Как найти в нулевое в физике: Физика 9 класс. Законы, правила, формулы

разные подходы, задачи, примеры –

Считается, что высота объекта описывает движение, когда тело движется в вертикальном направлении. В этом случае высота переносится на расстояние, чтобы найти скорость.

Предположим, что какой-то предмет подброшен в воздух; используемый объект перемещается на определенной высоте и преодолевает определенное расстояние. В этом случае тело совершает как вертикальные, так и горизонтальные движения, в этом случае как рассчитать скорость по высоте и расстояние? Ответ обсуждается в этом посте.

Как найти скорость по высоте и расстоянию?

Когда объект проецируется вверх, он достигает определенной высоты и падает обратно на поверхность, преодолевая определенное расстояние. Скорость объекта должна быть рассчитана с использованием этих двух данных.

Скорость спроецированного объекта при движении вверх отличается от скорости того же объекта при движении вниз. Поскольку объект движется вертикально вверх, а после достижения максимальной высоты снова возвращается на землю, высота не равна расстоянию, как обсуждалось в предыдущей статье. Диаграмма, описывающая, как найти скорость с высотой и расстоянием

Поскольку объект перемещался как вверх, так и вниз, общее пройденное расстояние объектом задается

х = д + ч

Поскольку объект возвращается к земле на максимальной высоте h, пик, на котором объект увеличивает свою скорость, чтобы вернуться к земле, определяется как

Когда объект начинает падать с пика, высота уменьшается, поэтому общее расстояние, пройденное объектом, можно переписать как

Следовательно, полное расстояние, пройденное объектом, можно выразить как

Мы знаем, что из кинематического уравнения движения расстояние, пройденное телом, движущимся со скоростью v и начинающим ускоряться за каждые t секунд, определяется выражением;

Мы можем подставить полученное значение x в уравнение, чтобы получить скорость от высоты и расстояния как, чтобы получить

Переставляя условия, чтобы получить скорость как

Приведенное выше уравнение дает ответ на вопрос, как найти скорость по высоте и расстоянию.

Как найти начальную скорость, зная высоту и расстояние?

Мы уже обсуждали несколько способов нахождения начальной скорости. Ан ускоряющееся тело имеет различные значения скорости. Начальную скорость можно вычислить, используя ускорение, но можем ли мы вычислить Начальная скорость с высотой и расстоянием?

Начальная скорость тела рассчитывается при моменте времени t=0. В момент времени t=0 для нахождения скорости используются высота, на которой находится тело, и расстояние, которое оно преодолело. Ускоряющееся тело продолжает изменять скорость; это помогает нам найти начальную скорость.

Давайте рассмотрим пример; тело толкают с определенной высоты «h», оно начинает падать под определенным углом и перемещается на определенное расстояние по направлению вниз. При движении тела вниз его скорость становится максимальной из-за гравитационного притяжения.Как найти начальную скорость

В этом случае расстояние находится по горизонтальной плоскости, а высота по вертикальной плоскости.

Во-первых, мы имеем дело с высотой объекта, потому что высота — это сущность, на которую влияет гравитация. Уравнение для вертикального перемещения, т. е. высоты пройденного тела, имеет вид

Здесь мы используем ускорение за счет силы тяжести, потому что в вертикальном направлении тело может ускоряться только за счет силы тяжести.

При вертикальном движении считаем v=0, так как изначально тело обладает нулевая скорость.

Следовательно, по этому уравнению мы можем найти интервал времени t.

Мы можем найти начальную скорость при горизонтальном движении, так как тело также может ускоряться за счет фактора скорости.

Теперь у нас есть временной интервал, чтобы покрыть расстояние д. начальную скорость можно рассчитать как

Концепцию нахождения начальной скорости можно ясно понять, решая задачи, что делается в следующем разделе.

Как найти горизонтальную скорость по расстоянию и высоте?

Как правило, мы делим компоненты на вертикальное и горизонтальное движение при решении задач скорости. Перемещение тела по горизонтали направление за заданный период времени дает горизонтальную скорость.

Высота может влиять на скорость только тогда, когда тело движется в вертикальном направлении. Если тело совершает как вертикальное, так и горизонтальное движение, то нам нужна величина скорости для вычисления горизонтальной скорости. Узнаем, как найти скорость по высоте, учитывая расстояние, пройденное телом по горизонтали.

Чтобы найти горизонтальную скорость с высотой и расстоянием

Горизонтальная составляющая скорости определяется выражением

v_x= v cosθ

Вертикальная составляющая скорости определяется выражением

v_y = vsinθ

Так как сила тяжести влияет на вертикальное движение тела, поэтому вертикальные компоненты могут быть выражены как

v_y = vsinθ-gt

Скорость может быть выражена как

v = v._x + V_y

Величина скорости выражается как

Если тело достигает максимальной высоты, вертикальная скорость v_y равен нулю. Его можно дать как

v_y = 0 = vsinθ-gt

gt = v sinθ

Полное время полета тела равно 2t, поэтому, используя приведенное выше выражение, время можно представить как

g(t) = v sinθ

t=v sinθ/g

Предположим, что пробег тела при движении есть не что иное, как расстояние, пройденное телом; это может быть дано как

д=в² sin2θ/г

Высота, достигнутая телом при вертикальном движении, определяется выражением

ч=(1/2)гт²

Подставляя значение временного интервала t, получаем,

Мы можем приравнять полученное уравнение высоты и расстояния, чтобы получить значение θ как

Но нам нужно найти горизонтальную скорость v_x= vcosθ

Используя уравнение высоты и расстояния, мы можем вычислить значение v и, следовательно, подставив значение v в горизонтальную составляющую скорость уравнение мы получаем горизонтальная скорость.

Решенные примеры задач о том, как найти скорость с высотой и расстоянием

Найдите скорость снаряда, ускоряющегося под действием силы тяжести, летящего вверх, достигающего максимальной высоты 12 м и пролетающего расстояние 42 м. Время, за которое снаряд преодолевает расстояние, составляет 1.33 секунды.

Решение:

Дано – максимальная высота, достигнутая снарядом h = 12м.

Путь, пройденный снарядом d = 42м.

Время, за которое снаряд пролетит заданное расстояние t = 1.33 с.

Ускорение свободного падения g = 9.8 м/с.².

Скорость для заданной высоты и расстояния определяется выражением

v = 11.27 -6.527

v = 4.743 м / с

Камень брошен горизонтально с вершины холма на высоту 12 м и расстояние, пройденное камнем в горизонтальном направлении, равно 23 м. Если камень ускоряется под действием силы тяжести, как найти скорость, зная высоту и расстояние?

Решение:

Дано – высота, на которую брошен камень h = 12м.

Горизонтальное расстояние, пройденное камнем d = 23 м.

Ускорение свободного падения g = 9.8 м/с.².

Поскольку камень брошен горизонтально, его вертикальная скорость изначально равна нулю. Время, необходимое для преодоления заданного расстояния, определяется выражением

Чтобы найти скорость, общее выражение дается выражением

v=d/t

v = 23/1.56

v=14.74 м/с.

Найти горизонтальную скорость тела, брошенного вертикально на высоту 6 м и пройденного по горизонтали 17 м. (Примите ускорение свободного падения 10 м/с.²)

Решение:

Дано – горизонтальный путь, пройденный телом d= 17м.

Высота по вертикали h = 6м.

Горизонтальная скорость определяется выражением

v_x = v cosθ

Значение тета для горизонтальной скорости задается тангенсом^-1(2) = 63.43

v²=17/[10sin2(63.43)]

v²= 0.768

v=0.876 м/с.

Найдите начальную скорость тела, если оно движется с ускорением 5 м/с.² и расстояние, пройденное объектом, составляет 13 метров, а высота, на которой он движется, составляет 4 метра над землей.

Решение:

Дано – ускорение тела a = 5м/с².

Расстояние, пройденное объектом d = 13м.

Высота объекта h = 4м.

Изначально вертикаль. скорость объекта равна нулю и, следовательно, уравнение можно записать в виде

t² = 1.6

t= 1.26 с.

Начальная скорость может быть задана как

v_i= д / т

v_i= 13 / 1.26

v_i = 10.31 м / с.

возможна ли вообще нулевая гравитация? / Хабр

Самолёт уменьшенной гравитации НАСА, который официально называют «невесомым чудом», а неофициально – «рвотной кометой» [Vomit Comet]. На фото – модифицированный вариант модели Douglas DC-9

Говорят, что космонавты в космосе, летающие за пределами атмосферы Земли, испытывают нулевое притяжение – настоящее отсутствие веса. Однако же их всё-таки притягивает Земля, Луна, Солнце и все остальные массы во Вселенной. Так как же работает нулевая гравитация, и бывает ли она? Такой вопрос задал нам один из читателей:

Я слышу об экспериментах, проводимых на МКС в условиях нулевой гравитации, а также об изучении людей, существующих в нулевой гравитации. Но бывает ли нулевая гравитация?

Очень хороший вопрос, при том, что это ощущение вы можете испытать не только в космосе.

Аттракцион «свободное падение» в парке развлечений “Шесть флагов над Джорджией”, 2006 год

Задумайтесь над разницей между тем, что вы делаете сейчас – а вы, вероятнее всего, сидите – и свободным падением. Разница не в стуле, не в сидении и не в действующей на вас силе притяжения. Всё это может сохраниться и во время полёта – как на аттракционе со свободным падением. Разница в том, что вы чувствуете, как сиденье (или пол, или кровать) давят на вас в обратную сторону, сопротивляясь гравитации. То, что вы не чувствуете ощущение падения, связано не с гравитацией, а с нормальной силой. Нормальная она не потому, что является противоположностью ненормальной, а потому, что направлена по нормали, то есть, перпендикулярна поверхности, на которой вы стоите, сидите или лежите.

Сила гравитации (красный) и нормальная сила (синий), равные по величине и противоположные по направлению воздействуют на любую массу на Земле

Давайте устраним эту силу. Это можно сделать, например:

1. Убрав поверхность, которая её оказывает – пол, стул, что угодно.
2. Отключив гравитацию, из-за чего вы потеряете вес.
3. Отключив электромагнитное взаимодействие между вами и атомами поверхности.

В первом случае вы просто упадёте вниз, как будто вы внезапно оказались в воздухе и начали падать. Во втором вы поймёте, что нормальная сила действовала лишь оттого, что гравитация тянула вас к Земле, а пол был на её пути и отталкивал вас назад с такой же по величине силой, противоположной по направлению, из-за чего вы оставались на месте. Если отключить гравитацию, её воздействие будет нулевым, и таким же будет равная ей, противоположно направленная сила. В третьем случае гравитация останется, и будет тянуть вас к центру Земли, но без электромагнитных сил, действующих между атомами пола и вашими атомами, вы провалитесь вниз.

На падающее тело действует только сила гравитации, и кажется, что оно описывает параболу, но на самом деле это – небольшая часть эллипса, один из фокусов которого находится в центре Земли.

Если отключить электромагнетизм, шар бы описал полный эллипс примерно за 90 минут

Три этих случая сильно отличаются. В первом гравитация тянула бы вас вниз, к центру Земли, с ускорением, которое остановилось бы либо из-за трения о воздух, либо из-за действия на вас Земли или другого твёрдого тела. Во втором случае вы бы стали невесомым, и вообще не ускорялись бы – это и была бы нулевая гравитация. В третьем вы ускорялись бы при движении к центру Земли, описывая эллипсоид с центром Земли в одном из фокусов, и вернулись бы в начальную точку примерно через 90 минут

Но во всех трёх случаях в самом начале вы испытали бы одно и то же ощущение.

Астронавты и фрукты на борту МКС. Гравитация не отключена, но ускоряется всё одинаково, что и приводит к ощущению нулевой гравитации

Это ощущение отсутствие веса, поднятия желудка, дезориентации – это и есть ощущение нулевой гравитации. Ещё более странно то, что вы бы не могли отличить второй и третий варианты, не открывая глаз. Нельзя определить разницу между отключением гравитации и непрерывным ускорением со свободным падением. Это может показаться контринтуитивным, но это суть, основной принцип, приведший Эйнштейна к формулировке Общей теории относительности. И вот что нам известно сегодня о принципе эквивалентности Эйнштейна.

Одинаковое поведение падающего на пол мяча в ускоряющейся ракете и на Земле – демонстрация принципа эквивалентности Эйнштейна

Принцип постулирует, что невозможно различить гравитационное ускорение и любую другую форму ускорения – например, ракетную тягу. Если вы вместе с вашей системой отсчёта одновременно и равномерно ускоряетесь, то ваше положение будет эквивалентно отсутствию ускорения [нахождению в гравитационном поле – прим. перев.]. Сила, которую вы чувствуете на Земле, вращающейся вокруг своей оси и движущейся вокруг Солнца, идентична силе, которую бы вы чувствовали, если бы Солнце исчезло, и Земля просто вращалась бы одиноко в глубинах космоса.

Говоря о нулевой гравитации, мы не имеем в виду, что гравитация исчезает. Во Вселенной нет такого места, где можно было бы спрятаться от гравитации, да нам это и не нужно. Нам нужно только отключить нормальную силу, а это значит, позволить нам и нашей системе отсчёта равномерно падать вместе. Нам нужно только ускориться вместе с нашим окружением. Этот принцип работает и во время полёта на «рвотной комете», когда двигатели самолёта отключаются, и она свободно падает в течение порядка 40 секунд, а вы находитесь на борту.

Пассажиры рвотной кометы в 2006 году во время прыжка с нулевой гравитацией

Ваше ощущение нулевой гравитации может быть похожим на падение, только без проносящегося мимо воздуха. Просто между вами и тем, что вы ощущаете, как направление «вниз», нет относительной гравитации. Если вы надолго подвергнете себя воздействию нулевой гравитации в указанном смысле, вы начнёте страдать от разных физических недугов: потери костной массы, атрофии мускулов, ухудшения зрения или даже слепоты, потери мозолей на ногах (что приводит к потере кожи на ступнях) и, в отсутствии стягивающей ваши внутренности силы, повышенного газообразования.

И всё это риски, на которые идут космонавты. Член экспедиции Аполло-16 Джон Янг известен тем, что особенно сильно страдал от метеоризма на Луне, что он относил на счёт флоридского апельсинового сока.

Буквальном смысле, нулевой гравитации во Вселенной нет, ибо нельзя спрятаться от дальнодействующей силы. Но с точки зрения физических ощущений вашего тела, пока ваше окружение равномерно ускоряется вместе с вами, вы не сможете найти разницу. Нулевая гравитация и свободное падение – это синонимы, если оценивать их с точки зрения вашего опыта. Так что, хотя во Вселенной ничто не может испытывать нулевую гравитацию, если просто позволить гравитации тянуть вас вниз – пока вы не наткнётесь на что-либо, что будет сопротивляться вам – вы получите наилучшую возможную замену этому эффекту. По меньшей мере, Эйнштейну этого было достаточно, космонавтам этого было достаточно, и нам этого тоже должно быть достаточно.

Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].

Что такое нулевое ускорение? | AP Physics 1 (Kinematics)

Эй, физик-мыслитель В этом уроке мы обсудим важную концепцию нулевого ускорения. Вам нужно понять, какое влияние оказывает частица на свое движение, когда она движется с нулевым ускорением.

Прежде чем читать этот урок, у нас есть к вам важная просьба: всегда старайтесь прочувствовать каждое понятие физики на практике. Что повысит ваш интерес к физике.

Что такое нулевое ускорение?

Согласно определению скорость увеличения скорости называется ускорением. Вы только представьте себе, что если обнулить скорость увеличения скорости, то есть если объект движется с постоянной скоростью, то его ускорение будет равно нулю.

\[|\vec{a}|=\left| {\ гидроразрыва {d (\ vec {v})} {dt}} \ справа | = 0\]

Поскольку ускорение является векторной величиной, ускорение всегда должно быть выражено в виде нулевого вектора. То есть здесь не надо просто писать ноль, надо указывать стрелкой выше ноля. И это правило записи нулевых векторов. Например

$$\vec{a}=\vec{0}$$

Теоретически, когда частица движется с постоянной скоростью, скорость не меняется со временем. Тогда его ускорение называют нулевым ускорением.

Математически, поскольку скорость постоянна, первая производная скорости по времени будет равна нулю, что указывает на ускорение движущегося объекта.

$$\vec{v}=константа$$$$\поэтому  \left\lvert\frac{d(\vec{v})}{dt}\right\rvert = \vec{0}$$

Воздействие на движение

Так как полное ускорение любой движущейся частицы равно нулю. Тогда суммарная сила, приложенная к частице, будет равна нулю.

Согласно первому закону Ньютона, если полная сила, приложенная к движущейся частице, равна нулю, то частица движется по прямой с постоянной скоростью.

В случае нулевого ускорения направление движения частицы не изменится. А если изменить направление движения, то скорость частицы не будет постоянной.

Воздействие на скорость

Вы понимаете, что скорость частицы будет постоянной при нулевом ускорении. То есть не будет изменения значения и направления скорости с течением времени.

Математически, если мы выразим значение скорости, мы увидим, что скорость становится постоянным значением. Обратите внимание на следующее уравнение:

$$\следовательно  \left\lvert\frac{d(\left|\vec{v}\right|)}{dt}\right\rvert = 0$$

$$\left| \vec{v}\right|=константа$$

Графически, поскольку скорость постоянна во времени, график v-t будет представлять собой прямую линию, параллельную оси времени.

Наклон графиков скорости и времени всегда будет отображать ускорение. Если вы посмотрите на изображение выше, наклон будет нулевым.

Воздействие на Силу

Исходя из этой концепции многие могут подумать, что сила любой системы всегда будет равна нулю, но нет. Потому что сила не означает произведение массы на ускорение. Вы можете использовать эту концепцию, когда масса системы или частицы всегда постоянна.

Согласно второму закону движения Ньютона, общая сила, приложенная к системе или частице, будет равна скорости изменения импульса.

1. Постоянная масса

В этом случае масса системы поддерживается постоянной. Тогда полная сила системы будет равна произведению массы на ускорение.

Вы всегда используете это уравнение. Так как масса системы постоянна, то есть если ускорение равно нулю, то и суммарная сила, приложенная к системе, будет равна нулю. Обратите внимание на следующий расчет

2. Переменная масса

На самом деле существует множество систем, масса которых изменяется в зависимости от скорости системы. Такой тип системы называется системой с переменной массой. Например, газовые баллоны, ракеты и т. д.

Таким образом, общая сила, приложенная к системе этого типа, не просто равна произведению массы на ускорение. Скорее, общая приложенная сила также зависит от переменной массы.

В этом случае, даже если полное ускорение системы равно нулю, полная сила системы для переменной массы не будет равна нулю.

Вопросы и ответы

1.

Всегда ли изменение количества движения в случае нулевого ускорения будет равно нулю?

Нет, в случае постоянной массы изменение импульса частицы всегда будет равно нулю. Однако, когда масса системы переменная, изменение импульса не будет равно нулю.

2. Ниже приведен график скорости и времени. Вы посмотрите на этот график и скажите, где ускорение частицы будет равно нулю?

Наклон графика скорости и времени всегда относится к ускорению. Затем нужно найти точку или продолжительность на графике, где значение наклона будет равно нулю. Тогда мы можем сказать, что значение ускорения в этой точке или длительность равно нулю.

Если вы посмотрите на график, то увидите, что значение наклона в точке B и CD продолжительности равно нулю. Тогда значение ускорения в точке B и длительность CD также будут равны нулю.

3. Каково будет соотношение между временем и перемещением в случае нулевого ускорения?

Математически двойная производная смещения по времени всегда представляет собой ускорение. Затем вы должны составить отношение времени со смещением, у которого двойная производная по времени будет равна нулю.

Здесь m — постоянная скорость. А связь между этим перемещением и временем можно было бы доказать и обратным способом.

В этом случае скорость постоянна. Итак, если вы интегрируете скорость во время, между перемещением и временем будет создана связь, которая будет представлять нулевое ускорение. Итак, посмотрите на этот расчет ниже

Итак, если вы нарисуете график на основе этого уравнения, это будет график

4. Простой вопрос: каковы будут графики ускорения и времени?

В этом случае значение ускорения равно нулю. То есть значение ускорения останется равным нулю с течением времени.

Когда частица движется с постоянной скоростью, ее ускорение будет равно нулю. То есть скорость движущейся частицы не изменится, поскольку она увеличивается с течением времени.

Заключение

Многие студенты имеют неправильное представление об этом понятии. Конечно, это было подробно обсуждено, так что у вас не возникнет никаких проблем с пониманием. Надеюсь, вы понимаете влияние ускорения на другие динамические физические величины.

физика – Траектория – Расчет дальности и времени полета, если начальная высота не равна нулю . (То есть мы притворяемся, что Земля плоская и не вращается.) Кроме того, мы предполагаем, что гравитация постоянна.

Предполагая, что начальное направление стрельбы находится под некоторым углом вверх, у вас есть начальная восходящая составляющая скорости и начальная составляющая поступательной скорости.

Из начальной высоты и восходящей скорости вы вычисляете время до вершины траектории, когда снаряд имеет нулевую вертикальную скорость. Вы также вычисляете высоту в верхней части траектории (начальная высота плюс высота, полученная за время, которое вы только что вычислили).

Из высоты в верхней части траектории и высоты области удара (я предполагаю, что это ноль для вашей задачи, поскольку вы только сказали, что начальная высота была не нулевой), вы вычисляете количество затраченного времени падение.

Общее время полета равно сумме времени подъема и спуска.

В течение всего времени полета снаряд продолжает двигаться с той же горизонтальной скоростью. Используйте это для вычисления диапазона.

Это те же расчеты, из которых берутся “обычные” формулы, за исключением того, что части «вверх» и «вниз» не равны.

---

Кроме того, вы можете использовать свою формулу для роста. Для упрощения математических манипуляций я буду писать $y_0$ для «начальной позиции $y$», $v_{y0}$ для «начальной скорости $y$» и $t$ для «дельта-времени»: 92 – 2g(y_0 – y)}}{g}. $$

Это стандартное решение дает два значения для $t,$: одно при замене знака $\pm$ на $-$ и второе при замене на $+.$ Есть два решения, потому что если вы продолжите траекторию вперед и назад во времени, это будет парабола, и для каждой координаты $y$ ниже вершины параболы парабола пересекает координату $y$ дважды, один раз на пути вверх и (позже) на пути вниз. Поскольку вам нужно решение «на пути вниз», когда снаряд падает на землю на высоте $y,$, вам нужно более позднее решение (большее значение $t$).