Равномерное движение. Скорость. Единицы скорости

Среди всего разнообразия движений тел наиболее просто описывается равномерное прямолинейное движение. Что представляет собой это движение? Как его охарактеризовать?

Равномерное движение

Рассмотрим пример. Девочка на санках спускается с горки. Понаблюдаем за движением нескольких точек, например А, В, С. Эти точки движутся совершенно одинаково, описывая равные траектории. Движение, при котором все точки тела описывают одинаковые по форме и равные по длине траектории, называется поступательным. А если тело движется поступательно, нужно ли изучать движение всего тела или достаточно изучить движение только одной его точки? Ведь все точки движутся совершенно одинаково. Здесь мы будем изучать движение тела, не рассматривая его форму, размеры, т. е. будем моделировать тело точкой.

Как определить, какой путь пройдет тело при движении за данный промежуток времени? Пусть тележка движется прямолинейно. Будем отмечать ее положения, точнее положения точки А, через равные промежутки времени. Это можно сделать, установив на тележке капельницу с вытекающими через равные промежутки времени, например через 2 с, каплями. Определим пути, проходимые тележкой за \(Δt = 2\) с на первом, втором, третьем и последующих участках движения.

Подобрав груз, можно достичь того, что пути, пройденные тележкой за равные промежутки времени \(Δt_{1} = Δt_{2} = Δt_{3} = \ldots = 2\:с\), окажутся равными \(s_{1} = s_{2} = s_{3} = \ldots = 0,4\:м\). Если уменьшить промежутки времени, то во столько же раз уменьшатся и проходимые пути.

Движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит равные пути, называется равномерным.

Скорость

Найдем отношения путей к соответствующим промежуткам времени: \[\frac{s_{1}}{Δt_{1}} = \frac{0,4\:м}{2\:с} = 0,2 \frac{м}{с};\] \[\frac{s_{2}}{Δt_{2}} = \frac{0,4\:м}{2\:с} = 0,2 \frac{м}{с};\] \[\frac{s_{3}}{Δt_{3}} = \frac{0,4\:м}{2\:с} = 0,2 \frac{м}{с}.\]

Величина \(\frac{s}{Δt}\) - новая физическая величина, называемая скоростью. Обозначается скорость буквой \(v\).

Тогда для равномерного прямолинейного движения можно записать формулу: \[скорость = \frac{путь}{промежуток\:времени},\] или \[v = \frac{s}{Δt}.\]

Из формулы \(v = \frac{s}{Δt}\) следует, что скорость равномерного прямолинейного движения есть физическая величина, равная отношению пути, пройденного телом, к промежутку времени.

Из формулы \(v = \frac{s}{Δt}\) легко найти путь, пройденный за любой промежуток времени, и промежуток времени: \[s = vΔt;\]\[Δt = \frac{s}{v}.\]

На примере с капельницей вы убедились, что при равномерном прямолинейном движении скорость является постоянной величиной.

При равномерном прямолинейном движении с увеличением промежутка времени увеличивается путь, но скорость остается постоянной.

Значит, скорость является характеристикой движения. Теперь можно дать еще одно определение равномерного прямолинейного движения, используя его характеристику - скорость: равномерное прямолинейное движение - это движение по прямой с постоянной скоростью.

Единицы скорости

Единицей скорости в СИ является 1 метр в секунду (1 \(\frac{м}{с}\)). На практике часто используют другие единицы. Например, скорость обычных транспортных средств (автобуса, поезда, самолета и др.) удобно выражать в километрах в час (\(\frac{км}{ч}\)). Скорость космических ракет, спутников выражают в километрах в секунду (\(\frac{км}{с}\)). При решении задач, как правило, все физические величины выражают в основных единицах СИ.

Пусть автомобиль движется по шоссе со скоростью \(v = 72 \frac{км}{ч}\). Выразим эту скорость в метрах в секунду (\(\frac{м}{с}\)): \[v = 72 \frac{км}{ч} = 72\cdot\frac{1\:км}{1\:ч} = 72\cdot\frac{1000\:м}{3600\:с} = \frac{72\:м}{3,6\:с} = 20 \frac{м}{с}.\]

Скорость движения пешехода \(v = 5,4 \frac{км}{ч}\). Выразите ее самостоятельно в метрах в секунду (\(\frac{м}{с}\)).

Максимальная скорость движения в природе - скорость распространения света в пустоте. Она равна \(299\:792\:458 \frac{м}{с} ≈ 300\:000\:000 \frac{м}{с} ≈ 300\:000 \frac{км}{с}\). Вас не удивило огромное значение этой скорости? Сравните ее со скоростью звука в воздухе - \(v_{зв} ≈ 332 \frac{м}{с}\). Теперь легко объяснить, почему гром вы слышите позже, чем видите молнию, хотя молния и гром возникают практически одновременно.

Из формулы \(v = \frac{s}{Δt}\) следует, что для нахождения скорости нужно знать путь и промежуток времени, за который этот путь пройден. Но люди изобрели и широко применяют приборы, которые непосредственно показывают скорость, например, стрелкой на циферблате. Такие приборы называются спидометрами. Если скорость движения автомобиля равна \(v_{1} = 90 \frac{км}{ч}\), а самолета - \(v_{2} = 900 \frac{км}{ч}\), то за одно и то же время самолет преодолеет в 10 раз больший путь, а это значит, что самолет движется в 10 раз быстрее автомобиля.

Таким образом, скорость характеризует быстроту движения, т. е. показывает, как быстро тело меняет свое положение в пространстве относительно других тел.

Главные выводы:

  1. Скорость - количественная характеристика быстроты движения.
  2. Определить скорость движения можно, разделив пройденный путь на затраченный промежуток времени.
  3. Если скорость постоянна, то движение равномерное.

Читать далее