Неравномерное (переменное) движение. Средняя скорость

Проанализируйте движение автобуса. Он уменьшает скорость перед остановкой. Затем в течение какого-то промежутка времени стоит на остановке, т. е. его скорость равна нулю, после чего скорость увеличивается. Значит, скорость автобуса в процессе движения изменяется, т. е. является переменной величиной.

Движение, при котором скорость изменяется, называется неравномерным (переменным).

Практически все движения, наблюдаемые в природе и технике, - неравномерные. С изменяющейся скоростью движутся, например, люди, птицы, дельфины, поезда, падают предметы. Но как же тогда характеризовать это движение?

Неравномерное движение характеризуется средней скоростью. Как определить среднюю скорость? Рассмотрим пример. Вы едете на экскурсию в Брест поездом. Поезд проходит от Минска до Бреста путь \(s = 330\:км\). На прохождение этого пути затрачивается время \(t = 4,5\:ч\). В течение данного времени поезд стоит на станциях, движется то с увеличивающейся, то с уменьшающейся скоростью.

Среднюю скорость находят путем деления всего пути на весь промежуток времени, за который этот путь пройден. Обозначим среднюю скорость \(〈v〉\) и запишем формулу: \[〈v〉 = \frac{s}{Δt}.\]

Тогда поезд «Минск - Брест» движется со средней скоростью \[〈v〉 = \frac{330\:км}{4,5\:ч} ≈ 73 \frac{км}{ч}.\]

Вас не удивило, что мы использовали формулу равномерного движения? Да, действительно, формально мы нашли среднюю скорость так, как будто поезд весь путь \(s = 330\:км\) двигался равномерно с постоянной скоростью \(v = 73 \frac{км}{ч}\). Это, конечно же, не означает, что он на самом деле двигался равномерно. На отдельных участках пути скорость движения поезда была как значительно большей (\(120 \frac{км}{ч}\)), так и меньшей, чем \(73 \frac{км}{ч}\), и даже равной нулю.

Средняя скорость дает лишь приблизительное представление о быстроте движения тела. Описание переменного движения более сложно по сравнению с описанием равномерного.

Например, если скорость поезда на участке разгона возрастает от 0 до 90 \(\frac{км}{ч}\), то в различных точках траектории она принимает различные значения из этого промежутка. Таким образом, можно говорить не только о средней скорости на данном участке траектории, но и о скорости в данной точке траектории. Такую скорость называют в физике мгновенной скоростью.

Главные выводы:

  1. Характеристикой неравномерного движения является средняя скорость.
  2. Для вычисления средней скорости нужно путь разделить на весь промежуток времени, затраченный на прохождение этого пути.

Читать далее