Что такое механическое движение тела
Механическое движение — это изменение положения тела относительно других тел с течением времени. Едет автобус, летит мяч, падает капля, стрелка часов идёт по циферблату. Всё это примеры механического движения. Если положение тела не меняется, оно находится в покое.
В задачах реальное тело часто заменяют материальной точкой. Так называют тело, размерами которого в данной задаче можно пренебречь. Автомобиль на трассе длиной 300 км можно считать точкой. Тот же автомобиль при парковке в узком дворе точкой считать нельзя, там важна его длина.
Линия, по которой движется точка, называется траекторией. По её форме движение бывает прямолинейным или криволинейным, например движением по окружности. По характеру скорости различают равномерное движение и неравномерное, в том числе равноускоренное.
Система отсчёта и относительность механического движения
Сказать «тело движется» без пояснений нельзя. Нужно указать, относительно чего. Для этого вводят систему отсчёта. В неё входят три части:
- тело отсчёта, относительно которого описывают положение;
- система координат, связанная с этим телом;
- часы для измерения времени.
От выбора системы отсчёта зависит ответ. Пассажир в вагоне покоится относительно вагона и движется относительно перрона. Это и есть относительность механического движения: траектория, скорость и сам факт движения зависят от того, какое тело взято за точку отсчёта.
Так же решается задание про воздушный шарик, который уносит ветер. Относительно Земли шарик движется. Относительно ветра, то есть воздуха, который его несёт, он практически покоится.
Путь, перемещение и скорость механического движения
Путь S — длина траектории. Это число, оно не бывает отрицательным и не уменьшается. Перемещение — вектор, проведённый из начального положения тела в конечное. Его длина может быть меньше пути.
Пример: мяч подбросили вертикально на 20 м, и он упал на то же место. Путь равен 20 + 20 = 40 м, а перемещение равно 0, потому что начальная и конечная точки совпали.
Скорость показывает, как быстро тело меняет положение. При равномерном прямолинейном движении:
- v = S ÷ t
- S = v × t
- t = S ÷ v
Скорость — вектор, и мгновенная скорость в каждой точке направлена по касательной к траектории, то есть в сторону движения. Для координаты при равномерном движении пишут x = x₀ + vt. В уравнении x = 16 + 2t начальная координата равна 16 м, а скорость 2 м/с. Если перед t стоит минус, как в x = 150 − 10t, тело движется против оси Ox.
Как решить задачу на время и скорость: разбор по шагам
Задача. Велосипедист едет равномерно со скоростью 18 км/ч. За сколько секунд он проедет 450 м?
- Запиши данные: v = 18 км/ч, S = 450 м, t — ?
- Приведи единицы к одной системе. Расстояние в метрах, значит, скорость нужна в м/с: 18 км/ч = 18 × 1000 м ÷ 3600 с = 5 м/с.
- Выбери формулу. Нужно время, поэтому t = S ÷ v.
- Подставь: t = 450 м ÷ 5 м/с = 90 с.
- Проверь: 5 м/с — это 5 м каждую секунду, за 90 с получится 450 м. Ответ сходится.
Ответ: 90 с. Задачи про вертолёт, жирафа или спуск на парашюте решаются так же. Меняются только числа и единицы. Подробнее о единицах и переводах — в теме физические величины и измерения.
Где ошибаются чаще всего
- Не переводят единицы. Нельзя делить сантиметры на километры в час. Сначала приведи всё к метрам и секундам или к километрам и часам. Для перевода км/ч в м/с число делят на 3,6.
- Путают путь и перемещение. Если тело вернулось в начальную точку, перемещение равно нулю, а путь нет. Пиши в ответе, что именно нашёл.
- Неверно читают график пути. На графике S(t) скорость — это наклон линии. Горизонтальный участок означает, что тело стоит. Если график проходит через точки (0 с; 0 м), (1 с; 5 м), (3 с; 5 м), (5 с; 10 м), то скорость 5 м/с на участке от 0 до 1 с (5 м за 1 с). От 1 до 3 с тело стоит. От 3 до 5 с скорость 5 м ÷ 2 с = 2,5 м/с.
- Забывают про систему отсчёта. В вопросах про относительность отвечай полной фразой: «относительно Земли движется, относительно ветра покоится».
Какие задания по теме присылают ученики
Чаще всего присылают задачи на время, путь и скорость при равномерном движении, на уравнение координаты x(t), на чтение графиков пути и скорости и на относительность движения. Встречаются и теоретические вопросы: про мгновенную скорость, системы мира, определения.
Найди в списке выше задание, похожее на своё, и посмотри ход решения. Если подходящего нет, сфотографируй условие и отправь его, чтобы получить решение с пошаговым объяснением.