Ускорение. Равноускоренное движение. Зависимость скорости от времени при равноускоренном движении

Введение

При изучении механического движения мы уже знаем, что скорость тела может быть постоянной или изменяться со временем. Однако большинство реальных движений в природе и технике не являются равномерными. Автомобиль разгоняется при трогании с места, поезд замедляется перед остановкой, мяч, брошенный вверх, сначала движется всё медленнее, а затем начинает падать вниз. Во всех этих случаях скорость тела изменяется, и такое движение называется ускоренным или замедленным.

Для количественного описания изменения скорости вводится важная физическая величина — ускорение. Понятие ускорения позволяет определить, насколько быстро и в каком направлении изменяется скорость тела. Особенно важным является случай равноускоренного движения, при котором ускорение остаётся постоянным. Этот вид движения часто встречается в задачах и служит основой для изучения динамики и законов Ньютона.

Изменение скорости тела при ускоренном движении

Если скорость тела с течением времени изменяется, говорят, что движение является ускоренным. Изменение скорости может происходить:

• по величине (тело разгоняется или замедляется);

• по направлению (например, при движении по окружности);

• одновременно по величине и направлению.

В рамках данной темы рассматривается прямолинейное движение, при котором скорость изменяется только по величине. При этом тело либо увеличивает свою скорость (разгон), либо уменьшает её (торможение).

Ускорение тела

Ускорение — это физическая величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, за который это изменение произошло:

​

Ускорение показывает, на сколько изменяется скорость тела за одну секунду. В системе СИ ускорение измеряется в метрах в секунду за секунду (м/с²).

Ускорение — векторная величина. Это означает, что оно имеет не только числовое значение, но и направление, которое совпадает с направлением изменения скорости.

Равноускоренное движение

Равноускоренным называется движение, при котором скорость тела изменяется на одинаковую величину за равные промежутки времени. При таком движении ускорение остаётся постоянным.

Примерами равноускоренного движения являются:

• свободное падение тела (без учёта сопротивления воздуха);

• разгон автомобиля с постоянным ускорением;

• движение тела по наклонной плоскости при постоянной силе.

Для равноускоренного движения справедлива формула зависимости скорости от времени:

где v — начальная скорость тела,
$a$ — ускорение,
 — время движения.

Четыре возможных случая направленности начальной скорости и ускорения

При равноускоренном прямолинейном движении возможны четыре случая взаимного направления скорости и ускорения:

1. Скорость и ускорение направлены в одну сторону
   Скорость тела увеличивается. Это разгон.

2. Скорость направлена противоположно ускорению
   Скорость уменьшается. Это замедленное движение.

3. Начальная скорость равна нулю, ускорение отлично от нуля
   Тело начинает движение из состояния покоя и разгоняется.

4. Скорость и ускорение направлены противоположно, скорость уменьшается до нуля
   В определённый момент тело останавливается и может изменить направление движения.

Графики зависимости скорости от времени при равноускоренном движении

График зависимости скорости от времени при равноускоренном движении представляет собой прямую линию.

• Если ускорение положительное, график возрастает.

• Если ускорение отрицательное, график убывает.

• Начальная скорость определяет точку пересечения графика с осью скорости.

Наклон графика скорости от времени численно равен ускорению тела. Чем больше ускорение, тем круче наклон прямой.

Точка поворота

Точка поворота — это момент времени, в который скорость тела становится равной нулю и тело меняет направление движения.

Точка поворота возможна в том случае, если начальная скорость и ускорение направлены в противоположные стороны. Например, мяч, брошенный вертикально вверх, в верхней точке своей траектории имеет нулевую скорость, после чего начинает двигаться вниз.

Наличие точки поворота важно учитывать при анализе движения и построении графиков.

Заключение

Понятие ускорения позволяет описывать изменения скорости тела при неравномерном движении. Равноускоренное движение является важным частным случаем, при котором ускорение остаётся постоянным. Формула зависимости скорости от времени, анализ направлений скорости и ускорения, а также графики движения дают возможность глубже понять характер движения тел и подготовиться к изучению законов динамики.

Вопросы для самопроверки

1. Что называют ускорением тела?

2. В каких единицах измеряется ускорение в системе СИ?

3. Какое движение называют равноускоренным?

4. В чём заключается отличие ускоренного и равномерного движения?

5. Как зависит скорость от времени при равноускоренном движении?

6. Сколько возможных случаев направленности скорости и ускорения существует?

7. Когда движение является замедленным?

8. Что называется точкой поворота?

9. Как определить ускорение по графику скорости от времени?

10. Почему ускорение является векторной величиной?