Аватар Неизвестный
Личный кабинет Кабинет родителя Кабинет учителя Настройки Выйти Войти Регистрация Родителю Подписка
КАРТОЧКИ
ТЕСТЫ
ТРЕНАЖЁРЫ
КУРСЫ
Классы
Темы
Подобрать занятие
Подобрать занятие
Классы
Темы
НАЗНАЧИТЬ

Прямолинейное и криволинейное движение

Содержание

Первый закон Ньютона говорит нам о том, что тело будет находиться в состоянии покоя или равномерно и прямолинейно двигаться, если на него не действуют никакие силы (или их действие скомпенсировано, а равнодействующая этих сил равна нулю).

А что будет, если на тело начнет действовать какая-то сила? Обязательно ли изменится его скорость? Или может измениться только направление движения? На данном уроке мы найдем ответы на эти вопросы.

Действие на тело силы и прямолинейное движение

Рассмотрим на опыте, как будет двигаться тело при воздействии на него некоторой силы.

Возьмем небольшой шарик и привяжем к нему резиновой шнурок. Положим его на стол. Закрепим свободный конец шнура и назовем место крепления точкой O. Сам шарик будет находиться в точке A (рисунок 1).

Рисунок 1. Шарик, закрепленный на столе резиновым шнуром

Переместим шарик в точку B. Шнур растянется. В этот момент в нем возникнет сила упругости $\vec F_{упр}$. Она будет действовать на шарик, стремясь вернуть его в первоначальное положение (рисунок 2).

Рисунок 2. Сила упругости, возникающая при деформации (растяжении) шнура

Теперь отпустим шарик. Под действием силы упругости $\vec F_{упр}$ шарик будет возвращаться в точку A (рисунок 3). По причине воздействия силы, он будет двигаться с некоторым ускорением.

При этом шарик будет двигаться по прямой — совершать прямолинейное движение. Вектор его скорости в любой точке траектории (например, в точке C) будет сонаправлен вектору силы упругости и вектору ускорения.

Рисунок 3. Прямолинейное движение шарика под действием силы упругости

Получается, что во время такого движения меняться будет только модуль вектора скорости шарика. При этом направление вектора скорости будет оставаться неизменным.

Прямолинейное движение — это движение, при котором вектор силы, действующей на тело, направлен параллельно траектории его движения.

Действие силы на тело и криволинейное движение

А теперь смоделируем ситуацию с этим же шариком, где он начнет двигаться криволинейно.

Изначально шарик лежит в точке A. Толкнем его к точке B. Таким образом мы придадим ему некоторую начальную скорость, которая будет направлена перпендикулярно отрезку OA (рисунок 4).

Рисунок 4. Шарик на резиновом шнуре в ходе движения к точке B

Если бы на шарик не действовали никакие другие силы, то он бы продолжил движении по инерции. Величина и направление заданной скорости не изменялись бы. Но, когда шарик двигается к точке B, он растягивает шнур. При этом возникает сила упругости, которая стремится сократить шнур до его изначальной длины и приблизить шарик к точке O. В результате действия этой силы направление вектора скорости шарика постоянно немного изменяется. Поэтому он движется по криволинейной траектории AC (рисунок 5). 

Рисунок 5. Движение шарика по криволинейной траектории под действием силы

В любой точке этой траектории (например, в точке C) скорость шарика $\vec \upsilon$ и сила упругости $\vec F_{упр}$ будут направлены вдоль пересекающихся прямых:

  • вектор скорости направлен по касательной к траектории движения;
  • вектор силы упругости направлен к точке O.

Криволинейное движение — это движение, при котором векторы скорости тела и силы, действующей на него, направлены относительно друг друга под некоторым углом.

Получается, что действие на тело силы может привести к абсолютно разным результатам.

Если вектор скорости тела и вектор действующей на него силы направлены вдоль одной прямой, то тело движется прямолинейно. А если они направлены вдоль пересекающихся прямых, то тело движется криволинейно.

Криволинейное движение и движение по окружности

Итак, мы можем сказать, что тело движется криволинейно, если на него действует какая-то сила, меняющая направление скорости. При этом векторы силы и скорости в каждой точке траектории будут направлены вдоль пересекающихся прямых.

Криволинейных траекторий существует бесчисленное количество. Но чаще всего они могут быть представлены в виде совокупности дуг разных окружностей. Например, на рисунке 6 кривая линия ABCDEF представлена как совокупность дуг окружностей разных радиусов.

Рисунок 6. Криволинейная траектория как совокупность дуг окружностей разных радиусов

По этой причине изучение криволинейного движения тела мы сведем к изучению его движения по окружности на следующем уроке.

Упражнения

Упражнение № 1

Шарик катился по горизонтальной поверхности стола от точки А к точке В (рисунок 7). В точке В на шарик подействовали силой $\vec F$. Он стал двигаться к точке С. В каком из направлений, обозначенных стрелками 1, 2, 3 и 4, могла действовать сила $\vec F$?

Рисунок 7. Иллюстрация к упражнению № 1

Посмотреть ответ

Скрыть

Ответ:

Сила $\vec F$ подействовала в направлении 3.

Если бы сила подействовала в направлении 1, шарик бы начал двигаться по диагонали вверх, в направлении 2 — шарик бы не изменил траекторию своего движения, в направлении 4 — остановился или двигался в точку A.

Упражнение № 2

На рисунке 8 изображена траектория движения шарика. На ней отмечены положения шарика через каждую секунду после начала движения. Действовала ли на шарик сила на участке 0–3; 4–6; 7–9; 10–12; 13–15; 16–19? Если сила действовала, то как она была направлена по отношению к вектору скорости? Почему на участке 7–9 шарик повернул налево, а на участке 10–12 — направо по отношению к направлению движения перед поворотом? Сопротивление движению не учитывайте.

Рисунок 8. Иллюстрация к упражнению № 2

Посмотреть ответ

Скрыть

Ответ:

На участке траектории 0–3 на шарик действовала сила. За каждую секунду шарик проходит все большее и большее расстояние. Значит, модуль его силы увеличивается, шарик двигается с некоторым ускорением. Вектор силы направлен вдоль вектора скорости, так как траектория движения остается прямой линией.

На шарик не действуют никакие силы (или их действие скомпенсировано) на участке траектории 4–6. Каждую секунду шарик совершает одинаковые перемещения — значит, он движется равномерно.

На участке траектории 7–9 на шарик действует сила — он меняет направление движения и поворачивает налево (совершает криволинейное движение). Сила направлена вверх под каким-то углом к вектору скорости тела.

Следующий участок траектории 10–12: на шарик тоже действует сила, но теперь она направлена вправо под углом к вектору скорости. Шарик меняет свою траекторию — движется криволинейно.

На участке траектории 13–15 шарик проходит одинаковые расстояния за равные промежутки времени. Значит, здесь на него не действуют никакие силы или их действие скомпенсировано. Шарик движется равномерно и прямолинейно.

И на последнем участке траектории 16–19 шарик движется с каким-то ускорением. Вектор ускорения будет направлен противоположно вектору скорости — шарик замедляется. Сила, вызывающая ускорение, направлена в противоположную сторону от вектора скорости шарика.

Упражнение № 3

На рисунке 9 линией ABCDE изображена траектория движения некоторого тела. На каких участках на тело наверняка действовала сила? Могла ли на тело действовать какая-нибудь сила при его движении на других участках этой траектории? Все ответы обоснуйте.

Рисунок 9. Иллюстрация к упражнению № 3

 Посмотреть ответ

Скрыть

Ответ:

На тело наверняка действовала сила на участках AB и CD, потому что на них тело двигалось криволинейно.

На участках BC и DE на тело могла действовать какая-то сила в двух случаях:

  1. Если тело двигалось с постоянным ускорением;
  2. Если на тело действовали и другие силы, которые компенсировали друг друга (их равнодействующая была равна нулю). В этом случае тело двигалось равномерно с постоянной скоростью.

Часто задаваемые вопросы

Рассмотрите рисунок 3  и ответьте на вопросы: под действием какой силы шарик приобретает скорость и движется от точки В к точке А? В результате чего эта сила возникла? Как направлены ускорение, скорость шарика и действующая на него сила? По какой траектории движется шарик?

Шарик приобретает скорость под действием силы упругости. Эта сила возникла в результате деформации (растяжения) резинового шнурка, к которому прикреплен шарик. Скорость шарика, ускорение и сила упругости сонаправлены друг другу. Шарик движется прямолинейно.

Рассмотрите рисунок 5 и ответьте на вопросы: почему в шнуре возникла сила упругости и как она направлена по отношению к самому шнуру? Что можно сказать о направлении скорости шарика и действующей на него силы упругости шнура? Как движется шарик — прямолинейно или криволинейно?

Сила упругости в шнуре возникла в результате его деформации (растяжения), она направлена вдоль шнура к точке O. Скорость шарика и действующая на него сила упругости направлены вдоль пересекающихся прямых (под углом друг к другу). Шарик движется криволинейно.

При каком условии тело под действием силы движется прямолинейно, а при каком — криволинейно?

Если скорость тела и действующая на него сила будут направлены вдоль одной прямой, то тело будет двигаться прямолинейно. Если же они будут направлены вдоль пересекающихся прямых, то тело будет двигаться криволинейно.

5
5
1
5Количество опыта, полученного за урок

Проверим знания по теме?

Пройти тест

Оценить урок

Отзыв отправлен. Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

Комментарии

Получить ещё подсказку

Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

Верно! Посмотрите пошаговое решение

НАЗНАЧИТЬ