Движение тел относительно друг друга. Задача «встреча»

Рассмотрим, как будет выглядеть решение уже знакомой нам задачи «встреча» в системе отсчета, связанной с одним из движущихся тел.

Пусть по прямолинейной дороге навстречу друг другу едут мотоциклист и велосипедист, как показано на рис. 38. При этом относительно Земли модуль скорости мотоциклиста |vм| = 20 м/с, а модуль скорости велосипедиста – |vв| = 10 м/с. Определим, через какое время произойдет их встреча, если в момент начала наблюдения расстояние между ними l = 600 м.

Движение тел относительно друг друга

В предыдущих параграфах мы с вами на конкретных примерах научились решать некоторые виды задач кинематики. При этом мы в качестве тела отсчета выбирали Землю или неподвижные относительно нее тела. Оказывается, такой выбор тела отсчета не всегда является наиболее удачным. Во многих реальных задачах, которые встретятся вам в будущем, удобнее в качестве тела отсчета выбирать какое-либо тело, движущееся относительно Земли. Понятно, что в такой системе отсчета Земля уже не будет неподвижной. Вместе с Землей в такой системе отсчета будут двигаться деревья и дома, т. е.

Решение задач кинематики в общем виде

Мы с вами научились решать задачи с конкретными числовыми значениями. Освоим решение задач, в которых величины, характеризующие движение тел (начальные координаты, скорости и т. п.), определены не численно, а заданы в буквенном виде. В этом случае говорят о решении задачи в общем виде.

Решение задач в общем виде очень распространено. Оно позволяет упростить преобразования выражений, которые могут быть довольно громоздкими, избегать промежуточных вычислений, выявить взаимосвязь между физическими величинами.

Рассмотрим такое решение на примере задачи «встреча».

Решение задач кинематики. Задача «обгон»

Рассмотрим еще одну очень важную с практической точки зрения задачу. Пусть по прямой двухполосной дороге едут грузовик с прицепом и легковой автомобиль. Модули их скоростей равны соответственно |vг| = 20 м/с и |vл| = 30 м/с. Известно, что длина легкового автомобиля l1 = 5 м, а грузовик вместе с прицепом имеет длину l2 = 35 м. При этом легковой автомобиль, значение скорости которого больше, совершает обгон грузовика. Эта ситуация изображена на рис. 31.

Решение задач кинематики. Задача «погоня»

Прежде чем приступить к рассмотрению конкретных задач о погоне, договоримся о следующем. Будем называть погоней ситуацию, когда два тела движутся в одном направлении друг за другом. Например, один автомобиль на прямой дороге стремится догнать другой, хищник гонится за своей добычей и т. п. Решение задачи «погоня» заключается в ответе на вопрос: может ли одно тело догнать другое, и если может, то где и когда?

Задача «встреча». Аналитический способ решения

Теперь решим задачу из предыдущего параграфа другим способом – аналитическим. Посмотрим на рис. 20 и вспомним, что было сделано за первые три шага решения этой задачи.

Шаг 1. Мы ввели систему отсчета: 1) выбрали началом отсчета дерево, от которого начинал свое движение пешеход; 2) направили координатную ось вдоль дороги в направлении движения пешехода; 3) включили часы (секундомер) в момент начала движения тел.

Шаг 2. Были определены начальные координаты пешехода (xп0 = 0) и велосипедиста (xв0= 20 м).

Задача «встреча». Графический способ решения

Теперь, когда мы с вами научились описывать движение тел, применим паши знания для решения практических задач. Начнем с одной из самых важных и распространенных в природе и технике задач – задачи о встрече тел. Наверняка вы неоднократно слышали о стыковках космических аппаратов, видели, как встречные поезда одновременно подъезжают к промежуточной станции, выпущенная из лука стрела попадает в цель и т. п. Все эти ситуации можно представить как движение двух точечных тел навстречу друг другу. Задача заключается в том, чтобы определить, где произойдет их встреча и когда, т. е.

Скорость прямолинейного равномерного движения

Представим себе, что мы имеем дело с равномерно движущимся по прямой велосипедистом, который проезжает за каждую секунду не 5 м (как в предыдущем параграфе), а, например, 10 м. При этом выбрана та же система отсчета. Тогда зависимость координаты фары от времени будет выглядеть несколько иначе, так как в правой части полученного нами выражения на месте числа 5 будет стоять число 10:

x = x0 + 10 * t.

Если при этом включить секундомер в момент времени, когда координата фары будет, например, x0 = 15 м, то мы получим следующее выражение:

Прямолинейное равномерное движение

Изучение прямолинейного движения мы начнем с самого простого его вида. Еще раз рассмотрим график движения муравья, приведенный на рис. 11. Мы видим, что характер движения муравья менялся дважды. Сначала он двигался, пробегая 1 см за каждую секунду, затем стоял на месте, потом снова двигался в положительном направлении оси X, но уже быстрее, чем раньше, - пробегая за каждую секунду 2 см. В целом, за семь секунд движения муравья было неравномерным: муравей то бежал, то останавливался.

Способы описания прямолинейного движения

Простейшим видом движения точечного тела является движение вдоль прямой. Такое движение называют прямолинейным.

Рассмотрим достаточно простой пример прямолинейного движения. Представим себе, что на столе лежит ученическая линейка. В том месте, где у линейки находится нулевая отметка, лежит крупинка сахара. Муравей, схватив крупинку сахара в тот момент, когда мы включили секундомер, начинает бежать вдоль края линейки в сторону увеличения значений ее сантиметровых делений (рис. 7, а).

Pages