Іноді без прямої вказівки на тіло відліку обійтися просто не можна: наприклад, фраза «ракета летить зі швидкістю 10 км/с» буде незрозумілою, якщо не зазначити, відносно якого тіла розглядається рух ракети — Землі, Сонця чи іншої ракети.
Лінію в просторі, по якій рухається тіло, називають траєкторією руху тіла.
Траєкторія є уявною лінією, але якщо тіло залишає слід під час руху, то ця лінія стає видимою. Наочний приклад — слід, який залишає літак (рис. 1.7) або катер (рис. 1.8). Цей слід показує траєкторію літака в системі відліку, пов’язаній із Землею. У першому випадку траєкторія тіла прямолінійна, у другому — криволінійна.
20 21 |
Наприклад, якщо ви вранці вийшли з дому, а ввечері повернулися додому, траєкторія вашого руху за день є замкнутою.
Зверніть увагу: шляхом уважають суму довжин усіх ділянок траєкторії, у тому числі тих, що накладаються одна на одну. Наприклад, якщо автомобіль зробив три повні кола по кільцевому шосе, то пройдений ним шлях у три рази більший за довжину кола.
Щоб визначити, куди перемістилося тіло в даний момент із початкової точки, задають
переміщення тіла — напрямлений відрізок, проведений з початкового положення тіла в його положення в даний момент часу (рис. 1.9).
Переміщення є векторною величиною, зазвичай його по-
значають s; модуль переміщення позначають s.
ЧИ ЗАЛЕЖИТЬ ТРАЄКТОРІЯ ВІД ВИБОРУ СИСТЕМИ ВІДЛІКУ?
Так, залежить: наприклад, в одній системі відліку траєкторія руху тіла може бути прямолінійною, а в іншій — криволінійною. Тому від вибору системи відліку залежить і шлях, і переміщення тіла.
Приклад (із книги Ґалілея). Нехай з вершини щогли корабля, що пливе, на його палубу падає ядро. У системі відліку, пов’язаній із кораблем, траєкторія руху ядра — прямолінійний відрізок (рис. 1.10, а). З точки ж зору спостерігача, який стоїть на березі, ядро мало початкову горизонтальну швидкість, що дорівнювала швидкості корабля. Тому в сис-
Закріпимо картонний або фанерний диск так, щоб він міг обертатися навколо горизонтальної осі (рис. 1.11).
22 23 |
У фізиці використовують багато векторних величин. Такими величинами є, наприклад, переміщення, швидкість,
сила. Розглядаючи багато задач, треба вміти виконувати різні дії з векторними величинами. Розглянемо тут додавання векторних величин на прикладі додавання переміщень. Нехай літак перелетів з міста М до міста Н, а звідти — до
міста К. На рисунку 1.12, а вектором s1 позначено перемі-
щення літака з М у Н, а вектором s2 — переміщення літака
з Н у К. Результатом двох переміщень є переміщення s — це вектор, що з’єднує М і К.
Ми виконали зараз додавання векторів за «правилом трикутника».
Щоб за цим правилом знайти суму двох векторів, треба початок другого вектора з’єднати з кінцем першого вектора (рис. 1.12, а). Тоді сумою цих двох векторів є вектор, початок якого збігається з початком першого вектора, а кінець — з кінцем другого вектора (рис. 1.12, б).
За допомогою «правила трикутника» можна додавати також вектори, напрямлені уздовж однієї прямої (рис. 1.12, в, г). Щоправда, у цьому випадку справжній трикутник не виходить, бо всі вектори лежать на одній прямій. Зверніть увагу: у цьому випадку рівність s = s1 + s2 має місце тільки тоді, коли вектори-доданки напрямлені однаково (рис. 1.12, в). Якщо ж вектори-доданки напрямлені протилежно, то
ПРО ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ
Довжину траєкторії називають шляхом, пройденим тілом. Переміщення тіла — напрямлений відрізок, проведений з початкового положення тіла в його положення в даний момент часу. Форма траєкторії, шлях та переміщення тіла залежать від вибору системи відліку. |
Перший рівень
1. Наведіть приклади задач, коли ваше власне тіло можна вважати матеріальною точкою, а коли — ні.
24 25 |
2. Наведіть приклади задач, у яких спортсмена можна розглядати як матеріальну точку і в яких не можна.
3. Навіщо потрібна система відліку? З чого вона складається?
4. Що приймають за тіло відліку, коли говорять: а) автомобіль їде зі швидкістю 100 км/год; б) Земля рухається по своїй орбіті зі швидкістю 30 км/с?
5. Чи може траєкторія руху перетинати себе? Наведіть приклади, що підтверджують вашу відповідь.
6. Чим відрізняється шлях від переміщення? Чи може шлях під час руху тіла зменшуватися?
Другий рівень
7. Як рухається тіло, якщо модуль переміщення дорівнює шляху, пройденому тілом?
8. Яка траєкторія руху тіла, якщо його переміщення дорівнює нулю, а шлях нулю не дорівнює?
9.
2. Графік залежності шляху від часу за умови прямолінійного рівномірного руху
3. Графік залежності модуля швидкості від часу
4. Середня швидкість
Прямолінійним рівномірним рухом називають такий рух тіла, під час якого воно за будь-які рівні відрізки часу робить рівні переміщення.
Наприклад, таким є рух автомобіля по прямому шосе, коли стрілка спідометра (приладу, що показує швидкість автомобіля) «застигає» в одному й тому самому положенні.
Прямолінійний рівномірний рух — найпростіший для вивчення. Природа теж любить простоту: як ми невдовзі побачимо, тіло рухається прямолінійно і рівномірно, якщо на нього не діють інші тіла.
Швидкістю v прямолінійного рівномірного руху називають
v t |
фізичну величину, що дорівнює відношенню переміщення s до відрізка часу t, за який відбулося це переміщення: