Орташа жылдамдық бағыты r
бағытымен бағыттас болады.
егер векторлар
a→ k b
формуласымен байланысқан болса, онда
олардың бағыттары бірдей болады.
Егер орташа жылдамдықты табу теңдеуінде уақыт өзгерісі t0 шегіне ұмтылса, онда υ лездік жылдамдықтың өрнегін аламыз:
υ→ lim r
t0 t
dr .
d t
Лездік жылдамдық υ – векторлық шама, ол қозғалыстағы нүктенің радиус векторының уақыт бойынша бірінші туындысына тең.
υ жылдамдық векторының бағыты траекторияға жанама бойымен қозғалыс бағытына қарай бағытталады.
t уақыт азайған сайын s жол | r |- ға жақындай түседі. Сондықтан
υ |υ→|
r→
lim
lim|r→| lim s d s
t0 t
t0 t t0 t d t
Осыдан лездік жылдамдықтың сандық мәні жолдың уақыт бойынша бірінші туындысына тең:
υ lim s d s
t0 t d t
Егер қозғалыс бірқалыпсыз болса, онда лездік жылдамдықтың сандық мәні уақыт өтуімен өзгергенде, берілген учаскедегі бірқалыпсыз қозғалыстың скалярлық шамасы <υ> - орташа жылдамдығы қолданылады:
υ s
t
s > | r | болғандықтан, сурет бойынша <υ> > |<υ >| және тек қана түзу сызықты қозғалыс кезінде s = | r |.
Егер t-тан t+t уақытқа дейінгі аралықта ds=υdt теңдеуін интегралдайтын болсақ, онда t уақыт аралығында жүрілген жол ұзындығын табамыз:
tt
s υd t
t
Егер бірқалыпты қозғалыста лездік жылдамдықтың сандық мағынасы тұрақты болса, онда жол формуласы мына түрге келеді.
s υ
tt
d t υ t ,
t
немесе жай ғана s=υ⋅ t, себебі t= t–t0= t, тек бастапқы уақыт нөлге сәйкес келсе
t0=0.
Нүктенің t1 және t2 уақыт аралығында жүрілген жолы мына интегралмен анықталады
t2
s υ ( t) d t
t1
Тестерде кездесетін бірқалыпты түзу сызықты қозғалысты қарастыратын және орташа жылдамдықты анықтайтын типтік есептерді қарастырайық.
Үдеу және оның құраушылары. Бірқалыпты үдемелі қозғалыс
Бірқалыпсыз қозғалыс кезінде, жылдамдықтың уақыт өтуіне байланысты өзгеру шашаңдығын білу өте маңызды. Жылдамдықтың өзгеру шапшаңдығын бағыты мен модулі бойынша сипаттайтын физикалық шама үдеу болып табылады.
t уақыт мезетіндегі А нүктесінің жылдамдығын υ векторы көрсетсін делік. Қозғалыстағы нүкте t уақыт аралығында В нүктесіне келсін және де
модулі мен бағыты бойынша υ -дан өзгеше υ1 υ υ тең жылдамдыққа ие
болсын. υ1 векторын А нүктесіне көшіріп υ табамыз.
Бірқалыпсыз қозғалыс кезіндегі дененің t-дан t+Δt уақыт
интервалындағы орташа үдеуі деп, υ жылдамдық өзгерісінің Δt уақыт
интервалына қатынасына тең векторлық шаманы айтады:
a→ υ
t
Материялық нүктенің t уақыт мезетіндегі a лездік үдеуі орташа үдеудің шегі болып табылады:
a→
lim
a→
lim
υ dυ
t0
t0 t d t
Осыдан a үдеу дегеніміз жылдамдықтың уақыт бойынша бірінші туындысына тең векторлық шама.
υ векторын екі құраушыға жіктеуге болады. Ол үшін А нүктесінен
бастап, υ жылдамдығының бағыты бойынша және модулі жағынан υ1-ге тең
АД векторын бөліп алайық. Осыдан υτ -ға тең СД векторы t уақыт
аралығындағы жылдамдықтың модулі бойынша өзгеруін көрсетеді: υτ = υ1 –
υ. Ал екінші құраушысы υn векторы t уақыт аралығындағы жылдамдықтың
өзгерісін бағыты бойынша сипаттайды.
Жылдамдықтың уақыт бойынша туындысы болып табылатын
υτ
t
шапшаңдығын анықтайды және үдеудің aτ тангенциал құраушысы болып табылады
a lim
υτ
lim
υ dυ .
τ t0 t
t0 t d t
Үдеудің екінші құраушысын анықтайық. В нүктесі А нүктесіне өте жақын орналасқан деп есептесек, онда s жолды - радиусы r тең қандай да бір шеңбердің, бірақ АВ хордасынан біраз өзгеше, дөңес деп алуға болады. АОВ
υ n υυ 1
t r
t 0 υ 1 υ шектері бойынша
υ 1 υ болғандықтан EAD бұрышы нөлге ұмтылады, ал EAD
үшбұрышы теңбүйірлі болғандықтан υ және υ n арасындағы ADE бұрышы
түзу сызыққа ұмтылады. Осыдан t0 болғанда υ n және υ векторлары бір-
бірімен перпендикуляр болып шығады. Жылдамдық векторы траекторияға
жанама бойымен бағытталғандықтан, жылдамдыққа перпендикуляр υ n
векторы дөңгелек қисығының центріне қарай бағытталады.
an
lim
υn
υ 2
t0
Мынаған тең үдеудің екінші құраушысы
t r
үдеудің нормаль құраушысы деп аталады және траекторияға нормаль бойынша оның қисығының центріне қарай бағытталады (сондықтан оны центрге тартқыш aц деп те атайды).
Дененің толық үдеуі тангенциал және нормаль құраушыларының геометриялық қосындысына тең (суретті қара):
a→ dυ a→τ a→
d t n
Үдеудің тангенциал құраушысы жылдамдық өзгерісінің шашаңдығын модулі бойынша сипаттайды (траекторияға жанама бойымен бағытталады), ал үдеудің нормаль құраушысы жылдамдық өзгерісінің шапшаңдығын бағыты бойынша сипаттайды (траектория қисығының центріне қарай бағытталады).
Үдеудің тангенциал және нормаль құраушыларын ескере отырып, қозғалысты келесі түрлерге классификациялауға болады:
аτ = 0, аn = 0 – түзу сызықты бірқалыпты қозғалыс;
аτ = а = const, аn = 0 – түзу сызықты бірқалыпты айнымалы қозғалыс. Мұндай қозғалыс кезінде:
a a υ υ2 υ1 .
τ t t t
2 1
Егер бастапқы уақыт мезеті t1=0, ал бастапқы жылдамдық υ1=υ0 болса, онда
t2= t және υ 2=υ деп белгілеп,
a υ υ 0
t
аламыз, осыдан
υ = υ0 + at.
Осы формуланы нөлден қандай да бір уақыт мезеті шектерінде
интегралдап, бірқалыпты айнымалы қозғалыс жағдайындағы жүрілген жол формуласын аламыз:
t t
sυdt (υ0 at)dt υ0 t
at 2
2 ;
0 0
аτ = f(t), аn = 0 – түзу сызықты айнымалы үдемелі қозғалыс;
аτ = 0, аn = const. аτ= 0 болғанда жылдамдық модулі бойынша өзгермейді,
υ 2
керісінше бағыты бойынша өзгереді. an r формуласынан қисықтық
радиусы тұрақты болуы керек екенін көреміз. Осыдан жылдамдығы модулі бойынша тұрақты шеңбер бойымен қозғалысты көреміз;
аτ =0, аn = f(t) – модулі бойынша жылдамдығы тұрақты қисық сызықты қозғалыс;
аτ = const, аn 0 – қозғалыс жылдамдығы модулі бойынша қисық сызықты бірқалыпты айнымалы қозғалыс;
аτ = f(t), аn 0 – қисық сызықты айнымалы үдемелі қозғалыс.
Бірқалыпты айнымалы түзу сызықты қозғалысты өрнектейтін
at2
теңдеулер: υ=υ0at;
sυ0t 2 ,
мұндағы «–» таңбасы бірқалыпты кемімелі қозғалысқа, «+» таңбасы
бірқалыпты үдемелі қозғалысқа сәйкес келеді.
Қозғалыстың графиктік кескіні
Түзу сызықты бірқалыпты қозғалысты қарастырайық
υ const ,
егер жылдамдықтың бағыты мен модулі тұрақты болса.
Берілген жағдайда орташа жылдамдық шамасы лездік жылдамдық шамасына тең
υ υ υ 1 .
Жол мен жылдамдықтың арасындағы тәуелділік келесі теңдеумен анықталады
s υ t ,
бұған келесі график сәйкес келеді
Егер дене бірқалыпты түзу сызықты (Ох осі бойынша) қозғалатын болса, онда оның координата теңдеуі былай жазылады:
x x0 υ t ,
мұндағы «–» таңбасы Ох өсіне қарама - қарсы қозғалысқа сәйкес келеді
Достарыңызбен бөлісу: |