的匀加速直线运动分量是穿过在一条直线上,并且其中所述移动体的增加或以恒定速率减小其速度。该速率是描述速度变化速率的量级,称为加速度。
在匀速加速或变化的直线运动(MRUV)的情况下,恒定的加速度负责改变速度的大小。在其他类型的运动中,加速度也能够改变方向和速度感,甚至仅改变方向,就像在匀速圆周运动中一样。
图1.加速运动最为频繁。资料来源:
由于加速度表示速度随时间的变化,因此在国际系统中其单位为m / s 2(米/ 秒平方)。与速度一样,可以根据速度是增加还是减少来为加速度分配正号或负号。
比如说+3 m / s 2的加速度意味着经过的每一秒,移动台的速度就会增加3 m / s。如果在运动开始时(在t = 0时)移动台的速度为+1 m / s,则在一秒后为4 m / s,而在2秒后为7 m / s。
在均匀变化的直线运动中,要考虑移动物体每天经历的速度变化。它是比均匀直线运动更现实的模型。即使这样,它仍然是相当有限的,因为它限制了手机只能沿直线行驶。
特点
这些是匀加速直线运动的主要特征:
-运动总是沿直线进行。
-移动装置的加速度在大小,方向和方向上都是恒定的。
-移动速度线性增加(或减小)。
-由于加速度a在时间t保持恒定,因此其幅度随时间变化的曲线为直线。在图2所示的示例中,该行被涂成蓝色,并且在垂直轴上读取了加速度值,大约为+0.68 m / s 2。
图2.匀速直线运动的加速度与时间的关系图。资料来源:维基共享资源。
-相对于t的速度v的图是一条直线(图3中的绿色),其斜率等于移动台的加速度。在示例中,斜率为正。
图3.匀速直线运动的速度与时间的关系图。资料来源:维基共享资源。
-垂直轴上的切口表示初始速度,在这种情况下为0.4 m / s。
-最后,位置x与时间的关系图是图4中红色显示的曲线,它始终是抛物线。
图4.均匀变化的直线运动的位置与时间的关系图。资料来源:改自Wikimedia Commons。
从v到图的距离。Ť
通过使图v与 t,计算手机的行进距离非常容易。行驶的距离等于线下在所需时间间隔内的面积。
在所示的示例中,假设您想知道手机在0到1秒之间移动的距离。使用该图,请参见图5。
图5.计算手机移动距离的图表。资料来源:改自Wikimedia Commons。
所寻求的距离在数值上等于图3中阴影所示的梯形的面积。梯形的面积由下式给出:(大底+小底)x高度/ 2
也可以将阴影区域划分为三角形和矩形,计算相应的区域并将其相加。无论粒子是向右还是向左移动,行进的距离都是正值。
公式和方程式
在MRUV中,平均加速度和瞬时加速度都具有相同的值,因此:
-加速度:a =常数
当加速度等于0时,运动是均匀的直线运动,因为在这种情况下速度将保持恒定。的标志一个可正可负。
由于加速度是线v对t的斜率,因此方程v(t)为:
速度是时间的函数:v(t)= v o + at
其中v o是移动台的初始速度值
-作为时间的函数的位置:x(t)= x 或 + v 或 t +½at 2
当您没有时间但有速度和位移时,可以通过求解v(t)= v 或 +的时间并将其代入最后一个方程来获得一个非常有用的方程。关于:
解决的练习
在进行运动学练习时,重要的是要确保建议的情况适合要使用的模型。例如,均匀直线运动的方程对于加速运动无效。
并且那些加速运动不适用于例如圆形或曲线型运动。下面解决的这些练习中的第一个练习结合了两个具有不同动作的手机。要正确解决该问题,必须转到适当的运动模型。
-解决的练习1
为了找出井的深度,孩子放下了一个硬币,并同时激活了他的计时器,计时器在他听到硬币撞到水面时就停止了。其读数为2.5秒。知道空气中的声速为340 m / s后,计算井的深度。
解
令h为井的深度。硬币以自由下落的方式移动此距离,当硬币掉落时,垂直速度均匀变化,初始速度为0,恒定的向下加速度等于9.8 m / s 2。为此花费时间t m。
硬币撞到水面后,咔嗒声引起的声音向上传播到孩子的耳朵,孩子的耳朵在听到秒表后便停了下来。没有理由相信声音的速度会随着其上升而变化,因此声音的运动是均匀直线的。声音需要时间t s才能到达孩子。
硬币的运动方程:
上一节中位置方程的x和a被h和g代替。
声音的运动方程:
这是熟悉的方程式:距离=速度x时间。利用这两个方程,我们有三个未知数:h,tm和ts。在存在关联的时代,众所周知,一切都需要2.5秒才能完成,因此:
将两个方程式相等:
清除以下时间之一并替换:
这是一个具有两个解的二次方程:2.416和-71.8。选择正解是有意义的,因为时间不能为负,并且在任何情况下都必须小于2.5秒。对于这次,它是通过替换井深获得的:
-解决运动2
一辆以90 km / h的速度行驶的汽车驶近带有交通信号灯的十字路口。当它在70 m处时,黄灯亮起,持续4秒钟。交通信号灯与下一个拐角之间的距离是50 m。
驾驶员有以下两种选择:a)以-4 m / s 2制动或b)以+ 2 m / s 2加速。这两个选项中的哪一个允许驾驶员在灯变红之前停止或穿越整个道路?
解
当驾驶员看到黄灯亮起时,其起始位置为x = 0。正确转换单位很重要:90 km / h等于25 m / s。
根据选项a),在黄灯持续亮起的4秒钟内,驾驶员行驶:
当黄灯持续亮起时,驾驶员将像这样行驶:
X = 25.4 +½.2.4 2 M =116米
但是116 m小于到达下一个拐角的可用距离,即70 + 50 m = 120 m,因此他无法在红灯亮起之前穿过整条街道。建议的操作是刹车并与交通信号灯保持2米之遥。
应用领域
人们每天都会体验到加速的影响:在乘汽车或公共汽车旅行时,他们不断需要刹车和加速以使速度适应道路上的障碍。在电梯中上下移动时也会经历加速。
游乐园是人们付费体验加速效果并获得乐趣的地方。
在自然界中,当物体自由落下或垂直向上抛掷并等待其返回地面时,观察到匀速变化的直线运动。如果忽略空气阻力,则加速度值为重力加速度:9.8 m / s2。
参考文献
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