Графиките на движение, известни също като кинематични криви, са често срещан начин за диаграма на движението във физиката. Трите графики на движението, които студентът по физика трябва да знае, са:
- Позиция срещу време (хсрещу.T)
- Скорост срещу време (vсрещу.T)
- Ускорение vs. време (асрещу.T)
Всяка от тези графики помага да се разкаже историята на движението на даден обект. Освен това, когато позицията, скоростта и ускорението на даден обект се изобразяват през един и същ интервал от време, формите на всяка графика се свързват по специфичен и предсказуем начин.
Настройване на графики за движение
Оста x на всички графики за движение винаги е време, измерено в секунди. По този начин оста винаги е обозначенаT(с).
Оста y на всяка графика е позицията в метри, обозначенах(m); скорост в метри в секунда, обозначенаv(Госпожица); или ускорение в метри в секунда на квадрат, обозначеноа(Госпожица2)
Съвети
Пазете се от етикета на оста на позициятах(m) - „x“ означава изместване, а не „x-ос“!
Графиките на движението често (макар и със сигурност не винаги) се скицират, без да се изобразяват конкретни точки, вместо това показват обща форма, която описва относителното движение на обект.
Графики за позиция и време
Позицията на обекта може да бъде положителна или отрицателна, в зависимост от референтната рамка. Каквото и да показва диаграмата, координатната равнина трябва да съвпада.
Помислете за примера на дете, което кара по права линия на изток и след това на запад с колелото си. Обадете се на изток положителната посока и на запад отрицателната посока.
Ето графика на нейното пътуване:
•••Дана Чен | Наука
През първите пет секунди от нейното пътуване (отT= 0 доT= 5), тя се движеше с постоянна скорост на изток. Това се посочва с права, нарастваща линия в положителния квадрант на графиката позиция-време. Друг начин да мислим за това е, че нейната позиция енараства положително.
През следващите три секунди (T= 5 доT= 8), тя спря за почивка. Положението й не се променя през този период от време, посочен от постоянна хоризонтална линия, залепена на +10 m.
И накрая, момичето на мотора в последната част от карането си (T= 8 доT= 15) започва да ускорява обратно в посока запад. Това се обозначава с линия, която е непостоянна (извита) и се насочва към отрицателния квадрант на графиката. Наклонът на линията се увеличава с течение на времето,в отрицателната посока, показвайки, че скоростта й се увеличава, тъй като тя покрива повече земя всяка секунда.
Обърнете внимание, че когато пресича оста x, тя е минала покрай мястото, където е започнала.
Графики за скорост и време
Графиките позиция-време водят директно към графики скорост-време: Наклонът на линия позиция-време показва скоростта на обекта в същия интервал от време. Това има смисъл, защото позиция vs. времето е просто друг начин да се каже метър в секунда - определението за скорост.
В този случай единствената разлика е това, което върви по оста y.
Помислете за същото момиче на мотора си, както в последния раздел. За първите пет секунди от пътуването си тя измина 10 метра за пет секунди или 2 метра в секунда.
За да изобразите скоростта й в същия интервал от време, намерете 2 m / s на оста y и нарисувайте равна линия за първите пет секунди. Не забравяйте, че скоростта й не се е променила, така че наклонът на тази графика е нула. (Което означава, че графичното й ускорение в този интервал от време трябва да бъде още по-лесно - продължете да четете.)
•••Дана Чен | Наука
След това през следващите три секунди тя изобщо не се движеше, така че скоростта й рязко спадна до нула. (Реално погледнато, да, тя трябва да е забавила от 2 m / s до 0 m / s за повече от миг. Но за простота тук, помислете, че скоростта й се е променила мигновено.)
Разбира се, ако скоростта й е нула, това означава, че трябва да иманяма кривана графиката през този интервал от време. С други думи, кривата вече е директно в горната част на оста x.
Накрая момичето започна да набира скорост, като се връщаше към дома. Тук графиката на скоростта става интересна.
Ако приемем, че е ималапостоянно ускорение- тоест всяка секунда тя увеличава скоростта си със същата величина като втората преди - това означава, че скоростта й се увеличава с постоянна скорост. Обратът в този сценарий е, че тя същопроменена посока.
Съвети
Не забравяйте, отрицателна скоростне означава забавяне(това е отрицателно ускорение). Това означава да се движите в отрицателна посока!
Като цяло това означава графика скорост-време за последния сегмент от нейното пътуване (T= 8 доT= 15) трябва да покаже aправа линия, където скоростта й нараства отрицателно.С други думи, права линия, движеща се от оста x приT= 8 секунди по диагонал към долния десен ъгъл на графиката.
Графики за време на ускорение
Те често са трудни за учениците; просто запомнете значението на ускорението:промяна в скоростта.
Запървите осем секундиот нейната езда, на момичетоскоростта не се променя. (Отново, игнорирайки нейното мигновено преминаване от 2 m / s към спряно.)
Това означаваза първите осем секунди ускорението й беше нула.
Правене на графика на движение за това, където сега се показва оста yускорениев m / s2, следователно е доста просто:
•••Дана Чен | Наука
Сега, за последната част от нейното пътуване, припомнете си, че скоростта й бешеувеличаване с постоянна скорост в отрицателна посока. Тъй като се увеличава скоросттае ускорение, графиката за ускорение-време трябва да има плоска линия в отрицателния квадрант от осем секунди нататък.
По-реалистични карти за движение
В реалния свят ускорението често не е постоянно. На графиката време-ускорение това би изглеждало като извита линия.
Изчисляването на съответните графики позиция-време и скорост-време, за да се постигне това, обикновено е извън обхвата на не-базиран курс на физика. Очаква се студентите да осъзнаят, че кривата линия не е постоянна и че графиката показва aпроменящо се ускорение.
Съвети
Изпробвайте се: Как бихте преразгледали всяка от предишните графики (позиция-време, скорост-време и време на ускорение), за да покажете по-реалистично байка на момичето, който се забавя преди нейната почивка? Опитайте, преди да прочетете!
Графиката за позицията трябва да изглежда приблизително подобна на тази, която е правила преди, но с изгладени остри ъгли. Същото би се случило и с графиката на скоростта - грубите ъгли се изглаждат. Но в допълнение, моментният скок на графиката на скоростта от 2 m / s до 0 m / s се превръща в гладка, наклонена линия с голям отрицателен наклон вместо вертикална линия.
На графиката на ускорението, около петте секунди, стръмна крива ще се потопи в отрицателната област, преди да се върне на 0, за да покаже отрицателното ускорение, необходимо за спиране. И скокът, който се случва при 8-секундния знак, вместо да бъде вертикален, просто ще се извие в линия с голям отрицателен наклон, който след това плавно се изравнява при -0,5 m / s / s.