موسوعة المدرسة. المفاهيم الأساسية في علم الحركة والخصائص الحركية
خصائص الحركة الميكانيكية للجسم:
- المسار (الخط الذي يتحرك على طوله الجسم) ،
- الإزاحة (مقطع خط موجه يربط الموضع الأولي للجسم M1 مع موضعه اللاحق M2) ،
- السرعة (نسبة الحركة إلى زمن الحركة - للحركة المنتظمة) .
الأنواع الرئيسية للحركة الميكانيكية
اعتمادًا على المسار ، تنقسم حركة الجسم إلى:
مستقيم.
منحني الأضلاع.
حسب سرعة الحركة تنقسم إلى:
زى موحد،
متسارع بشكل موحد
بطيء بشكل موحد
اعتمادًا على طريقة الحركة ، تكون الحركات:
متعدية
التناوب
اهتزازي
حركات معقدة (على سبيل المثال: حركة لولبية يدور فيها الجسم بشكل موحد حول بعض المحاور وفي نفس الوقت يؤدي حركة انتقالية موحدة على طول هذا المحور)
حركة متعدية - هذه هي حركة الجسم حيث تتحرك جميع نقاطه بنفس الطريقة. في الحركة الانتقالية ، يظل أي خط مستقيم يربط بين أي نقطتين من الجسم موازيًا لنفسه.
الحركة الدورانية هي حركة الجسم حول المحور. مع مثل هذه الحركة ، تتحرك جميع نقاط الجسم على طول دوائر ، مركزها هذا المحور.
الحركة التذبذبية هي حركة دورية تحدث بالتناوب في اتجاهين متعاكسين.
على سبيل المثال ، يقوم البندول في الساعة بحركة تذبذبية.
الحركة الانتقالية والدورانية هي أبسط أنواع الحركة الميكانيكية.
حركة مستقيمة وموحدةتسمى هذه الحركة عندما يقوم الجسم بأي فواصل زمنية متساوية صغيرة بشكل تعسفي بنفس الإزاحة . دعنا نكتب التعبير الرياضي لهذا التعريف ق = υ؟ ر.هذا يعني أن الإزاحة تحددها الصيغة ، والإحداثيات - بالصيغة .
حركة متسارعة بشكل موحدتسمى حركة الجسم التي تزداد فيها سرعته لأية فواصل زمنية متساوية . لتمييز هذه الحركة ، تحتاج إلى معرفة سرعة الجسم في نقطة زمنية معينة أو في نقطة معينة في المسار ، . ه . السرعة والتسارع الفوري .
سرعة فورية- هذه هي نسبة الحركة الصغيرة بدرجة كافية في مقطع المسار المجاور لهذه النقطة إلى فترة زمنية صغيرة تحدث خلالها هذه الحركة .
υ = S / t.وحدة القياس في النظام الدولي للوحدات م / ث.
التسارع - قيمة مساوية لنسبة التغيير في السرعة إلى الفترة الزمنية التي حدث خلالها هذا التغيير . α =؟ υ / ر(SI m / s2) وإلا ، فإن التسارع هو معدل تغير السرعة أو زيادة السرعة في كل ثانية α. ر.ومن هنا جاءت صيغة السرعة اللحظية: υ = υ 0 + α.t.
يتم تحديد الحركة خلال هذه الحركة من خلال الصيغة: S = υ 0 ر + α. ر 2/2.
بالتساوي في الحركة البطيئةتسمى الحركة عندما يكون للتسارع قيمة سالبة ، تتباطأ السرعة في نفس الوقت بشكل منتظم.
بحركة دائرية موحدةستكون زوايا دوران نصف القطر لأي فترات زمنية متساوية هي نفسها . لذلك ، السرعة الزاوية ω = 2πn، أو ω = πN / 30 ≈ 0.1N ،أين ω - السرعة الزاوية n هي عدد الدورات في الثانية ، N هي عدد الدورات في الدقيقة. ω في نظام SI يقاس بالرادار / ثانية . (1 / ج) / يمثل السرعة الزاوية التي تنتقل بها كل نقطة من الجسم في ثانية واحدة في مسار يساوي المسافة التي تفصلها عن محور الدوران. أثناء هذه الحركة ، يكون معامل السرعة ثابتًا ، ويتم توجيهه بشكل عرضي إلى المسار ويغير اتجاهه باستمرار (انظر . أرز . ) ، لذلك هناك تسارع الجاذبية .
فترة الدوران T \ u003d 1 / n -هذا الوقت , التي من أجلها يصنع الجسد ثورة واحدة كاملة ω = 2π / T.
يتم التعبير عن السرعة الخطية أثناء الحركة الدورانية بالصيغ:
υ = ωr ، υ = 2πrn ، υ = 2πr / T ،حيث r هي مسافة النقطة من محور الدوران. تسمى السرعة الخطية للنقاط الواقعة على محيط العمود أو البكرة بالسرعة المحيطية للعمود أو البكرة (في نظام SI ، م / ث)
في حركة موحدة في دائرة ، تظل السرعة ثابتة في الحجم ولكنها تتغير في الاتجاه طوال الوقت. أي تغيير في السرعة يرتبط بالتسارع. يسمى التسارع الذي يغير السرعة في الاتجاه طبيعي أو جاذب، هذا التسارع عمودي على المسار وموجه إلى مركز انحناءه (إلى مركز الدائرة ، إذا كان المسار عبارة عن دائرة)
α ص \ u003d υ 2 / صأو α ص \ u003d ω 2 ص(لأن υ = ωRأين صدائرة نصف قطرها , υ - سرعة حركة النقطة)
نسبية الحركة الميكانيكية- هذا هو اعتماد مسار الجسم ، والمسافة المقطوعة ، والإزاحة والسرعة على الاختيار أنظمة مرجعية.
يمكن تحديد موضع الجسم (النقطة) في الفضاء بالنسبة إلى أي هيئة أخرى يتم اختيارها لتكون الهيئة المرجعية أ . يشكل جسم المرجع ونظام الإحداثيات المرتبط به والساعة الإطار المرجعي . خصائص الحركة الميكانيكية نسبية ، ر . ه . يمكن أن تكون مختلفة في أنظمة مرجعية مختلفة .
مثال: يتابع اثنان من المراقبين حركة القارب: أحدهما على الشاطئ عند النقطة O ، والآخر على الطوافة عند النقطة O1 (انظر . أرز . ). دعنا نرسم عقليًا من خلال النقطة O نظام الإحداثيات XOY هو إطار مرجعي ثابت . دعنا نربط نظام X "O" Y آخر بطوف - هذا نظام إحداثيات متحرك . بالنسبة إلى النظام X "O" Y "(طوف) ، يتحرك القارب في الوقت t وسوف يتحرك بسرعة υ = قالقوارب نسبة إلى الطوافة / t v = (sقوارب- سطوف ) / ت.بالنسبة إلى نظام XOY (الشاطئ) ، سيتحرك القارب في نفس الوقت سحيث القوارب ستحرك القوارب بالنسبة إلى الشاطئ . سرعة القارب بالنسبة للشاطئ أو . سرعة جسم بالنسبة إلى نظام إحداثيات ثابت تساوي المجموع الهندسي لسرعة جسم بالنسبة إلى نظام متحرك وسرعة هذا النظام بالنسبة إلى نظام ثابت .
أنواع النظم المرجعيةيمكن أن يكون مختلفًا ، على سبيل المثال ، إطار مرجعي ثابت ، إطار مرجعي متحرك ، إطار مرجعي بالقصور الذاتي ، إطار مرجعي غير بالقصور الذاتي.
1. مفهوم الحركة المتسارعة بشكل موحد. خصائصه.2. مفهوم النظام المرجعي. أمثلة على أنظمة مرجعية مختلفة. حركة بطيئة بشكل موحد ، خصائصها.
3. مفهوم النقطة المادية. الحركة المنتظمة المستقيمة ، خصائصها
4. مفهوم النظام المرجعي. أمثلة على أنظمة مرجعية مختلفة. حركة متسارعة بشكل موحد ، خصائصها.
5. مفهوم النقطة المادية. وصف قوانين حركة الجسم على طول القطع المكافئ.
6. وصف حركة الجسم في دائرة. خصائصه.
7. مفهوم الحركة المتسارعة بشكل منتظم. خصائصه.
8. وصف حركة جسم في مستوى بزاوية مع الأفق. خصائصه.
9. قانون نيوتن الأول ، تطبيقه في الحياة والظواهر الطبيعية.
10. قانون نيوتن الثاني. تطبيقه لحساب التسارع.
11. قانون نيوتن الثالث. أنواع القوة. تمثيل رسومي للقوى المطبقة على الجسم.
12. احصائيات. حالة التوازن الساكن من خلال الأمثلة.
13. قانون الحفاظ على الزخم من خلال الأمثلة.
14. مفهوم الطاقة ، التصنيف. الطاقة الحركية.
15. مفهوم الطاقة ، التصنيف. الطاقة الكامنة لتوتر الزنبرك.
16. مفهوم الطاقة ، التصنيف. الطاقة الكامنة للجاذبية.
17. مفهوم الطاقة الميكانيكية الكلية. قانون الحفاظ على الطاقة.
18. MKT - المسلمات. خصائص حالات المادة الثلاث.
19. الغاز - حركة الجزيئات. تجربة ستيرن ، سرعة توزيع الجزيئات.
20. مفهوم الغاز المثالي. معادلة كلابيرون مينديليف. المعالجات المتساوية - isobar.
21. معادلة الغاز المثالي ، شروط التنفيذ. المعالجات المتساوية - تساوي الحرارة.
22. مفهوم الغاز المثالي. معادلة كلابيرون مينديليف. المعالجات المتساوية - isochore.
23. MKT. مفهوم الغاز الحقيقي ومقارنته بالمثل.
24. القانون الأول للديناميكا الحرارية ، مفهوم انتقال الحرارة.
25. القانون الأول للديناميكا الحرارية لعملية isochoric.
26. القانون الأول للديناميكا الحرارية لعملية متساوي الضغط.
27. القانون الأول للديناميكا الحرارية لعملية متساوية الحرارة.
28. مفهوم الطاقة الداخلية للغاز المثالي لعمليات متساوية.
29. القانون الثاني للديناميكا الحرارية. تطبيقه على العمليات الدورية في مثال المحرك البخاري.
30. القانون الثاني للديناميكا الحرارية. تطبيقه على العمليات الدورية في مثال محرك الاحتراق الداخلي.
31. مفهوم المحركات الحرارية. المحركات النفاثة.
32. مفهوم المحركات الحرارية. ماكينات التبريد.
33. القانون الثالث للديناميكا الحرارية.
34. عملية Adiobatic. مفهوم السعة الحرارية.
49 مترا؟ أي موجات (طويلة أم متوسطة أم قصيرة) هذه الموجات؟
في الصف السابع ، درست الحركة الميكانيكية للأجسام التي تحدث بسرعة ثابتة ، أي الحركة المنتظمة.
ننتقل الآن إلى النظر في الحركة غير المنتظمة. من بين جميع أنواع الحركات غير المتساوية ، سوف ندرس أبسطها - مستقيم الخط متسارعًا بشكل موحد ، حيث يتحرك الجسم على طول خط مستقيم ، ويتغير إسقاط متجه سرعة الجسم بنفس الطريقة لأي فترات زمنية متساوية (في هذه الحالة ، يمكن أن يزيد معامل متجه السرعة وينقص).
على سبيل المثال ، إذا زادت سرعة طائرة تتحرك على المدرج بمقدار 15 م / ث في أي 10 ثوانٍ ، أو 7.5 م / ث في أي 5 ثوانٍ ، أو 1.5 م / ث في كل ثانية ، وما إلى ذلك ، فإن الطائرة تتحرك مع تسارع موحد.
في هذه الحالة ، تعني سرعة الطائرة ما يسمى سرعتها اللحظية ، أي السرعة في كل نقطة محددة من المسار في اللحظة المقابلة في الوقت المناسب (سيتم تقديم تعريف أكثر صرامة للسرعة اللحظية في فيزياء المدرسة الثانوية مسار).
يمكن أن تتغير السرعة اللحظية للأجسام التي تتحرك بشكل منتظم بشكل متسارع بطرق مختلفة: في بعض الحالات أسرع ، وفي حالات أخرى أبطأ. على سبيل المثال ، تزداد سرعة مصعد الركاب التقليدي ذي القدرة المتوسطة بمقدار 0.4 م / ث لكل ثانية من التسارع ، وسرعة المصعد عالي السرعة بمقدار 1.2 م / ث. في مثل هذه الحالات ، يقال إن الجثث تتحرك بتسارع مختلف.
ضع في اعتبارك ما تسمى الكمية المادية بالتسارع.
لنفترض أن سرعة جسم يتحرك بشكل متسارع تتغير من v 0 إلى v خلال فترة زمنية t. تحت v 0 تعني السرعة الأولية للجسم ، أي السرعة الحالية t 0 \ u003d O ، التي تؤخذ على أنها أصل الوقت. و v هي السرعة التي يمتلكها الجسم بنهاية الفترة الزمنية t ، محسوبة من t 0 \ u003d 0. ثم ، لكل وحدة زمنية ، تغيرت السرعة بمقدار يساوي
يُشار إلى هذه النسبة بالرمز a وتسمى التسارع:
- إن تسارع الجسم في حركة مستقيمة متسرعة بشكل منتظم هو كمية فيزيائية متجهة تساوي نسبة التغير في السرعة إلى الفترة الزمنية التي حدث خلالها هذا التغيير
الحركة المتسارعة بشكل منتظم هي حركة ذات تسارع ثابت.
التسارع عبارة عن كمية متجهة لا تتميز فقط بالوحدة ، ولكن أيضًا بالاتجاه.
توضح وحدة متجه التسارع مقدار تغير وحدة متجه السرعة في كل وحدة زمنية. كلما زادت التسارع ، زادت سرعة تغير الجسم.
وحدة التسارع في النظام الدولي للوحدات هي تسريع مثل هذه الحركة المتسارعة بشكل منتظم ، حيث تتغير سرعة الجسم بمقدار 1 م / ث لمدة ثانية واحدة:
وبالتالي ، في النظام الدولي للوحدات ، تكون وحدة التسارع مترًا لكل ثانية مربعة (م / ث 2).
تُستخدم أيضًا وحدات تسريع أخرى ، مثل 1 سم / ثانية 2.
يمكنك حساب عجلة جسم يتحرك في خط مستقيم ومتسارع بشكل منتظم باستخدام المعادلة التالية ، والتي تتضمن إسقاطات متجهات التسارع والسرعة:
دعنا نوضح بأمثلة ملموسة كيفية إيجاد التسارع. يوضح الشكل 8 أ مزلجة تتدحرج إلى أسفل الجبل بعجلة منتظمة.
أرز. 8. حركة متسارعة بشكل منتظم لمزلجة تتدحرج إلى أسفل جبل (AB) وتستمر في التحرك على طول السهل (CD)
من المعروف أن المزلقة قد اجتازت قسم المسار AB في 4 ثوانٍ. في نفس الوقت ، عند النقطة A ، كانت لديهم سرعة تساوي 0.4 م / ث ، وعند النقطة ب - سرعة تساوي 2 م / ث (تم أخذ المزلقة كنقطة مادية).
دعونا نحدد السرعة التي تحركها المزلجة في القسم AB.
في هذه الحالة ، يجب اعتبار اللحظة التي تمر فيها المزلجة بالنقطة A على أنها بداية المرجع الزمني ، لأنه وفقًا للشرط ، يتم قياس الفاصل الزمني من هذه اللحظة ، حيث تغيرت وحدة متجه السرعة من 0.4 إلى 2 م / ث.
الآن لنرسم المحور X ، الموازي لمتجه السرعة للمزلجة والموجه في نفس الاتجاه. نتوقع بدايات ونهايات المتجهين v 0 و v عليه. المقاطع الناتجة v 0x و vx هي إسقاطات للمتجهين v 0 و v على المحور X. كلا هذين الإسقاطين موجبان ويساويان وحدات المتجهات المقابلة: v 0x = 0.4 m / s ، vx = 2 m / س.
دعنا نكتب حالة المشكلة ونحلها.
تبين أن إسقاط متجه التسارع على المحور السيني موجب ، مما يعني أن متجه التسارع موجه بشكل مشترك مع المحور السيني ومع سرعة الزلاجة.
إذا تم توجيه متجهات السرعة والتسارع في نفس الاتجاه ، فإن السرعة تزداد.
الآن دعونا ننظر في مثال آخر ، حيث تتحرك المزلجة ، بعد أن تدحرجت أسفل الجبل ، على طول المقطع الأفقي للقرص المضغوط (الشكل 8 ، ب).
نتيجة لتأثير قوة الاحتكاك على المزلجة ، تتناقص سرعتها باستمرار ، وعند النقطة D تتوقف الزلاجة ، أي سرعتها تساوي صفرًا. من المعروف أنه عند النقطة C ، كانت سرعة المزلقة 1.2 م / ث ، وقد غطت القسم CD في 6 ثوانٍ.
دعونا نحسب تسارع الزلاجة في هذه الحالة ، أي تحديد مقدار تغير سرعة الزلاجة لكل وحدة زمنية.
دعنا نرسم المحور X الموازي لقطعة القرص المضغوط ونوجهه بسرعة المزلجة ، كما هو موضح في الشكل. في هذه الحالة ، سيكون إسقاط متجه سرعة المزلجة على المحور X في أي لحظة من حركتها موجبًا ويساوي معامل متجه السرعة. على وجه الخصوص ، عند t 0 = 0 v 0x = 1.2 m / s ، وعند t = 6 مع v x = 0.
دعنا نكتب البيانات ونحسب العجلة.
إسقاط التسارع على المحور X سلبي. هذا يعني أن متجه التسارع a موجه عكس المحور X وبالتالي عكس سرعة الحركة. في الوقت نفسه ، انخفضت سرعة المزلقة.
وهكذا ، إذا كانت نواقل السرعة والتسارع لجسم متحرك موجهة في اتجاه واحد ، فإن معامل متجه سرعة الجسم يزداد ، وإذا كان في الاتجاه المعاكس ، فإنه يتناقص.
أسئلة
- ما نوع الحركة - المنتظمة أم غير المنتظمة - هي حركة مستقيمة متسرعة بشكل منتظم؟
- ما المقصود بالسرعة اللحظية للحركة غير المستوية؟
- حدد تسارع الحركة المتسارعة بشكل منتظم. ما هي وحدة التسارع؟
- ما هي الحركة المتسارعة بشكل منتظم؟
- ماذا يوضح معامل متجه التسارع؟
- في أي حالة يزداد معامل متجه السرعة لجسم متحرك ؛ ينخفض؟
التمرين 5
حركة الإنسان ميكانيكية ، أي تغيير في الجسم أو أجزائه بالنسبة للأجسام الأخرى. يتم وصف الحركة النسبية بواسطة علم الحركة.
معادلات الحركة – فرع ميكانيكي يدرس الحركة الميكانيكية ، لكنه لا يأخذ في الاعتبار الأسباب التي تسبب هذه الحركة. يعتبر وصف حركة كل من جسم الإنسان (أجزائه) في الرياضات المختلفة ، والمعدات الرياضية المختلفة جزءًا لا يتجزأ من الميكانيكا الحيوية الرياضية ، وعلى وجه الخصوص ، الحركية.
مهما كان الشيء المادي أو الظاهرة التي نعتبرها ، فقد اتضح أنه لا يوجد شيء خارج المكان والزمان. أي كائن له أبعاد وشكل مكاني ، يقع في مكان ما في الفضاء بالنسبة إلى كائن آخر. أي عملية تشارك فيها الكائنات المادية لها بداية ونهاية في الوقت المناسب ، ومدة استمرارها في الوقت المناسب ، يمكن إجراؤها في وقت أبكر أو بعد عملية أخرى. لهذا السبب يصبح من الضروري قياس المدى المكاني والزماني.
الوحدات الرئيسية لقياس الخصائص الحركية في النظام الدولي للقياسات SI.
الفراغ.كان يُطلق على واحد وأربعين مليونًا من طول خط الطول الأرضي الذي يمر عبر باريس بالمتر. لذلك ، يقاس الطول بالمتر (م) ووحدات القياس المتعددة: كيلومترات (كم) ، سنتيمترات (سم) ، إلخ.
زمنهو أحد المفاهيم الأساسية. يمكننا القول أن هذا هو ما يفصل بين حدثين متتاليين. إحدى طرق قياس الوقت هي استخدام أي عملية تتكرر بانتظام. تم اختيار واحد ستة وثمانين ألفًا من يوم الأرض كوحدة زمنية وسميت بالثانية ووحداتها المتعددة (الدقائق ، الساعات ، إلخ).
في الرياضة ، يتم استخدام الخصائص الزمنية الخاصة:
لحظة من الزمن(ر) - إنه مقياس مؤقت لموضع نقطة مادية أو روابط جسم أو نظام أجسام. تشير اللحظات الزمنية إلى بداية الحركة ونهايتها أو أي جزء من أجزائها أو مراحلها.
مدة الحركة(∆t) - هذا هو مقياس الوقت الذي يقاس بالفرق بين لحظات النهاية وبداية الحركة∆t = tcon. - تيني.
وتيرة الحركة(ن) - إنه مقياس مؤقت لتكرار الحركات المتكررة لكل وحدة زمنية. N = 1 / ∆t ؛ (1 / ج) أو (دورة / ج).
إيقاع الحركات – هذا مقياس مؤقت لنسبة أجزاء (مراحل) الحركات. يتم تحديده من خلال نسبة مدة أجزاء الحركة.
يتم تحديد موضع الجسم في الفضاء بالنسبة إلى نظام مرجعي ما ، والذي يتضمن الجسم المرجعي (أي بالنسبة إلى الحركة) ونظام الإحداثيات الضروري لوصف موضع الجسم في جزء أو جزء آخر من الفضاء على المستوى النوعي.
يرتبط الجسم المرجعي ببداية القياس واتجاهه. على سبيل المثال ، في عدد من المسابقات ، يمكن اختيار موضع البداية كأصل الإحداثيات. تم بالفعل حساب مسافات تنافسية مختلفة منه في جميع الرياضات الدورية. وهكذا ، في نظام الإحداثيات المختار ، حدد "البداية - النهاية" المسافة في الفضاء ، والتي ستحرك الرياضي عند التحرك. أي وضع وسيط لجسم الرياضي أثناء الحركة يتميز بالإحداثيات الحالية ضمن مسافة المسافة المحددة.
لتحديد النتيجة الرياضية بدقة ، تنص قواعد المنافسة على تحديد النقطة (النقطة المرجعية): على طول إصبع قدم المتزلج ، أو على طول النقطة البارزة لصندوق العداء ، أو على طول الحافة الخلفية لبصمة القدم. طائر الهبوط في الطول.
في بعض الحالات ، لوصف حركة قوانين الميكانيكا الحيوية بدقة ، يتم تقديم مفهوم النقطة المادية.
نقطة مادية – هذا جسم ، أبعاده وبنيته الداخلية ، في ظل ظروف معينة ، يمكن إهمالها.
يمكن أن تكون حركة الأجسام مختلفة في طبيعتها وشدتها. لتوصيف هذه الاختلافات ، يتم تقديم عدد من المصطلحات في علم الحركة ، والتي يتم عرضها أدناه.
مسار – خط موصوف في الفضاء بنقطة متحركة للجسم. في التحليل الميكانيكي الحيوي للحركات ، أولاً وقبل كل شيء ، يتم النظر في مسارات حركات النقاط المميزة للشخص. كقاعدة عامة ، هذه النقاط هي مفاصل الجسم. وفقًا لنوع مسار الحركات ، يتم تقسيمها إلى مستقيمة (خط مستقيم) ومنحنية (أي خط غير الخط المستقيم).
متحرك – هو الفرق المتجه بين الموضع النهائي والأولي للجسم. لذلك ، فإن الإزاحة هي النتيجة النهائية للحركة.
طريق – هذا هو طول قسم المسار الذي يجتازه الجسم أو نقطة من الجسم لفترة زمنية محددة.
من أجل توصيف مدى سرعة تغير موضع جسم متحرك في الفضاء ، يتم استخدام مفهوم خاص للسرعة.
سرعة – هي نسبة المسافة المقطوعة إلى الوقت المستغرق في السفر. يوضح مدى سرعة تغير موضع الجسم في الفضاء.. نظرًا لأن السرعة متجه ، فإنها تشير أيضًا إلى الاتجاه الذي يتحرك فيه الجسم أو نقطة الجسم.
سرعة متوسطةالجسم في قسم معين من المسار هو نسبة المسافة المقطوعة إلى وقت الحركة ، م / ث:
إذا كان متوسط السرعة هو نفسه في جميع أجزاء المسار ، فإن الحركة تسمى موحدة.
مسألة سرعة الجري مهمة في الميكانيكا الحيوية الرياضية. من المعروف أن سرعة الجري لمسافة معينة تعتمد على قيمة هذه المسافة. يمكن للعدّاء الحفاظ على السرعة القصوى فقط لفترة محدودة (3-4) ثوانٍ ، والعدّائين ذوي المهارات العالية حتى 5-6 ثوانٍ). متوسط السرعة للركاب أقل بكثير من العدائين. متوسط السرعة (V) مقابل طول المسافة (S) موضح أدناه.
الأرقام القياسية الرياضية العالمية ومتوسط السرعة المعروضة فيها
| نوع المنافسة والمسافة | رجال | امرأة | ||
| متوسط السرعة م / ث | الوقت المبين في الدورة | متوسط السرعة م / ث | ||
| يركض | ||||
| 100 م | 9.83 ثانية | 10,16 | 10.49 ثانية | 9,53 |
| 400 م | 43.29 ثانية | 9,24 | 47.60 ثانية | 8,40 |
| 1500 م | 3 دقائق و 29.46 ثانية | 7,16 | 3 دقائق 52.47 ثانية | 6,46 |
| 5000 م | 12 دقيقة 58.39 ثانية | 6,42 | 14 دقيقة و 37.33 ثانية | 5,70 |
| 10000 م | 27 دقيقة و 13.81 ثانية | 6,12 | 30 دقيقة و 13.75 ثانية | 5,51 |
| ماراثون (42 كم 195 م) | ساعتان و 6 دقائق و 50 ثانية | 5,5 | ساعتان و 21 دقيقة 0.6 ثانية | 5,0 |
| التزحلق على الجليد | ||||
| 500 م | 36.45 ثانية | 13,72 | 39.10 ثانية | 12,78 |
| 1500 م | دقيقة واحدة و 52.06 ثانية | 13,39 | دقيقة واحدة 59.30 ثانية | 12,57 |
| 5000 م | 6 دقائق 43.59 ثانية | 12,38 | 7 دقائق و 14.13 ثانية | 11,35 |
| 10000 م | 13 دقيقة و 48.20 ثانية | 12,07 | ||
| 100 م (حرة) | 48.74 ثانية | 2,05 | 54.79 ثانية | 1,83 |
| 200 م (ت / ث) | دقيقة واحدة و 47.25 ثانية | 1,86 | دقيقة واحدة 57.79 ثانية | 1,70 |
| 400 م (ت / ث) | 3 دقائق و 46.95 ثانية | 1,76 | 4 دقائق 3.85 ثانية | 1,64 |
لتسهيل العمليات الحسابية ، يمكن أيضًا كتابة متوسط السرعة من حيث التغيير في إحداثيات الجسم. في الحركة المستقيمة ، المسافة المقطوعة تساوي الفرق بين إحداثيات النهاية ونقاط البداية. لذلك ، إذا كان الجسم في وقت t0 عند نقطة مع إحداثيات X0 ، وفي الوقت t1 - عند نقطة مع إحداثيات X1 ، فإن المسافة المقطوعة ∆X = X1 - X0 ، ووقت الحركة ∆t = t1 - t0 (يشير الرمز إلى اختلاف في نفس النوع من القيم أو لتعيين فترات زمنية صغيرة جدًا). في هذه الحالة:
وحدة السرعة في النظام الدولي للوحدات م / ث. عند التغلب على مسافات طويلة ، يتم تحديد السرعة بالكيلو متر في الساعة. إذا لزم الأمر ، يمكن تحويل هذه القيم إلى SI. على سبيل المثال ، 54 كم / س = 54000 م / 3600 ث = 15 م / ث.
يختلف متوسط السرعات على أقسام مختلفة من المسار اختلافًا كبيرًا حتى مع وجود مسافة منتظمة نسبيًا: بدء التسارع ، والتغلب على المسافة مع تقلبات السرعة داخل الدورة (أثناء التنافر ، تزداد السرعة ، أثناء الانزلاق الحر في التزلج أو مرحلة الطيران بـ l / المدى ، ينقص) ، الانتهاء. مع انخفاض الفترة الزمنية التي يتم خلالها حساب السرعة ، من الممكن تحديد السرعة عند نقطة معينة في المسار ، والتي تسمى السرعة اللحظية.
أو السرعة عند نقطة معينة من المسار هي الحد الذي تميل إليه حركة الجسم بالقرب من هذه النقطة مع انخفاض غير محدود في الفترة الزمنية:
السرعة اللحظية هي كمية متجهة.
إذا لم تتغير قيمة السرعة (أو وحدة متجه السرعة) ، تكون الحركة موحدة ، وإذا تغيرت وحدة السرعة ، فهي غير متساوية.
زى موحدمسمى حركة يقطع فيها الجسم نفس المسافة في فترات زمنية متساوية. في هذه الحالة ، يظل مقدار السرعة دون تغيير (قد يتغير اتجاه السرعة إذا كانت الحركة منحنية).
مباشرمسمى الحركة التي يكون فيها المسار خطًا مستقيمًا. في هذه الحالة ، يظل اتجاه السرعة دون تغيير (قد يتغير حجم السرعة إذا لم تكن الحركة موحدة).
موحد مستقيم الخطيتسمى الحركة المنتظمة والمستقيمة. في هذه الحالة ، يظل كل من الحجم والاتجاه دون تغيير.
في الحالة العامة ، عندما يتحرك جسم ما ، يتغير كل من حجم واتجاه متجه السرعة. من أجل توصيف مدى سرعة حدوث هذه التغييرات ، يتم استخدام كمية خاصة - التسارع.
التسريع – هذه قيمة مساوية لنسبة التغيير في سرعة الجسم إلى مدة الفترة الزمنية التي حدث خلالها هذا التغيير في السرعة. متوسط التسارع بناءً على هذا التعريف هو م / ث²:
تسريع فوريمسمى كمية مادية مساوية للحد الذي يميل إليه متوسط التسارع خلال الفترة∆t → 0 ، م / ث²:
نظرًا لأن السرعة يمكن أن تتغير من حيث الحجم والاتجاه على طول المسار ، فإن متجه التسارع يتكون من مكونين.
يُطلق على مكون متجه التسارع a ، الموجه على طول المماس إلى المسار عند نقطة معينة ، التسارع العرضي ، والذي يميز التغير في متجه السرعة في الحجم.
يسمى مكون متجه التسارع a ، الموجه على طول الخط العمودي إلى المماس عند نقطة معينة من المسار ، بالتسارع الطبيعي. يميز التغيير في متجه السرعة في الاتجاه في حالة الحركة المنحنية. بطبيعة الحال ، عندما يتحرك الجسم في مسار يكون خطًا مستقيمًا ، فإن التسارع الطبيعي يكون صفرًا.
تسمى الحركة المستقيمة المتغيرة بالتساوي إذا تغيرت سرعة الجسم بنفس المقدار خلال أي فترة زمنية. في هذه الحالة ، العلاقة
∆V / t هو نفسه لأي فترات زمنية. لذلك ، يظل حجم واتجاه التسارع دون تغيير: أ = ثابت.
بالنسبة للحركة المستقيمة ، يتم توجيه متجه التسارع على طول خط الحركة. إذا تزامن اتجاه العجلة مع اتجاه متجه السرعة ، فإن مقدار السرعة سيزداد. في هذه الحالة ، تسمى الحركة متسارعة بشكل موحد. إذا كان اتجاه العجلة معاكسًا لاتجاه متجه السرعة ، فإن مقدار السرعة سينخفض. في هذه الحالة ، تسمى الحركة بطيئة بنفس القدر. في الطبيعة ، هناك حركة طبيعية متسارعة بشكل موحد - هذا هو السقوط الحر.
السقوط الحر- يسمى سقوط جسم ، إذا أثرت عليه قوة واحدة - قوة الجاذبية. أظهرت التجارب التي أجراها جاليليو أنه في السقوط الحر ، تتحرك جميع الأجسام بنفس سرعة السقوط الحر ويُشار إليها بالحرف ĝ. بالقرب من سطح الأرض ĝ = 9.8 م / ث². يرجع تسارع السقوط الحر إلى الجاذبية الأرضية ويتم توجيهه عموديًا نحو الأسفل. بالمعنى الدقيق للكلمة ، هذه الحركة ممكنة فقط في الفراغ. يمكن اعتبار السقوط في الهواء مجانيًا تقريبًا.
يعتمد مسار الجسم الساقط بحرية على اتجاه متجه السرعة الابتدائية. إذا أُلقي الجسم رأسيًا لأسفل ، فسيكون المسار مقطعًا رأسيًا ، وتسمى الحركة متغيرًا متساويًا. إذا تم إلقاء جسم رأسيًا لأعلى ، فإن المسار يتكون من جزأين عموديين. أولاً ، يرتفع الجسم ويتحرك ببطء. عند نقطة أعلى ارتفاع ، تصبح السرعة مساوية للصفر ، وبعد ذلك ينزل الجسم ، متحركًا بعجلة منتظمة.
إذا تم توجيه متجه السرعة الأولية بزاوية مع الأفق ، فإن الحركة تحدث على طول القطع المكافئ. هذه هي الطريقة التي تتحرك بها كرة ، أو قرص ، أو رياضي يقفز طويلاً ، أو رصاصة طائرة ، أو ما إلى ذلك.
اعتمادًا على شكل تمثيل المعلمات الحركية ، هناك أنواع مختلفة من قوانين الحركة.
قانون الحركة- هذا أحد أشكال تحديد موضع الجسم في الفضاء ، والذي يمكن التعبير عنه:
تحليليًا ، أي باستخدام الصيغ. يتم إعطاء هذا النوع من قانون الحركة من خلال معادلات الحركة: x = x (t)، y = y (t)، z = z (t)؛
بيانياً ، أي استخدام الرسوم البيانية للتغييرات في إحداثيات نقطة حسب الوقت ؛
جدوليًا ، أي في شكل متجه بيانات ، عندما يتم إدخال قراءات رقمية للوقت في عمود واحد من الجدول ، ويتم إدخال إحداثيات نقطة أو نقاط من الجسم في الآخر مقارنة بالأول.
حركة منحنية للجسم
تعريف الحركة المنحنية للجسم:
الحركة المنحنية هي نوع من الحركة الميكانيكية يتغير فيها اتجاه السرعة. يمكن أن يتغير معامل السرعة.
حركة الجسم موحدة
تعريف حركة الجسم الموحدة:
إذا كان الجسم يسافر مسافات متساوية في فترات زمنية متساوية ، فإن هذه الحركة تسمى. مع الحركة المنتظمة ، يكون معامل السرعة قيمة ثابتة. ويمكن أن يتغير.
حركة الجسم غير المتكافئة
تعريف حركة الجسم غير المتكافئة:
إذا كان الجسم يسافر مسافات مختلفة في فترات زمنية متساوية ، فإن هذه الحركة تسمى غير متساوية. مع الحركة غير المتساوية ، يكون معامل السرعة متغيرًا. يمكن أن يتغير اتجاه السرعة.
حركة الجسم موحدة
تعريف الحركة المتساوية المتغيرة للجسم:
هناك قيمة ثابتة في حركة متغيرة بشكل موحد. إذا لم يتغير اتجاه السرعة في نفس الوقت ، فإننا نحصل على حركة مستقيمة متغيرة بشكل منتظم.
حركة متسارعة للجسم بشكل موحد
تعريف الحركة المتسارعة بشكل موحد للجسم:
بنفس القدر من الحركة البطيئة للجسم
تعريف الحركة البطيئة بشكل موحد للجسم:
عندما نتحدث عن الحركة الميكانيكية للجسم ، يمكننا النظر في مفهوم الحركة الانتقالية للجسم.