

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

Из этого выражения видно, что длина полета тела, брошенного под углом к горизонту, зависит от угла броска. На рис. 1.12 приведена зависимость длины полета и высоты подъема от угла броска. Из рисунка видно, что с увеличением угла броска увеличивается высота подъема. 

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

Длина полета тела вначале растет с ростом угла броска и достигает максимального значения при 450. Затем с дальнейшим увеличением угла броска длина полета уменьшается.
Выведем уравнение траектории движения тела, брошенного под углом к горизонту. Для этого в уравнение:

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

подставляем выражение для времени полета Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами из уравнения (1.29) и получаем уравнение траектории в следующем виде:

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

Таким образом, тело, брошенное под углом к горизонту, движется по параболе, проходящей через начало координат при Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами. В этом уравнении коэффициент перед Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами отрицательный, значит, ветви параболы направлены вниз.
В реальных условиях сопротивление воздуха сильно влияет на дальность полета. К примеру, снаряд, пущенный со скоростью 100 км/ч, в вакууме пролетает расстояние в 1000 м, а в воздухе 700 м. Из экспериментов следует, что при угле броска 30-400 тело пролетает наибольшее расстояние.
 

Образец решения задачи:

Мяч брошен со скоростью 10 м/с под углом 30° к горизонту. На какую высоту поднимется мяч?
Дано:

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

Найти:

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

Формула:

Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами

Решение:
Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами
Ответ: 1,27 м.

Основные понятия, правила и законы

Научное наблюдение Метод научного исследования системный,
активный, направленный на цель.
Гипотеза Предположение о каком-либо процессе,
явлении.
Опыт (эксперимент) Проводится для проверки гипотезы в
специальных условиях.
Модель Упрощенная версия физического процесса,
сохраняющая его главные черты.
Научная идеализация Предсказание получаемого результата в
идеальных условиях по ранее полученным
результатам.
Научная теория Набор законов, объясняющий широкую
область явлений.
Принцип соответствия В определенных рамках соответствие новой
и старой теорий.
Криволинейное равномерное
движение
Движение, траектория которого
представляет собой кривую линию,
величина скорости не меняется, а
направление изменяется по касательной к
траектории.
Принцип независимости или
суперпозиция движения
Движения, в которых участвует тело,
независимы друг от друга, и скорости
(ускорение) их движения не зависят друг от
друга.
Вертикальное движение
вверх
Движение, противоположное силе
притяжения Земли. Уравнение движения: Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами.
Вертикальное движение
вниз
Движение в направлении силы притяжения
Земли. Уравнение движения:Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами .
Переменное вращательное
движение
Вращательное движение, при котором
с течением времени меняется угловая
скорость.
Угловое ускорение Величина, определяемая отношением
изменения угловой скорости ко времени
этого изменения Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами
Формула определения
угловой скорости в
произвольный момент
времени при вращательном
равнопеременном движении
Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами
Тангенциальное ускорение Ускорение, получаемое в связи с
изменением величины скорости Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами.
Полное ускорение при
криволинейном движении
Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами
Передача движения
фрикционным способом
Движение, передаваемое с помощью
действующих поверхностей двух колес с
разными радиусами.
Ременная передача движения Движение передается от одного колеса к
другому через туго натянутый ремень.
Передача движения через
зубчатые колеса
Передача вращательного движения путем
объединения двух зубчатых колес с
разными диаметрами.
Дальность полета и скорость
при падении горизонтально
брошенного тела.
Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами
Минимальная скорость тела,
брошенного под углом к
горизонту
Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами
Высота подъема тела,
брошенного под углом к
горизонту
Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами
Время полета тела,
брошенного под углом к
горизонту
Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами
Дальность полета тела,
брошенного под углом к
горизонту
Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами
Уравнение траектории
движения тела, брошенного
горизонтально
Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами
Уравнение траектории
движения тела, брошенного
под углом к горизонту
Движение тела, брошенного под углом к горизонту в физике - формулы и определение с примерами
  • Принцип относительности Галилея
  • Движение в гравитационном поле
  • Зависимость веса тела от вида движения
  • Движение тел под воздействием нескольких сил
  • Неравномерное движение по окружности
  • Равномерное движение по окружности
  • Взаимная передача вращательного и поступательного движения
  • Движение горизонтально брошенного тела

Что такое движение тела брошенного под углом к горизонту

Определение

Движением тела под углом к горизонту в физике называют сложное криволинейное перемещение, которое состоит из двух независимых движений, включая равномерное прямолинейное движение в горизонтальном направлении и свободное падение по вертикали.

В процессе подбрасывания объекта вверх под углом к горизонту вначале наблюдают его равнозамедленный подъем, а затем равноускоренное падение. Скорость перемещения тела, относительно поверхности земли, остается постоянной.

Направление

 

На графике изображено схематичное движение тела, которое подбросили под углом к горизонту. В этом случае α является углом, под которым объект начал свое перемещение. Характеристики такого процесса будут следующими:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

  1. Направление вектора скорости тела, которое подбросили под определенным углом к горизонту, будет совпадать с касательной к траектории его перемещения.
  2. Начальная скорость отличается от направления горизонтальной линии, а обе ее проекции не равны нулю.
  3. Проекция скорости в начале движения на ось ОХ составляет (V_{ox}=V_{0}cos alpha).
  4. Проекция начальной скорости на ось ОУ равна (V_{oy}=V_{0}sin alpha).
  5. Проекция мгновенной скорости на ось ОХ следующая: (V_{x}=V_{0}cos alpha).
  6. Проекция мгновенной скорости на ось ОУ обладает нулевым значением и рассчитывается следующим образом: (V_{x}=V_{0}sin alpha-gt).
  7. Ускорение свободного падения на ось ОХ обладает нулевой проекцией, или (g_{x}=0).
  8. Проекция ускорения свободного падения на ось ОУ равна (–g), или (g_{y}=-g).

К числу кинематических характеристик движения тела, которое подбросили под углом к горизонту, относят модуль мгновенной скорости в определенное время t. Данный показатель можно рассчитать с помощью теоремы Пифагора:

(V=sqrt{V^{2}_{x}+V^{2}_{y}})

Минимальная скорость тела будет замечена в самой верхней точке траектории, а максимальная величина данной характеристики будет достигнута, когда объект только начинает перемещаться, а также в точке падения на поверхность земли. Время подъема представляет собой время, необходимое для достижения телом верхней точки траектории. За полное время объект совершает полет, то есть перемещается от начальной точки к точке приземления.

Дальность полета является перемещением объекта по отношению к оси ОХ. Такую кинематическую характеристику обозначают буквой l. По отношению к оси ОХ тело перемещается, сохраняя постоянство скорости.

Определение

Горизонтальным смещением тела называют смещение данного объекта, относительно оси ОХ.

Расчет горизонтального смещения тела в какой-либо момент времени t выполняют с помощью уравнения координаты х:

(x=x_{0}+V_{0x}t+frac{gxt^{2}}{2})

Зная следующие условия:

  • (x_{0}=0);
  • проекция ускорения свободного падения, относительно оси ОХ, также имеет нулевое значение;
  • проекция начальной скорости на ось ОХ составляет (V_{0}cos alpha).

Записанная формула приобретает следующий вид:

(x=V_{0}cos alpha t)

Мгновенной высотой принято считать высоту, на которой находится объект в определенный момент времени t. Наибольшей высотой подъема является расстояние от поверхности земли до верхней точки траектории движения тела под углом к горизонту.

Вывод формулы, как найти угол и дальность полета

Перемещение объекта, который был брошен под углом к горизонту, необходимо изобразить с помощью суперпозиций, характерных для двух типов движений:

  • равномерное горизонтальное движение;
  • равноускоренное перемещение в вертикальном направлении с ускорением свободного падения.

Движение тела

 

Скорость тела будет рассчитываться таким образом:

(v_{0x}=v_{x}=v_{0} cos alpha =const)

(v_{0y}=v_{0}sin alpha)

(v_{y}=v_{0}sin alpha-gt)

Уравнение координаты записывают в следующем виде:

(x=v_{0}cos alpha times t)

(y=v_{0}sin alpha times t-frac{gt^{2}}{2})

В любое время значения скорости тела будут равны:

(v=sqrt{v_{x}^{2}+v_{y}^{2}})

Определить угол между вектором скорости и осью ОХ можно таким образом:

(tan beta =frac{v_{y}}{v_{x}}=frac{v_{0}sin alpha -gt}{v_{0}cos alpha })

Время подъема на максимальную высоту составляет:

(t=frac{v_{0}sin alpha }{g})

Максимальная высота подъема будет рассчитана следующим образом:

(h_{max}=frac{v_{0}^{2}sin ^{2}alpha}{2g})

Полет тела будет длиться определенное время, которое можно рассчитать с помощью формулы:

(t=frac{2v_{0}sin alpha }{g})

Максимальная дальность полета составит:

(L_{max}=frac{v_{0}^{2}sin 2alpha }{g})

Примеры решения задач

В примерах, описывающих движение тела, на которое действует сила тяжести, следует учитывать, что а=g=9,8 м/с2.

Задача 1

Небольшой камень был брошен с ровной горизонтальной поверхности под углом к горизонту. Необходимо определить, какова максимальная высота подъема камня при условии, что, спустя 1 секунду после его начала движения, скорость тела обладала горизонтальным направлением.

Решение

Направление скорости будет горизонтальным в верхней точке перемещения камня. Таким образом, время, за которое он поднимется, составляет 1 секунду. С помощью уравнения времени подъема можно представить формулу произведения скорости в начале полета на синус угла, под которым бросили камень:

(V_{0}sin alpha =gt)

Данное равенство следует подставить в уравнение для расчета максимальной высоты, на которую поднимется камень, и выполнить вычисления:

(h=frac{V_{0}sin ^{2}alpha }{2g}=frac{(gt)^{2}}{2g}=frac{gt^{2}}{2}=frac{10times 1}{2}=5)

Ответ: максимальная высота подъема камня, который бросили под углом к горизонту, составляет 5 метров.

Задача 2

Из орудия выпустили снаряд, начальная скорость которого составляет 490 м/с, под углом 30 градусов к горизонту. Нужно рассчитать, какова высота, дальность и время полета снаряда без учета его вращения и сопротивления воздуха.

Решение

Систему координат и движение тела можно представить схематично:

Задача

 

Составляющие скорости, относительно осей ОХ и ОУ, будут совпадать во время начала движения снаряда:

(V_{0x}=V_{0} cos alpha) сохраняет стабильность значения в любой промежуток времени во время всего перемещения тела.

(V_{0y}=V_{0}sin alpha) будет меняться, согласно формуле равнопеременного движения (V_{y}=V_{0}sin alpha-gt).

В максимальной точке, на которую поднимется снаряд:

(V_{y}=V_{0}sin alpha-gt_{1}=0)

Из этого равенства следует:

(t=frac{V_{0sin alpha }}{g})

Полное время полета тела будет рассчитано по формуле:

(t=2t_{1}=frac{2V_{0}sin alpha }{g}=50)

Высота, на которую поднимется снаряд, определяется с помощью уравнения равнозамедленного перемещения тела:

(h=V_{0y}t_{1}-frac{gt_{1}^{2}}{2}=frac{V_{0}^{2}sin ^{2}alpha }{2g}=3060)

Дальность полета снаряда будет рассчитана таким образом:

(S=V_{0x}t=frac{V_{0}^{2}sin 2alpha }{g}=21000)

Ответ: высота составляет 3060 метров, дальность полета равна 21000 метров, время движения составит 50 секунд.

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

При решении задач с телом, брошенным под углом к горизонту, очень важно помнить, что это движение состоит из двух: тело летит горизонтально, и его скорость постоянна, и одновременно тело сначала взлетает, а потом падает, и движение в вертикальной плоскости является сначала равнозамедленным, а потом равноускоренным. Кроме того, помогает то, что в высшей точке полета вертикальная составляющая скорости тела обращается в ноль. Если всегда помнить про этот факт – не проблема решить любую задачу.

Задача 1.

Два тела брошены под углом Движение тела, брошеного под углом к горизонту и Движение тела, брошеного под углом к горизонту к горизонту с одинаковой начальной скоростью. Найти отношение дальностей полета тел и максимальных высот подъема.

Для первого тела максимальная высота подъема:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

В наивысшей точке траектории вертикальная составляющая скорости равна  нулю:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Время полета тела до апогея:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Тогда максимальная высота:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Аналогично для второго тела:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Таким образом, отношение высот подъема равно:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Теперь займемся дальностями полетов тел. Тело будет лететь по горизонтали с постоянной скоростью в течение времени Движение тела, брошеного под углом к горизонту и пролетит в итоге  Движение тела, брошеного под углом к горизонту, где Движение тела, брошеного под углом к горизонту:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Аналогично для второго тела:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Определим отношение длин полетов:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Ответ: Движение тела, брошеного под углом к горизонту, Движение тела, брошеного под углом к горизонту.

Задача 2.

Какой начальной скоростью Движение тела, брошеного под углом к горизонту должна обладать сигнальная ракета, выпущенная под углом Движение тела, брошеного под углом к горизонту к горизонту, чтобы она вспыхнула в наивысшей точке своей траектории? Время горения запала ракеты 6 с.

В наивысшей точке траектории вертикальная составляющая скорости равна  нулю:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Отсюда можно определить скорость:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Ответ: 85 м/с

Задача 3.

Два тела брошены с земли под углами Движение тела, брошеного под углом к горизонту и Движение тела, брошеного под углом к горизонту к горизонту из одной точки. Каково отношение сообщенных им начальных скоростей Движение тела, брошеного под углом к горизонту, если тела упали на землю также в одной точке?

Под_углом_все2

К задаче 3

Время полета первого тела до верхней точки:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Полное время полета:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Вертикальная составляющая скорости тела:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Горизонтальная составляющая:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Дальность полета тела:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Аналогично для второго тела:

Время полета второго тела до верхней точки:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Полное время полета:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Вертикальная составляющая скорости тела:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Горизонтальная составляющая:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Дальность полета тела:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Возьмем отношение дальностей и приравняем к 1, так как тела шлепнулись в одном месте:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Подставим числа:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Ответ: Движение тела, брошеного под углом к горизонту.

Задача 4.

Мальчик бросает мяч со скоростью Движение тела, брошеного под углом к горизонту м/с под углом в Движение тела, брошеного под углом к горизонту в сторону стены, стоя на расстоянии 4 м от нее. На каком расстоянии от стены должен встать мальчик, чтобы поймать мяч? Удар мяча о стенку считать абсолютно упругим.

Под_углом_все1

К задаче 4

Сначала выясним, в каком месте траектории находился мяч, когда ударился о стенку: был ли он на первой ее половине, или же он уже прошел точку максимального подъема? От этого зависит угол, под которым мяч подлетел к стенке, а раз удар абсолютно упругий, значит, мячик и отскочил под этим же углом. Поэтому сначала найдем середину траектории мяча, как если бы стенки не было.

Время полета мяча до верхней точки:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Вертикальная составляющая скорости мяча:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Горизонтальная составляющая:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Дальность полета мяча до верхней точки траектории:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Итак, мячик не долетел до верхней точки траектории, теперь можно изобразить стенку и траекторию полета мяча:

Под_углом_все3

Отскок мяча

Из рисунка видно, что, поскольку угол падения равен углу отражения, то траектория отскока мячика будет полностью повторять его траекторию полета без стенки, только в виде отражения:

Как мы выяснили ранее, мячику лететь до верхней точки траектории 5 м, значит, всего он пролетел бы 10 метров, но стенка помешала. Траектория оказалась разбита ею на два куска: 4 и 6 м, 4 до стенки, и 6 – после отскока. Таким образом, мальчику надо отступить на 2 метра, чтобы поймать мяч.

Ответ: отступить на 2 м, расстояние от стены  — 6 м.

Задача 5. Тело брошено со скоростью 20 м/с  под углом Движение тела, брошеного под углом к горизонту к горизонту. Найти координаты точек траектории тела, в которых вектор скорости составляет с горизонтом угол Движение тела, брошеного под углом к горизонту, если начало координат – точка бросания тела?

Горизонтальная составляющая скорости тела сохраняется постоянной на всем пути, она равна Движение тела, брошеного под углом к горизонту. Скорость будет составлять угол в Движение тела, брошеного под углом к горизонту с горизонтом только тогда, когда вертикальная составляющая скорости будет равна горизонтальной составляющей по модулю, так как скорость может составлять с горизонтом как положительный, так и отрицательный угол – когда тело уже прошло верхнюю точку траектории и снижается. То есть подходящих нам точек траектории у тела 2: на взлете и при падении.

Под_углом_все4

К задаче 5

Тогда:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Это произойдет в момент времени, равный:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Очевидно, что координата тела по оси Движение тела, брошеного под углом к горизонту не будет отличаться для обеих точек. Найдем ее:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Координату по оси Движение тела, брошеного под углом к горизонту первой точки (на взлете) найдем, подставив известное время в формулу движения с постоянной скоростью:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Координата второй точки по оси Движение тела, брошеного под углом к горизонту получится, если найденное только что расстояние вычесть из полного пути, пройденного  телом – ведь точки расположены на траектории симметрично. Полный путь тело пройдет за полное время движения, а оно равно удвоенному времени взлета:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Тогда искомая координата:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Теперь давайте все это посчитаем:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Ответ: Движение тела, брошеного под углом к горизонту м, Движение тела, брошеного под углом к горизонту м, Движение тела, брошеного под углом к горизонту м.

Задача 6.

С вершины горы бросают камень под углом Движение тела, брошеного под углом к горизонту к горизонту.  Определить начальную скорость камня, если он упал на расстоянии 20 м от точки бросания. Угол наклона горы к горизонту также Движение тела, брошеного под углом к горизонту.

Под_углом_все5

К задаче 6

Удобно ввести систему координат так, чтобы ось Движение тела, брошеного под углом к горизонту совпадала со склоном горы, а ось Движение тела, брошеного под углом к горизонту была бы направлена перпендикулярно склону. Тогда, в такой системе координат, тело будет двигаться с ускорением как по оси Движение тела, брошеного под углом к горизонту, так и по оси Движение тела, брошеного под углом к горизонту. Начальная скорость тела будет направлена под углом Движение тела, брошеного под углом к горизонту к склону, и ее можно разложить на составляющие:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Таким же образом разложим и ускорение свободного падения:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Когда тело доберется до верхней точки траектории, его вертикальная составляющая скорости обратится в ноль:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Откуда найдем время полета до верхней точки:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Полное время полета – вдвое больше:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

За полное время тело, двигаясь равноускоренно, пролетит вдоль оси Движение тела, брошеного под углом к горизонту расстояние:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

По условию Движение тела, брошеного под углом к горизонту, поэтому

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Ответ: Движение тела, брошеного под углом к горизонту м/с

Задача 7.

Из пушки выпустили последовательно 2 снаряда со скоростью Движение тела, брошеного под углом к горизонту м/с: первый — под углом Движение тела, брошеного под углом к горизонту к горизонту, второй – под углом Движение тела, брошеного под углом к горизонту (азимут один и тот же). Найти интервал времени между выстрелами, при котором снаряды столкнутся друг с другом.

Под_углом_все6

К задаче 7

Чтобы снаряды столкнулись в воздухе, а произойти это может только на второй половине траектории при заданных углах, нужно, чтобы были равны координаты снарядов по оси Движение тела, брошеного под углом к горизонту и по  оси Движение тела, брошеного под углом к горизонту.

Раскладываем скорости по осям:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Из условия равенства нулю вертикальной составляющей скорости получаем половинку времени полета первого снаряда:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Полное время полета первого снаряда:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Полное время полета второго снаряда:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Снаряды будут лететь по оси Движение тела, брошеного под углом к горизонту с постоянной скоростью, и пролетят

Первый:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Второй:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Так как их координаты равны, то приравняем:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Откуда получаем соотношение:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

По оси Движение тела, брошеного под углом к горизонту первый снаряд пролетит:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Второй снаряд пролетит:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Приравняем:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Заменим Движение тела, брошеного под углом к горизонту на Движение тела, брошеного под углом к горизонту:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Сокращаем:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Получим время Движение тела, брошеного под углом к горизонту:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Отсюда время Движение тела, брошеного под углом к горизонту:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

И разность времен:

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Движение тела, брошеного под углом к горизонту

Ответ: 10,56 с

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как найти деньги вконтакте
  • Как найти спонсора на дрифт
  • Найти с помощью как удалить
  • Как по отрывку песни найти полную песню
  • Как найти богатого мужа в москве