所述倾斜的抛物线镜头是将射弹的初始速度形成与水平的角度,赋予作为自由下落运动的特定情况下一个结果的抛物线轨迹。
自由落体是具有恒定加速度的运动的情况,其中加速度是重力加速度,重力始终垂直指向下方,大小为9.8 m / s ^ 2。伽利略·伽利莱(Galileo Galilei)在1604年证明,它并不取决于弹丸的质量。
图1.抛物线斜射。(自行阐述)
如果弹丸的初始速度是垂直的,则自由落体具有笔直和垂直的轨迹,但是如果初始速度是倾斜的,则自由落体的轨迹是抛物线,这也由伽利略证明。
抛物线运动的例子有棒球的轨迹,从加农炮发射的子弹以及从软管出来的水流。
图1显示了一个10 m / s的倾斜抛物线射击,角度为60º。标度以米为单位,从初始瞬间0秒开始,P的连续位置相差0.1 s。
公式
如果已知粒子的位置,速度和加速度是时间的函数,则可以完整描述粒子的运动。
斜射产生的抛物线运动是恒定速度下水平运动的叠加,加上恒定加速度等于重力加速度的垂直运动。
适用于斜抛物线吃水的公式是与具有恒定加速度a = g的运动相对应的公式,请注意,已使用粗体表示加速度为矢量。
位置和速度
在具有恒定加速度的运动中,位置在数学上取决于时间,为二次形式。
如果我们将r(t)表示为时间t的位置,r或初始时刻的位置,v或初始速度,g加速度和t = 0作为初始时刻,则给出每个时间t时刻的位置的公式为:
[R(T)= - [R Ò + v Ò 吨+1/2 克吨2
上式中的黑体字表示它是向量方程。
速度是时间的函数,它是通过相对于位置t的导数获得的,结果为:
v(t)= v o + g t
为了获得作为时间的函数的加速度,可以求出速度相对于t的导数,得出:
当时间不可用时,速度和位置之间存在关系,其关系如下:
v 2 = VO 2 - 2 G(γ - I)
方程式
接下来,我们将找到适用于笛卡尔形式的斜抛物线射击的方程式。
图2.斜抛物线吃水的变量和参数。(自行阐述)
运动在t = 0的时刻从初始位置(xo,I)开始,幅度速度为va角θ,即初始速度矢量为(vocosθ,vosinθ)。运动以加速进行
g =(0,-g)。
参数方程
如果应用给出位置随时间变化的矢量公式,并对分量进行分组和均衡,则将获得给出在任何时间t时刻位置坐标的方程。
x(t)= x o + v 或x t
Y(t)的= Y ö + V OY吨-½GT 2
同样,我们有速度分量随时间变化的方程。
v x(t)= v ox
v y(t)= v oy -gt
其中:v或x = vocosθ;v oy = vosinθ
路径方程
y = A x ^ 2 + B x + C
A = -g /(2 v或x ^ 2)
B =(v oy / v ox + gxo / v ox ^ 2)
C =(i-v oy xo / v ox)
例子
回答以下的问题:
a)为什么在抛物线吃水问题中通常忽略与空气摩擦的影响?
b)抛物线射击中物体的形状是否重要?
答案
a)对于抛物线的抛物线运动,重要的是,空气的摩擦力应远小于所抛物体的重量。
如果投掷由软木或其他轻质材料制成的球,则摩擦力与重量相当,其轨迹无法近似抛物线。
相反,如果它是重物,例如石头,则与石头的重量相比,摩擦力可以忽略不计,并且其轨迹确实接近抛物线。
b)抛出物体的形状也很重要。如果将一张纸扔成飞机形状,则其运动将不会自由落体或抛物线,因为该形状有利于空气阻力。
另一方面,如果将同一张纸压成一个球,则产生的运动与抛物线非常相似。
例子2
从水平地面以10 m / s的速度和60º的角度发射弹丸。这些是与准备图1相同的数据。使用这些数据,找到:
a)达到最大高度的时刻。
b)最大高度。
c)最大高度下的速度。
d)在1.6 s处的位置和速度。
e)再次撞到地面的那一刻。
f)水平范围。
解决方案)
垂直速度与时间的关系为
v ÿ(T)= V OY - GT = V ö SINθ - GT = 10sin60º - 9.8吨= 8.66 - 9.8吨
在达到最大高度的瞬间,垂直速度为零。
8.66-9.8 t = 0⇒t = 0.88 s
解决方案b)
最大高度由到达该高度的瞬间的y坐标给出:
y(0.88s)= I + t-½gt ^ 2 = 0 + 8.66 *0.88-½9.8 0.88 ^ 2 =
3.83 m
因此,最大高度为3.83 m。
解决方案c)
最大高度下的速度是水平的:
v x(t)= v或x = v 或 cosθ= 10cos60º= 5 m / s
解决方案d)
1.6 s处的位置是:
x(1.6)= 5 * 1.6 = 8.0 m
y(1.6)= 8.66 *1.6-½9.8 1.6 2 = 1.31 m
解决方案e)
当y坐标接触地面时,则:
y(t)= 8.66 *t-½9.8 t 2 = 0⇒t = 1.77秒
解决方案f)
到达地面时,水平触角就是x坐标:
x(1.77)= 5 * 1.77 = 8.85 m
例子3
使用示例2中的数据找到路径方程。
解
路径的参数方程为:
y(t)= 8.66 *t-½9.8 t ^ 2
笛卡尔方程是通过将第一个中的t代入第二个中而得到的
y = 8.66 *(x / 5)-½9.8(x / 5)^ 2
简化:
y = 1.73 x-0.20 x ^ 2
参考文献
- PP Teodorescu(2007年)。运动学。机械系统,经典模型:粒子力学。施普林格。
- Resnick,Halliday&Krane(2002)。物理卷1.墨西哥塞萨(Cecsa)。
- 托马斯·华莱士·赖特(Thomas Wallace Wright)(1896)。力学要素,包括运动学,动力学和静力学。E和FN Spon。
- 维基百科。抛物线运动。从es.wikipedia.org恢复。
- 维基百科。弹丸运动。从en.wikipedia.org中恢复。