Begrebet "bevægelse" er ikke så let at definere, som det måske ser ud til. Fra et dagligdags synspunkt er denne tilstand det fuldstændige modsatte af hvile, men moderne fysik mener, at dette ikke er helt sandt. I filosofi refererer bevægelse til enhver forandring, der sker med stof. Aristoteles mente, at dette fænomen er ensbetydende med livet selv. Og for en matematiker er enhver bevægelse af kroppen udtrykt ved en bevægelsesligning skrevet ved hjælp af variabler og tal.
Material point
I fysik studeres bevægelsen af forskellige legemer i rummet af en gren af mekanikken kaldet kinematik. Hvis dimensionerne af en genstand er for små i forhold til den afstand, den skal overvinde på grund af sin bevægelse, så betragtes den her som et materielt punkt. Et eksempel på dette er en bil, der kører på vejen fra en by til en anden, en fugl, der flyver i himlen og meget mere. En sådan forenklet model er praktisk, når man skriver bevægelsesligningen for et punkt, der tages som en bestemt krop.
Der er andre situationer. Forestil dig, at ejeren af den samme bil besluttede at flyttefra den ene ende af garagen til den anden. Her er ændringen i placering sammenlignelig med objektets størrelse. Derfor vil hvert af bilens punkter have forskellige koordinater, og det vil blive betragtet som et tredimensionelt legeme i rummet.
Grundlæggende begreber
Det skal tages i betragtning, at for en fysiker er den vej, som et bestemt objekt tilbagelægger, og bevægelse slet ikke det samme, og disse ord er ikke synonymer. Du kan forstå forskellen mellem disse begreber ved at overveje bevægelsen af et fly på himlen.
Det spor, den efterlader, viser tydeligt dens bane, det vil sige linjen. I dette tilfælde repræsenterer stien dens længde og udtrykkes i visse enheder (for eksempel i meter). Og forskydning er en vektor, der kun forbinder punkterne i begyndelsen og slutningen af bevægelsen.
Dette kan ses på nedenstående figur, som viser ruten for en bil, der kører på en snoet vej, og en helikopter, der flyver i lige linje. Forskydningsvektorerne for disse objekter vil være de samme, men stierne og banerne vil være forskellige.
Ensartet bevægelse i en lige linje
Overvej nu forskellige slags bevægelsesligninger. Og lad os starte med det enkleste tilfælde, når et objekt bevæger sig i en lige linje med samme hastighed. Det betyder, at efter lige store tidsrum ændres den sti, som han rejser over en given periode, ikke i størrelse.
Hvad har vi brug for for at beskrive denne bevægelse af en krop, eller rettere, et materielt punkt, som det allerede er blevet aft alt at kalde det? Vigtigt at vælgekoordinatsystem. Lad os for nemheds skyld antage, at bevægelsen sker langs en eller anden akse 0X.
Så er bevægelsesligningen: x=x0 + vxt. Den vil beskrive processen i generelle vendinger.
Et vigtigt koncept, når du ændrer kroppens placering, er hastighed. I fysik er det en vektorstørrelse, så den får positive og negative værdier. Alt her afhænger af retningen, fordi kroppen kan bevæge sig langs den valgte akse med en stigende koordinat og i den modsatte retning.
Bevægelsesrelativitet
Hvorfor er det så vigtigt at vælge et koordinatsystem, samt et referencepunkt til beskrivelse af den specificerede proces? Simpelthen fordi universets love er sådan, at uden alt dette ville bevægelsesligningen ikke give mening. Det viser så store videnskabsmænd som Galileo, Newton og Einstein. Fra begyndelsen af livet, at være på jorden og intuitivt vant til at vælge den som referenceramme, tror en person fejlagtigt, at der er fred, selvom en sådan tilstand ikke eksisterer for naturen. Kroppen kan ændre placering eller kun forblive statisk i forhold til et eller andet objekt.
Desuden kan kroppen bevæge sig og være i hvile på samme tid. Et eksempel på dette er en togpassagers kuffert, som ligger på øverste hylde i et kupé. Han bevæger sig i forhold til landsbyen, som toget passerer forbi, og hviler ifølge sin herre, som er placeret på det nederste sæde ved vinduet. Det kosmiske legeme, efter at have modtaget den oprindelige hastighed, er i stand til at flyve i rummet i millioner af år, indtil det kolliderer med et andet objekt. Det vil hans bevægelse ikkestoppe, fordi den kun bevæger sig i forhold til andre kroppe, og i den referenceramme, der er knyttet til den, er rumrejsende i ro.
Ligningseksempel
Så, lad os vælge et punkt A som udgangspunkt, og lad koordinataksen være motorvejen i nærheden. Og dens retning vil være fra vest til øst. Antag, at en rejsende begiver sig ud til fods med en hastighed på 4 km/t i samme retning til punkt B, der ligger 300 km væk.
Det viser sig, at bevægelsesligningen er givet på formen: x=4t, hvor t er rejsetiden. Ifølge denne formel bliver det muligt at beregne en fodgængers placering på ethvert nødvendigt tidspunkt. Det bliver klart, at han om en time vil rejse 4 km, på to - 8 og vil nå punkt B efter 75 timer, da hans koordinat x=300 vil være på t=75.
Hvis hastigheden er negativ
Antag nu, at en bil kører fra B til A med en hastighed på 80 km/t. Her har bevægelsesligningen formen: x=300 – 80t. Dette er sandt, fordi x0 =300, og v=-80. Bemærk venligst, at hastigheden i dette tilfælde er angivet med et minustegn, fordi objektet bevæger sig i den negative retning af 0X-aksen. Hvor lang tid vil det tage for bilen at nå sin destination? Dette vil ske, når koordinaten bliver nul, dvs. når x=0.
Det er tilbage at løse ligningen 0=300 – 80t. Vi får, at t=3,75. Det betyder, at bilen når punkt B på 3 timer og 45 minutter.
Det skal huskes, at koordinaten også kan være negativ. I vores tilfælde ville det være, hvis der var et punkt C, beliggende i vestlig retning fra A.
Bevæger sig med stigende hastighed
Et objekt kan bevæge sig ikke kun med konstant hastighed, men også ændre det over tid. Kroppens bevægelse kan ske efter meget komplekse love. Men for nemheds skyld bør vi overveje tilfældet, når accelerationen stiger med en vis konstant værdi, og objektet bevæger sig i en lige linje. I dette tilfælde siger vi, at dette er ensartet accelereret bevægelse. Formlerne, der beskriver denne proces, er angivet nedenfor.
Og lad os nu se på specifikke opgaver. Antag, at en pige, der sidder på en slæde på toppen af et bjerg, som vi vil vælge som udgangspunkt for et imaginært koordinatsystem med aksen rettet nedad, begynder at bevæge sig under påvirkning af tyngdekraften med en acceleration lig med 0,1 m/s 2.
Så er ligningen for kroppens bevægelse: sx =0, 05t2.
Når du forstår dette, kan du finde ud af, hvor langt pigen vil rejse på slæden i ethvert af bevægelsesøjeblikkene. Efter 10 sekunder vil det være 5 m, og 20 sekunder efter starten af nedadgående bevægelse vil stien være 20 m.
Hvordan udtrykker man hastighed i formelsprog? Fordi v0x =0), så bliver optagelsen ikke for svær.
Bevægelseshastighedsligningen vil have formen: vx=0, 1t. Fra det vivil være i stand til at se, hvordan denne parameter ændrer sig over tid.
For eksempel, efter ti sekunder vx=1 m/s2, og efter 20 s vil det tage værdien 2 m /s 2.
Hvis accelerationen er negativ
Der er en anden slags bevægelse, der tilhører samme type. Denne bevægelse kaldes lige så langsom. I dette tilfælde ændres kroppens hastighed også, men over tid stiger den ikke, men falder, og også med en konstant værdi. Lad os tage et konkret eksempel igen. Toget, der tidligere havde kørt med en konstant hastighed på 20 m/s, begyndte at bremse. Samtidig var dens acceleration 0,4 m/s2. For at løse problemet, lad os tage udgangspunktet i punktet for togets vej, hvor det begyndte at bremse, og rette koordinataksen langs linjen for dets bevægelse.
Så bliver det klart, at bevægelsen er givet ved ligningen: sx =20t - 0, 2t 2.
Og hastigheden beskrives ved udtrykket: vx =20 – 0, 4t. Det skal bemærkes, at et minustegn er placeret før accelerationen, da toget bremser, og denne værdi er negativ. Ud fra de opnåede ligninger er det muligt at konkludere, at toget vil stoppe efter 50 sekunder efter at have kørt 500 m.
Kompleks bevægelse
For at løse problemer i fysik oprettes der norm alt forenklede matematiske modeller af virkelige situationer. Men den mangefacetterede verden og de fænomener, der finder sted i den, passer ikke altid ind i en sådan ramme. Hvordan man skriver en bevægelsesligning i komplekssager? Problemet kan løses, fordi enhver forvirrende proces kan beskrives i etaper. For at præcisere, lad os tage et eksempel igen. Forestil dig, at en af de raketter, der lettede fra jorden med en begyndelseshastighed på 30 m/s, efter at have nået det øverste punkt af sin flyvning, brød i to dele, når man affyrede fyrværkeri. I dette tilfælde var masseforholdet mellem de resulterende fragmenter 2:1. Yderligere fortsatte begge dele af raketten med at bevæge sig adskilt fra hinanden på en sådan måde, at den første fløj lodret opad med en hastighed på 20 m / s, og den anden faldt straks ned. Du bør vide: hvad var hastigheden på den anden del i det øjeblik, den ramte jorden?
Det første trin i denne proces vil være rakettens flyvning lodret opad med den indledende hastighed. Bevægelsen vil være lige så langsom. Når man beskriver, er det klart, at kroppens bevægelsesligning har formen: sx=30t – 5t2. Her antager vi, at tyngdeaccelerationen er rundet op til 10 m/s for nemheds skyld2. I dette tilfælde vil hastigheden blive beskrevet med følgende udtryk: v=30 – 10t. Baseret på disse data er det allerede muligt at beregne, at højden på liften bliver 45 m.
Den anden fase af bevægelsen (i dette tilfælde allerede det andet fragment) vil være dette legemes frie fald med den begyndelseshastighed, der opnås i det øjeblik, raketten går i stykker. I dette tilfælde vil processen blive ensartet accelereret. For at finde det endelige svar, beregner først v0 ud fra loven om bevarelse af momentum. Masserne af legemer er i forholdet 2:1, og hastighederne er omvendt beslægtede. Derfor vil det andet fragment flyve ned fra v0=10 m/s, og hastighedsligningen bliver: v=10 + 10t.
Vi lærer efterårets tid fra bevægelsesligningen sx =10t + 5t2. Erstat den allerede opnåede værdi af løftehøjden. Som et resultat viser det sig, at det andet fragments hastighed er cirka 31,6 m/s2.
Ved at opdele kompleks bevægelse i simple komponenter kan du således løse ethvert indviklet problem og lave bevægelsesligninger af alle slags.
