Ускорение. Движение с постоянным ускорением. Единица ускорения
Материалы к уроку
Конспект урока
Ускорение. Движение с постоянным ускорением. Единица ускорения
В реальной жизни движение с постоянной скоростью встречается не так уж часто и только на протяжении какого-то определенного и обычно непродолжительного промежутка времени. При движении тел скорость их меняется по модулю или по направлению, а порой и по модулю, и по направлению. Спортсмен, бегущий стометровку, вначале забега разгоняется – увеличивает скорость своего движения, затем на протяжении какого-то промежутка времени движется равномерно, потом останавливается – уменьшает свою скорость.
Если поставить точку на минутной стрелке часов, то она будет двигаться по циферблату с постоянной по модулю скоростью - 1 оборот в минуту, но направление её вектора скорости будет постоянно изменяться.
При движении автомобиля по закругленному участку дороги, например, во время разворота скорость может изменяться не только по направлению, но и по модулю.
Изменение скорости может происходить и очень быстро, и достаточно медленно. Каждый наблюдал, как автомобили стоят у светофора, дожидаясь разрешающего сигнала светофора. Лишь только на нем загорится зеленый свет, один автомобиль начинает быстро набирать скорость, другой начинает движение спокойно, медленно увеличивая свою скорость. Вполне возможно, что через некоторое время оба автомобиля будут ехать с одинаковой скоростью, однако один из автомобилей достигнет её раньше, а другой позже. Первый автомобиль быстрее изменил скорость, а второй медленнее.
Величину, которая характеризует быстроту изменения скорости, называют ускорением. Чем быстрее изменяется скорость движения точки, тем выше значение ускорения, чем медленнее изменяется скорость, тем меньше ускорение. Эта физическая величина показывает, насколько изменилась скорость за единицу времени. Исходя из этого, можно записать формулу ускорения по аналогии с формулой скорости.
Ускорение – это величина, равная отношению изменения скорости ко времени, в течение которого это изменение произошло.
Используя эту формулу, можно рассчитать ускорение в том случае, когда за одинаковые промежутки времени скорость изменяется на одинаковую величину, то есть ускорение не изменяется. Если же точка движется таким образом, что за равные промежутки времени скорость изменяется на разные значения, то по этой формуле можно вычислить среднее значение ускорения за этот промежуток времени.
Если рассматривать малый промежуток времени, то расчеты по этой формуле позволяют вычислить среднее значение ускорения за небольшой промежуток времени. Чем меньше интервал времени, тем точнее значение вычисленного ускорения.
Если же устремить промежуток времени к нулю, то отношение изменения скорости к малому промежутку времени, в течение которого это изменение произошло, будет стремиться к определенному значению. Это и есть мгновенное ускорение, то есть ускорение движения тела в данный момент или просто ускорение.
Ускорением точки называют предел отношения изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло, при стремлении этого промежутка времени к нулю.
Ускорение - это векторная величина, так как она равна отношению вектора – изменения скорости к скаляру – изменению времени. Направление вектора ускорения совпадает с вектором изменения скорости.
Неравномерное движение может быть движением с постоянным ускорением или с переменным. При движении с постоянным ускорением ни модуль вектора ускорения, ни его направление не изменяются. При движении с переменным ускорением ускорение со временем изменяется.
Из этих двух видов движения, конечно, более сложным является движение с переменным ускорением.
В реальной жизни движения с постоянным ускорением практически не существует, однако с большой долей приближения можно считать, что с постоянным ускорением движется стартующий бегун, или тормозящий около светофора автомобиль, или скользящая по льду шайба.
При постоянном ускорении за одинаковые промежутки времени скорость точки будет изменяться одинаково. Значит отношение изменения скорости к промежутку времени, за который оно произошло, будет величиной постоянной. Поэтому значение ускорения можно вычислить по формуле: вектор ускорения равен отношению изменения скорости движения точки к интервалу времени, за который оно произошло.
Промежуток времени – величина скалярная и всегда положительная, значит, исходя из формулы, ускорение точки направлено так же, как и вектор изменения скорости.
Если скорость точки уменьшается, то вектор ускорения направлен в сторону, противоположную вектору скорости.
Если же скорость точки возрастает, то вектор ускорения направлен в ту же сторону, что и вектор скорости.
Так как при движении с постоянным ускорением значение вектора ускорения не изменяется, то его можно толковать как изменение скорости за единицу времени. Это позволяет установить единицу для измерения модуля ускорения. Модуль вектора ускорения равен отношению модуля изменения вектора скорости к интервалу времени, в течение которого это изменение произошло.
Получаем, что модуль ускорения равен единице тогда, когда за единицу времени модуль вектора скорости изменяется на единицу. Так как в СИ (Международная система единиц) единицей времени является секунда, а единицей скорости – метр в секунду, то единицей ускорения является отношение одного метра в секунду к одной секунде, то есть один метр на секунду в квадрате.
Если точка движется с постоянным ускорением и его модуль равен, предположим, 5 метрам в секунду в квадрате, то это значит, что скорость этой точки за каждую секунду изменяется на 5 метров в секунду.
Если мы имеем дело с прямолинейным движением с постоянным ускорением, то скорость точки может, как увеличиваться, так и уменьшаться. Если скорость движения точки увеличивается, то такой вид движения называется равноускоренным. Если же скорость движения точки уменьшается, то это движение называется равнозамедленным.
В нашей повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с равноускоренным и равнозамедленным движениями. Падающая с крыши дождевая капля движется равноускоренно. Автобус, отъезжающий от остановки; тележка, свободно катящаяся под горку. Все эти объекты со временем увеличивают свою скорость и поэтому являются примерами равноускоренного движения.
Свободно катящийся по земле мяч постепенно теряет свою скорость из-за воздействия силы трения. Камень, подброшенный вверх, сначала движется равнозамедленно, а достигнув наивысшей точки, начинает падать вниз, и его движение становится равноускоренным; автомобиль, тормозящий перед пешеходным переходом. Скорость этих тел со временем уменьшается. Это примеры равнозамедленного движения.
Понятие ускорения - это одно из важнейших понятий в кинематике, оно относится к точке. Когда мы говорим об ускорении тела, мы имеем в виду ускорение какой-либо его точки.
Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!
Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
Повысим успеваемость по школьным предметам
Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ