Мгновенная и средняя скорость

Время

Иногда возникает ситуация, когда требуется узнать за какое время тело преодолеет то или иное расстояние.

Например, от дома до спортивной секции 1000 метров. Мы должны доехать туда на велосипеде. Наша скорость будет 500 метров в минуту (500м/мин). За какое время мы доедем до спортивной секции?

Если за одну минуту мы будем проезжать 500 метров, то сколько таких минут с пятью ста метрами будет в 1000 метрах?

Очевидно, что надо разделить 1000 метров на то расстояние, которое мы будем проезжать за одну минуту, то есть на 500 метров. Тогда мы получим время, за которое доедем до спортивной секции:

1000 : 500 = 2 (мин)

Время движения обозначается маленькой латинской буквой t.

Скорость при неравномерном движении

Скорость – величина, показывающая, какое расстояние проходит материальная точка за единицу времени:

$$v= {S\over t}$$

Рис. 1. Скорость равномерного прямолинейного движения.

Однако, для определения положения материальной точки в любой момент времени, во многих случаях эту формулу применять нельзя.

В самом деле, если провести опыт, можно видеть, что на Земле предмет падает с высоты 20м за 2.02с. Откуда следует, что скорость падения составляет:

$$v={20\over 2.02}=9.9(м/с)$$

Выходит, что через полсекунды после начала падения предмет окажется на 5м ниже, чем исходная точка, через секунду – на 9.9м ниже.

Однако, проведя реальное измерение, можно убедиться, что это совсем не так. За первую секунду предмет пройдет только 4.9м. А за первые полсекунды – всего лишь 1.23м ! Если же высота падения будет больше, то за три секунды путь составит не 29.7м, как следует из формулы, а больше 40м !

Рис. 2. Стробоскопическое фото свободного падения.

Причина такого расхождения с расчетом состоит в том, что предмет под действием тяготения Земли движется неравномерно, постоянно изменяя скорость. И на каком бы участке мы не измерили его скорость – полученное значение будет различно, и его невозможно будет использовать в расчетах и уравнениях для других участков.

Свести неравномерное движение к равномерному невозможно.

Как выражается формула расчета

Пусть точка движется по определенной траектории. Есть два варианта такого перемещения: прямолинейное и криволинейное движение. Помимо траектории перемещения точки, нам известна связь пути s и времени t. Путь измеряется от начальной точки траектории. При этом любая точка имеет собственную величину s. Значит, радиус-вектор — это функция от s. Траекторию зададим уравнением:

\(\overset\rightharpoonup r=\overset\rightharpoonup r(s)\)

Производную сложной функции \(\overset\rightharpoonup r(s(t))\) найдем по правилу дифференцирования:

\(\overset\rightharpoonup v=\frac{d\overset\rightharpoonup r}{dt}=\frac{d\overset\rightharpoonup r}{ds}\cdot\frac{ds}{dt}\)

По произведению МС ее величина: \(v=\frac{ds}{dt}.\)

Пусть \(\triangle s\) — расстояние между двумя точками на траектории. \(\left|\triangle\overset\rightharpoonup r\right|\) — расстояние между двумя точками по кратчайшему пути, то есть, прямой. При сближении этих точек разница между \(\triangle \)s и \(\left|\triangle\overset\rightharpoonup r\right|\) уменьшается. Тогда:

\(\frac{d\overset\rightharpoonup r}{ds}=\lim_{\triangle s\rightarrow0}(\frac{\triangle\overset\rightharpoonup r}{\left|\triangle r\right|}\cdot\frac{\left|\triangle r\right|}{\triangle s})=\overset\rightharpoonup\tau\)

Где \(\overset\rightharpoonup\tau\) — единичный вектор, который является касательным к траектории движения точки. Значит, для записи МС можно использовать формулу:

\(\overset\rightharpoonup v=v\overset\rightharpoonup\tau\)

Так, мгновенная скорость точки при прямолинейном движении — это вектор, направленный по траектории ее движения.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Урок разработан в соответствии с ФГОС. По типу уроков является проблемным.

Презентация к уроку 5 4 класс учебник М.З. Биболетова — содержит материал для фонетической и лексической разминки, грамматические задания и правила «Построение специальных вопросов».

Презентация выполнена к уроку окружающего мира в 4 классе, УМК «Гармония» по теме «Время: Как человек научился считать время».

Решение задач на время, повторение видов углов, и таблиц единиц длины, массы, площади.

Проверочная работа по теме «Время» для 2 класса, система развивающего обучения Занкова. В работе два варианта, в каждом шесть заданий. Задание №1 (Реши задачу) обязательно для всех. Из остальных .

Методическая разработка открытого урока «Простое прошедшее время» включает в себя план-конспект к уроку и презентацию по уроку.

Контрольная работа состоит из 6 заданий, которые включают в себя не только повторение грамматики, но и лексики. В работе используется лексика по теме: «Погода». Также есть задание на обобщение.

Средняя и мгновенные скорости

Скорость может быть различной не только у разных тел, но и у одного и того же тела в разные моменты времени. Для описания движения, при котором скорость меняется, используются два метода.

Во-первых, мы можем пренебречь изменением скорости на рассматриваемом участке. Разделив общую длину пути $S_{общ}$ на время его прохождения $t_{общ}$, мы получим среднюю скорость:

$$v_{ср}= {S_{общ}\over t_{общ}}$$

Во-вторых, мы можем разбить весь путь на много участков. Даже если скорость тела при прохождении участка менялась, то чем меньше такой участок, тем меньше будет изменение скорости. В пределе каждый участок длиной $ΔS$, пройденный за время $Δt$ «стягивается» в точку, скорость прохождения которой постоянна. Скорость, найденная таким методом, называется мгновенной:

$$v_{мгнов}= {ΔS\over {Δt}}, при ΔS \rightarrow 0,Δt\rightarrow 0$$

Мгновенная скорость используется там, где необходимо знать точное значение скорости в конкретном месте пути

Средняя скорость используется там, где важно знать общий результат прохождения рассматриваемого пути

Рис. 3. Средняя и мгновенная скорости.

Что мы узнали?

Скорость материальной точки равна отношению пройденного пути за время его прохождения. Скорость бывает средней и мгновенной. В системе СИ скорость измеряется в метрах в секунду.

Тест по теме

1. Вопрос 1 из 5

Начать тест(новая вкладка)

Виды движения

Как известно, движение может быть равномерным, а может быть равноускоренным (равнозамедленным). Если из названия непонятно, каковы различия всех этих трех видов движения, то попробуем объяснить более конкретно. Равномерным движением называется движение, осуществляемое при постоянной скорости тела или материальной точки. В то же время равноускоренным движением называется движение, осуществляемое при наличии постоянного ускорения. Равнозамедленное движение – аналог равноускоренного, только ускорение при этом будет отрицательным.

На деле все выглядит так. При равномерном движении есть постоянная скорость, но ускорение отсутствует. Оно равно нулю. Тело при этом за одинаковые промежутки времени будет проходить одинаковые расстояния (если соответствующие условия не изменяются, нет никаких внешних воздействий). О каких воздействиях идет речь? На бумаге все выглядит идеально. Посмотрели на скорость, посмотрели на дистанцию, нашли время. Вот из этих трех параметров – время, скорость, расстояние – складывается своеобразный равносторонний треугольник, на котором строятся многие задачи.

Как найти скорость, если известно время и расстояние?

Для то, чтобы найти скорость, если известно время и расстояние, нужно расстояние разделить на время. Пример такой задачи:

Решение задачи на движение:

1. В черновик записываем, что нам известно расстояние и время.
2. Из условия задачи определяем, что нужно найти скорость
3. Вспоминаем формулу для нахождения скорости.

Формулы для решения таких задач показаны на картинке ниже.

Формулы для решения задач про расстояние, время и скорость

Подставляем известные данные и решаем задачу:

Расстояние до норы — 3 километра

Время, за которое Заяц добежал до норы — 3 минуты

Скорость — неизвестна

Запишем эти известные данные математическими знаками

S — 3 километра

 t — 3 минуты

v — ?

Записываем формулу для нахождения скорости

v = S : t

Теперь запишем решение задачи цифрами:

v = 3 : 3 = 1 км/мин

Волк может бежать со скоростью 60 км/час

Как найти скорость?

Чтобы найти скорость тела в определенный момент времени, найти начальную скорость или конечную, необходимо для начала разобраться с типом движения. Если оно равномерное, то все достаточно просто. Для того чтобы найти скорость в этом случае, следует просто поделить пройденное телом расстояние на прошедшее время. Это и будет ответ. Немного сложнее дело обстоит в том случае, если движение равноускоренное или равнозамедленное.

Допустим, что тело в течение некоторого периода времени ускоряется. Вот одна из формул, которая может быть применена к задаче подобного рода: S = V0t +(-) at^2/2. В выражении в качестве результата (левая часть уравнения) указано пройденное телом расстояние. В правой части у нас слева направо располагается начальная скорость, время, ускорение. Почему указаны два знака? Если тело разгоняется, ускорение будет положительным, перед слагаемым будет ставиться знак “плюс”. Если ускорение отрицательное, перед слагаемым будет ставиться знак “минус”.

Определение и формула угловой скорости

Определение

Круговым движением точки вокруг некоторой оси называют движение, при котором траекторией точки является окружность
с центром, который лежит на оси вращения, при этом плоскость окружности перпендикулярна этой оси.

Вращением тела вокруг оси называют движение, при котором все точки тела совершают круговые движения около этой оси.

Перемещение при вращении характеризуют при помощи угла поворота
$(\varphi)$ . Часто используют вектор элементарного поворота
$\bar{d\varphi}$ , который равен по величине элементарному углу поворота тела
$(d \varphi)$ за маленький отрезок времени dt и направлен по мгновенной оси вращения в сторону,
откуда этот поворот виден реализующимся против часовой стрелки. Надо отметить, что только элементарные угловые перемещения являются векторами.
Углы вращения на конечные величины векторами не являются.

Определение

Угловой скоростью называют скорость изменения угла поворота и обозначают ее обычно буквой
$\omega$ . Математически определение угловой скорости записывают так:

$$\bar{\omega}=\frac{d \bar{\varphi}}{d t}=\dot{\bar{\varphi}}(1)$$

Угловая скорость — векторная величина (это аксиальный вектор). Она имеет направление вдоль мгновенной оси вращения совпадающее
с направлением поступательного правого винта, если его вращать в сторону вращения тела (рис.1).

Вектор угловой скорости может претерпевать изменения как за счет изменения скорости вращения тела вокруг оси (изменение модуля угловой скорости),
так и за счет поворота оси вращения в пространстве ($\bar{\omega}$ при этом изменяет направление).

Как найти расстояние, если известно время и скорость?

Чтобы найти расстояние, если известно время и скорость нужно время умножить на скорость. Пример такой задачи:

Решение задачи: Записываем в черновик, что нам известно из условия задачи:

Скорость Зайца — 1 километр за 1 минуту

Время, которое Заяц бежал до норы — 3 минуты

Расстояние — неизвестно

Теперь, то же самое запишем математическими знаками:

v — 1 км/мин

 t — 3 минуты

S — ?

Вспоминаем формулу для нахождения расстояния:

S = v ⋅ t 

Теперь запишем решение задачи цифрами:

S = 3 ⋅ 1 = 3 км

Может быть, они умеют дружить?

Как научиться решать более сложные задачи?

Чтобы научиться решать более сложные задачи нужно понять как решаются простые, запомнить какими знаками обозначаются расстояние, скорость и время. Если не получается запомнить математические формулы их нужно выписать на лист бумаги и всегда держать под рукой во время решения задач. Решайте с ребенком несложные задачи, которые можно придумать на ходу, например во время прогулки.

Ребенок, который умеет решать задачи, может гордиться собой

Единицы измерения

Когда решают задачи про скорость, время и расстояние, очень часто делают ошибку, из-за того, что забыли перевести единицы измерения.

Единицы измерения для решения задач про скорость, время и расстояние

Для любознательных: Общепринятая сейчас система мер называется метрической, но так было не всегда, и в старину на Руси использовали другие единицы измерения.

Единицы измерения

Задача про удава: Слоненок и мартышка мерили длину удава шагами. Они двигались навстречу друг другу. Скорость мартышка была 60 см за одну секунду, а скорость слоненка 20 см за одну секунду. На измерение они потратили 5 секунд.  Какова длина удава? (решение под картинкой)

Как узнать длину удава?

Решение: 

Из условия задачи определяем, что нам известно скорость мартышки и слоненка и время, которое им понадобилось для измерения длины удава.

Запишем эти данные:

Скорость мартышки — 60 см/сек

Скорость слоненка — 20 см/сек

Время — 5 секунд

Расстояние неизвестно

Запишем эти данные математическими знаками:

v1 — 60 см/сек

v2 — 20 см/сек

t — 5 секунд

S — ?

Запишем формулу для расстояние, если известна скорость и время:

S = v ⋅  t 

Посчитаем, какое расстояние прошла мартышка:

S1 = 60 ⋅ 5 = 300 см

Теперь посчитаем, сколько прошел слоненок:

S2 = 20 ⋅ 5 = 100 см

Суммируем расстояние, которое прошла мартышка и расстояние, которое прошел слоненок:

S = S1 + S2 = 300 + 100 = 400 см

Как найти скорость сближения?

Допустим, что у нас есть два тела, которые движутся с известными скоростями. В общем виде пускай это будет V1 и V2. Тогда скорость их сближения будет равна модулю разности. То есть V1 – V2, взятое со знаком “плюс”. Модуль берется для того, чтобы не вдаваться в векторные нюансы, то есть не работать с направлением скоростей, поскольку скорость, как и ускорение, — величина не скалярная, а векторная. Но усложнения в школьной программе ни к чему (по крайней мере, подобные), поэтому применяется модуль.

В этой статье мы приведем распространенную формулу в физике, связанную со скоростью, временем и расстоянием. Каким образом указать, как с помощью нее можно вычислить любой из трех компонентов? Хотите на примерах убедиться, как решать такие задачи? Тогда приступим.

Чтобы рассчитать физические величины скорость, время и расстояние, необходимо понимать, что это величины связанные с процессом движения. Движение может быть равноускоренное, равнозамедленное, равномерное. Соответственно, при равноускоренном и равнозамедленном движении, скорость тела изменяется со временем. При равномерном движении скорость тела постоянна.

1. Чтобы найти скорость, необходимо расстояние разделить на время. Допустим, обозначим, что эти символы означают: V – c корость, s — путь, t — время. V = S / t. Например, время за которое движется поезд 2 часа. Он прошёл расстояние 120 км/ч. Какова скорость с которой шёл поезд? Решение : 120/2=60 км/ч
2. Чтобы найти путь, необходимо скорость умножить на время. Символы означают: V – cкорость, s — путь, t — время. S = V * t. Пример: скорость с которой движется автобус 120 км/ч, а время которое необходимо ему, чтобы добраться до пункта назначения — 4 часа. Какое расстояние необходимо пройти автобусу? Ответ: 120 к/ч* 4= 480 км. Вот расстояние которое прошел автобус.
3. Как узнать время? Используем те же самые символы. Итак V – cкорость, s — путь, t — время. t = S / v . Например, путь который проехал велосипедист 90 км со скоростью 30 км/ч. Каково время, за которое он проехал ? 90/30 =3 км/ч

Вот Вы и узнали, как найти скорость, время, расстояние. Зная расстояние и время, мы способны найти скорость. Соответственно, зная путь и скорость, мы способны вычислить расстояние. А зная скорость и расстояние – время. Таким образом, чтобы найти один из компонентов, нам необходим другой компонент.

Скорость движения материальной точки

Движение материальных точек состоит в изменении их положения в Системе Отсчета с течением времени. Изучение этого явления показывает, что оно совершается с разной быстротой. За один и тот же промежуток времени разные материальные точки могут проходить разные расстояния. Поэтому вводится специальная величина для количественной характеристики этой быстроты – скорость.

Скорость материальной точки обозначается латинской буквой $v$ и равна отношению пройденного пути $S$ ко времени его прохождения:

$v = { S \over t}$

Чем больше путь, пройденный точкой за некоторое время, тем больше скорость этой точки.

Из формулы скорости материальной точки можно получить единицу скорости. Поскольку единицей расстояния в системе СИ являются метры, а единицей времени – секунды, то единицей скорости являются метры в секунду.

Взаимосвязь скорости, времени, расстояния

Скорость принято обозначать маленькой латинской буквой v, время движения – маленькой буквой t, пройденное расстояние – маленькой буквой s. Скорость, время и расстояние связаны между собой.

Если известны скорость и время движения, то можно найти расстояние. Оно равно скорости, умноженной на время:

s = v × t

Например, мы вышли из дома и направились в магазин. Мы дошли до магазина за 10 минут. Наша скорость была 50 метров в минуту. Зная свою скорость и время, мы можем найти расстояние.

Если за одну минуту мы прошли 50 метров, то сколько таких пятьдесят метров мы пройдем за 10 минут? Очевидно, что умножив 50 метров на 10, мы определим расстояние от дома до магазина:

v = 50 (м/мин)

t = 10 минут

s = v × t = 50 × 10 = 500 (метров до магазина)

Если известно время и расстояние, то можно найти скорость:

v = s : t

Например, расстояние от дома до школы 900 метров. Школьник дошел до этой школы за 10 минут. Какова была его скорость?

Скорость движения школьника это расстояние, которое он проходит за одну минуту. Если за 10 минут он преодолел 900 метров, то какое расстояние он преодолевал за одну минуту?

Чтобы ответить на этот, нужно разделить расстояние на время движения школьника:

s = 900 метров

t = 10 минут

v = s : t = 900 : 10 = 90 (м/мин)

Если известна скорость и расстояние, то можно найти время:

t = s : v

Например, от дома до спортивной секции 500 метров. Мы должны дойти до неё пешком. Наша скорость будет 100 метров в минуту (100 м/мин). За какое время мы дойдем до спортивной секции?

Если за одну минуту мы будем проходить 100 метров, то сколько таких минут со ста метрами будет в 500 метрах?

Чтобы ответить на этот вопрос нужно 500 метров разделить на расстояние, которое мы будем проходить за одну минуту, то есть на 100. Тогда мы получим время, за которое мы дойдем до спортивной секции:

s = 500 метров

v = 100 (м/мин)

t = s : v = 500 : 100 = 5 (минут до спортивной секции)

Понравился урок? Вступай в нашу новую группу Вконтакте и начни получать уведомления о новых уроках

Онлайн конвертер

бит в секунду (бит/с)байт в секунду (Б/с)килобит в секунду (Kбит/с)кибибит в секунду (Кибит/с)килобайт в секунду (Кбайт/с)кибибайт в секунду (КиБ/с)мегабит в секунду (Мбит/с)мебибит в секунду (Мибит/с)мегабайт в секунду (Мбайт/с)мебибайт в секунду (МиБ/с)гигабит в секунду (Гбит/с)гибибит в секунду (Гибит/с)гигабайт в секунду (Гбайт/с)гибибайт в секунду (ГиБ/с)терабит в секунду (Тбит/с)тебибит в секунду (Тибит/с)терабайт в секунду (Тбайт/с)тебибайт в секунду (ТиБ/с) =бит в секунду (бит/с)байт в секунду (Б/с)килобит в секунду (Kбит/с)кибибит в секунду (Кибит/с)килобайт в секунду (Кбайт/с)кибибайт в секунду (КиБ/с)мегабит в секунду (Мбит/с)мебибит в секунду (Мибит/с)мегабайт в секунду (Мбайт/с)мебибайт в секунду (МиБ/с)гигабит в секунду (Гбит/с)гибибит в секунду (Гибит/с)гигабайт в секунду (Гбайт/с)гибибайт в секунду (ГиБ/с)терабит в секунду (Тбит/с)тебибит в секунду (Тибит/с)терабайт в секунду (Тбайт/с)тебибайт в секунду (ТиБ/с)Округление ответа: до целогодо десятыхдо сотыхдо тысячныхдо 4 знаковдо 5 знаковдо 6 знаковдо 7 знаковдо 8 знаковдо 9 знаковдо 10 знаковбез округления*

Чтобы перевести скорость передачи данных из одних единиц измерения в другие, введите значение и выберите единицы измерения скорости.

Скорость

Скоростью называют расстояние, пройденное телом за единицу времени. Под единицей времени подразумевается 1 час, 1 минута или 1 секунда.

Предположим, что двое школьников решили проверить, кто быстрее добежит от двора до спортплощадки. Расстояние от двора до спортплощадки 100 метров. Первый школьник добежал за 25 секунд. Второй за 50 секунд. Кто добежал быстрее?

Быстрее добежал тот, кто за 1 секунду пробежал бóльшее расстояние. Говорят, что у него скорость движения больше. В данном случае скорость школьников это расстояние, которое они пробегают за 1 секунду.

Чтобы найти скорость, нужно расстояние разделить на время движения.  Давайте найдём скорость первого школьника. Для этого разделим 100 метров на время движения первого школьника, то есть на 25 секунд:

100 м : 25 с = 4

Если расстояние дано в метрах, а время движения в секундах, то скорость измеряется в метрах в секунду (м/с). Если расстояние дано в километрах, а время движения в часах, скорость измеряется в километрах в час (км/ч). 

У нас расстояние дано в метрах, а время в секундах. Значит скорость измеряется в метрах в секунду (м/с)

100м : 25с = 4 (м/с)

Итак, скорость движения первого школьника составляет 4 метра в секунду (м/с).

Теперь найдем скорость движения второго школьника. Для этого разделим расстояние на время движения второго школьника, то есть на 50 секунд:

100 м : 50 c = 2 (м/с)

Значит скорость движения второго школьника составляет 2 метра в секунду (м/с).

Скорость движения первого школьника — 4 (м/с)
Скорость движения второго школьника — 2 (м/с)

4 (м/с) > 2 (м/с)

Скорость первого школьника больше. Значит он добежал до спортплощадки быстрее. Скорость обозначается латинской буквой v.

Скорость

Что же такое «скорость»? Можно наблюдать, как одна машина едет быстрее, другая –медленее; один человек идет быстрым шагом, другой – не торопится. Велосипедисты тоже едут с разной скоростью. Да! Именно скоростью. Что же под ней подразумевается? Конечно же, расстояние, которое прошел человек. проехала машина за какое-то определенное время. Допустим, что скорость человека 5 км/ч. То есть за 1 час он прошел 5 километров.

Как находить скорость, время, расстояние? Начнем со скорости. Посмотрите внимательно, в чем она измеряется? Естественно, км/ч, м/с. Существуют и другие единицы измерения, например, км/с (в космонавтике), мм/ч (в биохимии)

Обратите внимание на то, что стоит перед знаком «/» и после. Во-первых, он означает «дробь», а значит, в числителе – мм, км, м, в знаменателе – ч, с, мин

Во-вторых, кажется это напоминает формулу, не правда ли? Километры, метры – расстояние, длина, а час, секунда, минута – время. Вот вам и подсказка. Чтобы проще было запомнить, как находить скорость, посмотрите не единицы измерения (км/ч, м/с). Одними словами:

Где упоминается скорость тела?

На самом деле, в реальном мире мы сталкиваемся со скоростью ежесекундно. Если так подумать, на Земле постоянно что-то да находится в движении. Вы можете попробовать возразить, ограничившись, например, пределами своей комнаты. То есть, по мнению некоторых людей, ночью в комнате ничего не движется. Кровати, шкафы, стулья, стол и прочие предметы находятся на своих местах, в то время как сам человек спит, то есть не движется.

Следовательно, скорость любого элемента данной системы (комнаты, как мы условились считать) равна нулю. Да, в этом что-то есть, и с одной стороны, человек, выдвинувший такое предположение, мог оказаться правым. Но не следует забывать о том, что своеобразную систему представляет собой сама наша планета Земля, а не только предметы, которые на ней находятся. А ведь все мы знаем, что ежесекундно Земля вращается вокруг своей оси. В этой системе отсчета все тела, находящиеся в пределах планеты, также совершают движение. Поэтому говорить о том, что предмет, который, казалось бы, не двигается, находится в абсолютном покое, нельзя. Это первое, что нужно было бы сказать о скорости тела.

С детской скамьи мы учимся решать много задач не только физического, но и математического характера. Их в настоящее время не так много, и ставка делается больше на гуманитарные дисциплины наподобие иностранного языка, хотя они не должны преподаваться в ущерб родному языку и техническим дисциплинам. Но речь немного не об этом. Так вот, понятие скорости тела мы можем встретить не только в задачах по физике, хотя там она встречается, пожалуй, наиболее часто. Несколько реже, но все же фигурирует скорость тела и в задачах по математике.

Наверняка все помнят эти до ужаса ненавистные (в большинстве случаев) задачи, в которых требовалось найти, через сколько времени встретятся два автомобиля, если они движутся с такими-то скоростями. Условия при этом могут быть самые разные. То движение происходит по круговой траектории (спортсмены на велосипедах или мотоциклах), то по прямолинейной траектории. В общем, задач множество. И как бы там ни было, а наша задача заключается в том, чтобы понять, что нужно делать, столкнувшись с вопросом о том, как найти скорость в том или ином случае.

Как найти скорость?

Чтобы найти скорость тела в определенный момент времени, найти начальную скорость или конечную, необходимо для начала разобраться с типом движения. Если оно равномерное, то все достаточно просто. Для того чтобы найти скорость в этом случае, следует просто поделить пройденное телом расстояние на прошедшее время. Это и будет ответ. Немного сложнее дело обстоит в том случае, если движение равноускоренное или равнозамедленное.

Допустим, что тело в течение некоторого периода времени ускоряется. Вот одна из формул, которая может быть применена к задаче подобного рода: S = V0t +(-) at^2/2. В выражении в качестве результата (левая часть уравнения) указано пройденное телом расстояние. В правой части у нас слева направо располагается начальная скорость, время, ускорение. Почему указаны два знака? Если тело разгоняется, ускорение будет положительным, перед слагаемым будет ставиться знак “плюс”. Если ускорение отрицательное, перед слагаемым будет ставиться знак “минус”.

Время

Что из себя представляет время? Разумеется, оно зависит от скорости. Например, вы ждете у порога дома маму и старшего брата. Они идут из магазина. Брат дошел намного раньше. Маму пришлось ждать еще минут 5. Почему? Потому что они шли с разной скоростью. Разумеется, чтобы быстрее добраться до места назначения, нужно прибавить скорость: ускорить шаг, надавить на «газ» в авто посильнее, разогнаться на велосипеде. Только при спешке будьте осторожны и бдительны, чтобы не врезаться в кого-то или во что-то.

Как находить время? У скорости есть подсказка – км/ч. А как быть со временем? Во-первых, время измеряется в минутах, секундах, часах. Формула «скорость, время, расстояние» здесь преображается следующим образом:

время t=S/v[м/с, мм/мин, км/ч].

Если преобразовать дробь по всем правилам математики, сократить параметр расстояния (длины), то останется только секунда, минута или час.

Ссылки

Определение и формула скорости

Мгновенной скоростью (или чаще просто скоростью) материальной точки называется физическая величина равная первой производной от радиус–вектора $\bar$ точки по времени (t). Обозначают скорость обычно буквой v. Это векторная величина. Математически определение вектора мгновенной скорости записывается как:

Скорость имеет направление указывающее направление движения материальной точки и лежит на касательной к траектории ее движения. Модуль скорости можно определить как первую производную от длины пути (s) по времени:

Скорость характеризует быстроту перемещения в направлении движения точки по отношениюк рассматриваемой системе координат.

Примеры решения задач

Пример

Задание. Движение тела с неподвижной осью задано уравнением
$\varphi=2 t-4 t^{3}$,
$(\varphi)$ в рад, t в сек.
Начало вращения при t=0 c. Положительным считают углы указанные направлением стрелки (рис.2). В каком направлении (
относительно часовой стрелки поворачивается тело) в момент времени t=0,5 c.

Решение. Для нахождения модуля угловой скорости применим формулу:

$$\omega=\frac{d \varphi}{d t}(1.1)$$

Используем заданную в условии задачи функцию
$\varphi(t)$, возьмем производную от нее по времени, получим функцию
$\omega(t)$:

$$\omega(t)=2-8 t^{2}(1.2)$$

Вычислим, чему будет равна угловая скорость в заданный момент времени (при t=0,5 c):

$$\omega(t)=2-8(0,5)^{2}=0\left(\frac{r a d}{c}\right)$$

Ответ. В заданный момент времени тело имеет угловую скорость равную нулю, следовательно, она останавливается.

Слишком сложно?

Формула угловой скорости не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание. Скорости вращения тела заданы системой уравнений:

$$\left\{\begin{array}{c}\bar{\omega}_{1}=t^{2 \bar{i}} \\ \bar{\omega}_{2}=2 t^{2} \bar{j}\end{array}\right.$$

где $\bar{i}$ и
$\bar{j}$ – единичные ортогональные векторы. На какой угол $(\varphi)$ поворачивается тело за время равное 3 с?

Решение. Определим, какова функция, которая связывает модуль скорости вращения тела и время (t)
($\omega(t)$). Так как вектора
$\bar{i}$ и
$\bar{j}$ перпендикулярны друг другу, значит:

$$\omega=\sqrt{\omega_{1}^{2}+\omega_{2}^{2}}=\sqrt{\left(t^{2}\right)^{2}+\left(2 t^{2}\right)^{2}}=t^{2} \sqrt{5}(2.2)$$

Модуль угловой скорости связан с углом поворота как:

$$\omega=\frac{d \varphi}{d t}(2.3)$$

Следовательно, угол поворота найдем как:

$$\varphi=\int_{t_{1}}^{t_{2}} \omega d t=\int_{0}^{3} t^{2} \sqrt{5} d t=\left.\sqrt{5} \frac{t^{3}}{3}\right|_{0} ^{3} \approx 20(\mathrm{rad})$$

Ответ. $\varphi = 20$ рад.

Читать дальше: Формула удельного веса.

Формула мгновенной скорости

Определение

Мгновенная скорость (обычно просто скорость) — это векторная величина, равная первой производной от радиус-вектора ($\overline{r}$), определяющего положение движущейся материальной точки, по времени ($t$):

\

Представим вектор $\overline{r}$ в декартовой системе координат в виде:

где $\overline{i}$; $\overline{j}$; $\overline{k}$ — единичные орты соответствующих осей координат, постоянные во времени, при этом формулой скорости можно считать выражение:

Проекциями вектора скорости на оси координат X, Y,Z являются:

Величину (модуль) скорости найдем в соответствии с формулой:

Если движение задается при помощи параметров траектории, что означает: известны траектория и функция пути от времени ($s(t)$); путь отсчитывают от точки траектории, которую считают начальной; каждая точка траектории характеризуется своей величиной $s$; радиус — вектор является функцией от $s,$ и траекторию можно задать при помощи уравнения:

в таком случае в формуле (1) $\overline{r}\left(t\right)$ будем рассматривать как сложную функцию: $\overline{r}\left$, формулой скорости станет:

Величина $\Delta s$ — это расстояние между двумя точками по траектории движения тела. Модуль $\left|\Delta \overline{r}\right|$ — расстояние между этими точками по кратчайшему направлению — прямой. При сближении рассматриваемых двух точек разница между $\Delta s$ и $\left|\Delta \overline{r}\right|$ уменьшается. Имеем:

где $\overline{\tau \ }$ — единичный вектор, касательный к траектории движения материальной точки. Кроме этого:

модуль скорости движения точки по траектории. Уравнение (6) представим как:

Формула (9) показывает, что мгновенная скорость направлена по касательной к траектории движения тела (материальной точки).