Неравномерное движение широко распространено в окружающем нас мире. В отличие от равномерного движения, при котором скорость не меняется, неравномерное движение характеризуется переменной скоростью. Давайте разберемся, что это такое.
Определение неравномерного движения
Неравномерным называется движение, при котором скорость тела со временем изменяется. Это изменение может заключаться как в увеличении, так и в уменьшении скорости. Кроме того, при неравномерном движении может меняться и направление движения.
В отличие от него, равномерным называется такое движение, когда скорость остается постоянной. Например, если автомобиль едет по прямой дороге со скоростью 90 км/ч, то его движение будет равномерным.
Примеры неравномерного движения
Примеров неравномерного движения очень много вокруг нас:
- Движение транспорта. Автобусы и поезда ускоряются и замедляются на остановках.
- Падение тел на Землю. Скорость падения тела увеличивается со временем под действием силы тяжести.
- Колебания маятников и грузов на пружинах. Скорость колеблющегося тела периодически меняется.
Рассмотрим некоторые примеры неравномерного движения более подробно.
Движение транспорта
Одним из распространенных примеров неравномерного движения является движение транспорта, например автомобилей, поездов, самолетов. Все виды транспорта разгоняются и замедляются во время движения.
Например, когда самолет взлетает, он разгоняется по взлетно-посадочной полосе, увеличивая скорость. Затем, достигнув нужной скорости, он отрывается от земли. При посадке же самолет, наоборот, снижает скорость перед приземлением. Таким образом, полет самолета - это типичный пример неравномерного движения.
Движение автомобилей и других транспортных средств по дорогам также носит неравномерный характер из-за разгонов, торможений, поворотов и прочих маневров.
Падение тел на Землю
Еще одним известным примером неравномерного движения является свободное падение тел на Землю. Например, если бросить с высоты камень или любой другой предмет, то по мере падения его скорость будет нарастать под действием силы тяжести.
Физик Галилео Галилей еще в XVI веке установил, что в отсутствие сопротивления воздуха все тела падают с одинаковым ускорением. Это ускорение свободного падения на Земле составляет около 9,8 м/с2. Именно благодаря ему скорость падающего тела увеличивается с высотой.
Так, например, если с высоты 100 метров бросить камень, то за первую секунду падения он пролетит около 5 метров со скоростью 5 м/с. А за вторую секунду уже 15 метров со скоростью 15 м/с. И так далее, пока камень не достигнет поверхности Земли.
Таким образом, движение падающих тел также относится к неравномерному, поскольку их скорость увеличивается со временем падения.
Причины неравномерного движения
Почему же скорость тела при неравномерном движении изменяется? Это может происходить по нескольким основным причинам.
Действие переменной силы
Одной из основных причин является действие на тело переменной по величине силы. Например, когда машина разгоняется, на нее действует сила тяги двигателя, которая увеличивает ее скорость.
А при торможении на автомобиль действует сила трения в противоположном движению направлении, которая и замедляет машину. То есть изменение силы вызывает изменение скорости, т.е. неравномерное движение.
Изменение массы
Еще одной причиной, по которой тело может двигаться неравномерно, является изменение его массы. Чем больше масса тела, тем сложнее изменить его скорость из-за инерции.
Например, космические ракеты сбрасывают отработанные ступени по мере выведения на орбиту, уменьшая тем самым свою массу и разгоняясь быстрее. Это тоже пример неравномерного движения, вызванный уменьшением массы.
Сопротивление среды
Скорость тела при его движении может меняться из-за сопротивления окружающей среды - воздуха, воды и так далее.
Сопротивление среды замедляет тело за счет силы трения. Чем быстрее движется тело, тем сильнее это тормозящее действие. Поэтому с ростом скорости она начинает увеличиваться все медленнее, пока не достигнет предела.
Так, например, парашютист после выброса из самолета сначала падает все быстрее и быстрее, но по мере раскрытия парашюта скорость падения постепенно выравнивается из-за сопротивления воздуха.
Характеристики неравномерного движения
Для описания неравномерного движения используются такие характеристики, как скорость, ускорение и их графическое представление.
Скорость и ускорение как функции времени
В отличие от равномерного движения, где скорость постоянна, при неравномерном движении она является функцией времени. То есть скорость зависит от времени и изменяется с его течением.
Для описания этого изменения скорости вводится понятие ускорения - величины, показывающей, насколько быстро меняется скорость тела в данный момент времени.
Ускорение может быть как положительным (разгон), так и отрицательным (торможение). А может и вовсе менять знак, если тело то разгоняется, то замедляется.
Графики зависимостей
Зависимости между скоростью, ускорением и временем при неравномерном движении удобно представлять графически.
Например, можно построить график скорости тела как функции времени. По такому графику наглядно видно, как скорость изменялась в каждый момент времени.
Еще можно построить график зависимости пути от времени. По такому графику видно, как неравномерно менялось положение движущегося тела.
Математическое описание
Для математического описания неравномерного движения обычно используется дифференциальное исчисление и понятие мгновенной скорости.
Так как скорость при неравномерном движении изменяется, то для каждого момента времени определяют так называемую мгновенную скорость. Она показывает, какой была скорость тела в данный конкретный момент.
Формула неравномерного движения
Математически неравномерное движение описывается формулой: S = Vсрt
Здесь S - пройденный путь, Vср - средняя скорость, t - время. Эта формула позволяет рассчитать изменение положения тела (путь S) в любой момент времени.
Средняя скорость рассчитывается как отношение пройденного пути к затраченному времени. Принципы расчета пути при неравномерном движении заключаются в разделении всего пути на маленькие участки и определении скорости на каждом из них.
Какое движение называется неравномерным
Итак, теперь мы знаем, какое движение называется неравномерным. Это такое движение, при котором скорость тела со временем изменяется - увеличивается, уменьшается, меняет направление.
Вокруг нас масса примеров неравномерного движения - от падающих тел до различных видов транспорта. Понимание особенностей такого движения помогает объяснить многие явления в окружающем мире.
