PRAVOKOTNO GIBANJE: ZNAČILNOSTI, VRSTE IN PRIMERI - FIZIČNO - 2026

Gibanje premočrtno je tista, v kateri so mobilne premika vzdolž ravne črte in se torej pojavi v eni dimenziji, zato se imenuje tudi enodimenzionalno gibanje. Ta ravna črta je pot ali pot, ki ji sledi premikajoči se objekt. Avtomobili, ki se premikajo po aveniji slike 1, sledijo tej vrsti gibanja.

Je najpreprostejši model gibanja, ki si ga lahko zamislite. Vsakodnevni premiki ljudi, živali in stvari pogosto kombinirajo gibe v ravni črti z gibi po krivuljah, vendar so pogosto opaženi nekateri, ki so izključno pravokotni.

Slika 1. Avtomobili, ki se premikajo po ravni cesti. Vir: Pixabay.

Tu je nekaj dobrih primerov:

- Ko tečete po pravokotni progi 200 metrov.

- Vožnja z avtomobilom po ravni cesti.

- Prost spustitev predmeta z določene višine.

- Ko žogo vržete navpično navzgor.

Zdaj je cilj opisovanja gibanja dosežen z določitvijo značilnosti, kot so:

- položaj

- premik

- Hitrost

- Pospešek

- Vreme.

Da opazovalec zazna gibanje predmeta, mora imeti referenčno točko (izvor O) in določiti določeno smer, v katero se lahko premika, kar je lahko x-os, y-os in katero koli drugo.

Kar se tiče predmeta, ki se premika, ima lahko neskončno število oblik. V zvezi s tem ni nobenih omejitev, vendar se bo v vsem, kar sledi, domnevalo, da je mobilnik delček; predmet tako majhen, da njegove dimenzije niso pomembne.

Za makroskopske predmete to ne velja; vendar gre za model z dobrimi rezultati pri opisu globalnega gibanja predmeta. Na ta način je lahko delček avtomobil, planet, oseba ali kateri koli drug predmet, ki se premika.

Začeli bomo s preučevanjem pravokotne kinematike s splošnim pristopom k gibanju, nato pa bomo preučili posebne primere, kot so že imenovani.

Splošne značilnosti pravokotnega gibanja

Naslednji opis je splošen in velja za katero koli vrsto enodimenzionalnega gibanja. Prva stvar je izbrati referenčni sistem. Črta, vzdolž katere poteka gibanje, bo os x. Parametri gibanja:

Položaj

Slika 2. Položaj mobilnika, ki se premika po osi x. Vir: Wikimedia Commons (priredil F. Zapata).

To je vektor, ki gre od izvora do točke, kjer je predmet v danem trenutku. Na sliki 2 je vektor x ₁ kaže položaj mobilne ko je na koordinatnega P ₁ in v času t ₁ . Enote pozicijskega vektorja v mednarodnem sistemu so števci.

Izselitev

Pomik je vektor, ki označuje spremembo položaja. Na sliki 3 je avtomobil prešel iz položaja P ₁ v položaj P ₂ , zato je njegov premik Δ x = x ₂ - x ₁ . Zamak je odštevanje dveh vektorjev, simbolizira ga grška črka Δ ("delta") in je na vrsti vektor. Njegove enote v mednarodnem sistemu so števci.

Slika 3. Premični vektor. Vir: pripravil F. Zapata.

Vektorji so v tiskanem besedilu označeni krepko. Če ste v isti dimenziji, če želite, lahko to storite tudi brez notacij vektorjev.

Prevožena razdalja

Razdalja d, ki jo je prehodil premikajoči se objekt, je absolutna vrednost premika vektorja:

Kot absolutna vrednost je prehodna razdalja vedno večja ali enaka 0, njene enote pa so enake tistim v položaju in premikih. Zapis absolutne vrednosti je mogoče narediti z modulovimi črtami ali preprosto z odstranitvijo krepkega tiskanega tiskanega besedila.

Povprečna hitrost

Kako hitro se položaj spreminja? Obstajajo počasni in hitri mobilni telefoni. Ključna je bila vedno hitrost. Za analizo tega dejavnika se položaj x analizira kot funkcija časa t.

Povprečna hitrost v _m (glej sliko 4) je naklon sekantne črte (fuksije) do krivulje x vs t in zagotavlja globalne informacije o gibanju mobilne v obravnavanem časovnem intervalu.

Slika 4. Povprečna in trenutna hitrost. Vir: Wikimedia Commons, priredil F. Zapata.

v _m = ( x ₂ - x ₁ ) / (t ₂ –t ₁ ) = Δ x / Δ t

Povprečna hitrost je vektor, katerega enote v mednarodnem sistemu so metri / sekunde (m / s).

Trenutna hitrost

Povprečna hitrost se izračuna z merljivim časovnim intervalom, vendar ne poroča, kaj se zgodi v tem intervalu. Če želite poznati trenutek hitrosti, morate časovni interval narediti zelo majhen, matematično enakovreden početju:

Zgornja enačba je podana za povprečno hitrost. Na ta način dobimo trenutno ali preprosto hitrost:

Geometrično je izpeljanka položaja glede na čas naklon tangentne črte na krivuljo x vs t v določeni točki. Na sliki 4 je točka oranžna, tangenta pa zelena. Trenutna hitrost na tej točki je naklon te črte.

Hitrost

Hitrost je opredeljena kot absolutna vrednost ali modul hitrosti in je vedno pozitivna (znaki, ceste in avtoceste so vedno pozitivni, nikoli negativni). Izraza "hitrost" in "hitrost" se lahko uporabljata vsakodnevno in ju zamenjujeta, vendar je v fiziki potrebno razlikovanje med vektorjem in skalarjem.

v = Ι v Ι = v

Povprečni in trenutni pospeški

Hitrost se lahko med gibanjem spreminja in resničnost je takšna, da jo pričakujemo. Obstaja velikost, ki količinsko potrjuje to spremembo: pospešek. Če opazimo, da je hitrost sprememba položaja glede na čas, je pospešek sprememba hitrosti glede na čas.

Slika 5. Povprečni in trenutni pospeški. Vir: Wikimedia Commons, priredil F. Zapata.

Obravnava grafa x vs t v obeh prejšnjih razdelkih se lahko razširi na ustrezen graf v vs t. Posledično sta povprečna pospeška in trenutni pospešek opredeljena kot:

a _m = ( v ₂ - v ₁ ) / (t ₂ –t ₁ ) = Δ v / Δ t (nagib vijolične črte)

Kadar je pospešek konstanten, je povprečni pospešek a _m enak trenutnemu pospešku a in obstajata dve možnosti:

- da je pospešek enak 0, v tem primeru je hitrost konstantna in obstaja enotno pravokotno gibanje ali MRU.

- stalni pospeški, ki niso 0, pri čemer se hitrost linearno povečuje ali zmanjšuje s časom (enakomerno spremenjeno pravokotno gibanje ali MRUV):

Kjer sta v _f in t _f končna hitrost oziroma čas oziroma v _ali yt _o začetna hitrost in čas. Če je t _o = 0, za reševanje končne hitrosti imamo že znano enačbo za končno hitrost:

Za to gibanje veljajo tudi naslednje enačbe:

- Položaj kot funkcija časa: x = x _o + v _o. t + ½ pri ²

- Hitrost kot funkcija položaja: v _f ² = v _o ² + 2a.Δ x (Z Δ x = x - x _o )

Vodoravni premiki in navpični gibi

Vodoravni premiki so tisti, ki potekajo vzdolž vodoravne osi ali osi x, navpični premiki pa vzdolž osi y. Vertikalni premiki pod vplivom gravitacije so najpogostejši in najbolj zanimivi.

V prejšnjih enačbah vzamemo a = g = 9,8 m / s ^2, usmerjena navpično navzdol, smer, ki je skoraj vedno izbrana z negativnim predznakom.

Na ta način v _f = v _o + at postane v _f = v _o - gt in če je začetna hitrost 0, ker je objekt prosto padel, ga še poenostavimo na v _f = - gt. Dokler seveda ne upoštevamo zračnega upora.

Primeri dela

Primer 1

Na točki Izpusti majhen paket, ki se premika po tekočem traku z drsnimi kolesi ABCD, prikazanim na sliki. Med spuščanjem po nagnjenih odsekih AB in CD ima paket konstanten pospešek 4,8 m / s ² , v vodoravnem delu BC pa ohranja konstantno hitrost.

Slika 6. Paket, ki se premika po drsni stezi rešenega primera 1. Vir: lastna obdelava.

Ker hitrost, s katero paket doseže D, znaša 7,2 m / s, določite:

a) Razdalja med C in D.

b) Čas, potreben, da se paket konča.

Rešitev

Premik paketa se izvaja v treh prikazanih pravokotnih odsekih in za izračun zahtevane hitrosti je potrebna točka B, C in D. Analizirajmo vsak odsek posebej:

Oddelek AB

Čas, ki ga paket potrebuje za potovanje odseka AB, je:

Oddelek pr

Hitrost v odseku BC je konstantna, zato je v _B = v _C = 5,37 m / s. Čas, ki je potreben, da paket potuje po tem razdelku, je:

Oddelek CD

Začetna hitrost tega odseka je v _C = 5,37 m / s, končna hitrost je v _D = 7,2 m / s, skozi v _D ² = v _C ² + 2. a. d reši vrednost d:

Čas se izračuna kot:

Odgovori na postavljena vprašanja so:

a) d = 2,4 m

b) Čas potovanja je t _AB + t _BC + t _CD = 1,19 s +0,56 s +0,38 s = 2,13 s.

Primer 2

Oseba je pod vodoravnimi vrati, ki so sprva odprta in visoka 12 m. Oseba navpično vrže predmet proti vratom s hitrostjo 15 m / s.

Znano je, da se vrata zaprejo 1,5 sekunde, potem ko je oseba vrgla predmet z višine 2 metra. Zračni upor ne bo upoštevan. Odgovorite na naslednja vprašanja in utemeljite:

a) Ali lahko predmet prehaja skozi vrata, preden se zapre?

b) Ali bo predmet kdaj udaril v zaprta vrata? Če je odgovor pritrdilen, kdaj se pojavi?

Slika 7. Predmet vržemo navpično navzgor (Delani primer 2). Vir: self made.

Odgovor na)

Med začetnim položajem žoge in vratih je 10 metrov. Gre za navpično vrtanje navzgor, pri katerem se ta smer jemlje kot pozitivno.

Ugotovite lahko, kako hitrost je potrebna, da dosežete to višino, s tem rezultatom se izračuna čas, potreben za to, in primerjate s časom zapiranja vrat, ki je 1,5 sekunde:

Ker je ta čas krajši od 1,5 sekunde, potem se sklene, da lahko predmet vsaj enkrat preide skozi vrata.

Odgovor b)

Že vemo, da predmetu uspe iti skozi vrata, medtem ko gre navzgor, poglejmo, če mu daje možnost, da spet gre, ko se spušča. Hitrost, ko doseže višino zapornice, ima enako velikost, kot ko gre navzgor, vendar v nasprotni smeri. Zato delamo s -5,39 m / s in čas, ki je potreben za dosego te situacije, je:

Ker so vrata odprta le 1,5 s, je očitno, da nima časa, da bi jo spet prehodil, preden se zapre, saj se ji zdi zaprta. Odgovor je: predmet, če trči v zaprto lopulo po 2,08 sekunde po metanju, ko se že spušča.

Reference

1. Figueroa, D. (2005). Serija: Fizika za znanost in tehniko. Zvezek 1. Kinematika. Uredil Douglas Figueroa (USB) .69-116.
2. Giancoli, D. Fizika. (2006). Načela z aplikacijami. 6 ^th Edition. Dvorana Prentice. 22–25.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: pogled na svet. 6 ^ta Urejanje skrajšano. Cengage Learning. 23 - 27.
4. Resnick, R. (1999). Fizično. Zvezek 1. Tretja izdaja v španščini. Mehika. Compañía Uredništvo Continental SA de CV 21-22.
5. Rex, A. (2011). Osnove fizike. Pearson. 33 - 36
6. Sears, Zemanski. 2016. Univerzitetna fizika s sodobno fiziko. 14. ^st . Ed. Zvezek 1. 50 - 53.
7. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizika za znanost in tehniko. Zvezek 1. 7 ^ma . Izdaja. Mehika. Uredi urednike za povezovanje učencev. 23–25.
8. Serway, R., Vulle, C. (2011). Osnove fizike. 9 ^na Ed Cengage Learning. 43 - 55.
9. Wilson, J. (2011). Fizika 10. Pearsonova vzgoja. 133-149.