მოძრაობის დიაგრამები: პოზიცია, სიჩქარე და აჩქარება (დიაგრამა)

მოძრაობის გრაფიკები, ასევე ცნობილი როგორც კინემატიკური მრუდები, ფიზიკაში მოძრაობის დიაგრამის საერთო გზაა. სამი მოძრაობის დიაგრამა, რომელიც უნდა იცოდეს საშუალო სკოლის ფიზიკის სტუდენტმა არის:

• პოზიცია vs. დრო (xწინააღმდეგტ​)
• სიჩქარე vs. დრო (ვწინააღმდეგტ​)
• აჩქარება vs. დრო (აწინააღმდეგტ​)

თითოეული ეს გრაფიკი ხელს უწყობს ობიექტის მოძრაობის ამბის მოყოლას. უფრო მეტიც, როდესაც ობიექტის პოზიცია, სიჩქარე და აჩქარება გრაფიკდება იმავე დროის ინტერვალზე, თითოეული გრაფიკის ფორმები დაკავშირებულია სპეციფიკურ და პროგნოზირებად გზაზე.

ყველა ღერძის x ღერძი ყოველთვის არის დრო, იზომება წამებში. ამრიგად ღერძი ყოველთვის იარლიყდებატ(s)

Y ღერძი თითოეულ გრაფიკზე არის პოზიცია მეტრებში, ეტიკეტირებულიx(მ) სიჩქარე მეტრ წამში, ეტიკეტირებულივ(ქალბატონი); ან აჩქარება მეტრ წამში კვადრატში, ეტიკეტირებულია(ქალბატონი²)

• ფრთხილად იყავით პოზიციის ღერძის ეტიკეტისგანx(მ) - "x" ნიშნავს გადაადგილებას და არა "x- ღერძი"!

მოძრაობის დიაგრამები ხშირად (თუმცა, რა თქმა უნდა, ყოველთვის არ არის) ესკიზირებული კონკრეტული წერტილების გრაფიკის გარეშე, ნაცვლად იმისა, რომ ნახოთ ზოგადი ფორმა, რომელიც აღწერს ობიექტის ფარდობით მოძრაობას.

ობიექტის პოზიცია შეიძლება იყოს დადებითი ან უარყოფითი, რაც დამოკიდებულია მითითების ჩარჩოზე. რასაც დიაგრამა აჩვენებს, კოორდინატის სიბრტყე უნდა ემთხვეოდეს.

განვიხილოთ ბავშვის მაგალითი, რომელიც ველოსიპედით მართავს ხაზს აღმოსავლეთით და შემდეგ დასავლეთით. აღმოსავლეთს პოზიტიური მიმართულება უწოდეთ, ხოლო დასავლეთი უარყოფითი მიმართულებით.

აქ მოცემულია მისი გასეირნების გრაფიკი:

•••დანა ჩენი | მეცნიერება

მისი მგზავრობის პირველი ხუთი წამი (საწყისიტ= 0-დანტ= 5), ის მუდმივი სიჩქარით მოძრაობდა აღმოსავლეთისკენ. ეს მითითებულია პოზიცია-დროის გრაფიკის პოზიტიურ კვადრატში სწორი, მზარდი ხაზით. ამაზე ფიქრის კიდევ ერთი გზა არის ის, რომ მისი პოზიციაადადებითად იზრდება​​.​

შემდეგ სამ წამში (ტ= 5-დანტ= 8), მან შესვენება შეჩერდა. მისი პოზიცია არ იცვლება ამ დროის განმავლობაში, რაც მითითებულია მუდმივი ჰორიზონტალური ხაზით + 10 მ-ზე.

დაბოლოს, გოგონა ველოსიპედით გასეირნების ბოლო ნაწილში (ტ= 8-დანტ= 15) იწყება დაჩქარება დასავლეთის მიმართულებით. ამას მიუთითებს წრფე, რომელიც არ არის მუდმივი (მრუდი) და მიდის გრაფიკის უარყოფით კვადრატში. ხაზის დახრა იზრდება დროთა განმავლობაში,უარყოფითი მიმართულებით, აჩვენებს, რომ მისი სიჩქარე იზრდება, რადგან იგი წამში უფრო მეტ ადგილს ფარავს.

გაითვალისწინეთ, რომ როდესაც ის x- ღერძს გადაკვეთს, მან გაიარა იმ ადგილას, სადაც დაიწყო.

პოზიცია-დროის გრაფიკები პირდაპირ სიჩქარე-დროის გრაფიკამდე მიდიან: პოზიცია-დროის ხაზის დახრილობა აჩვენებს ობიექტის სიჩქარეს იმავე დროის ინტერვალში. ამას აზრი აქვს, რადგან პოზიცია v. დრო წამში მეტრის თქმის კიდევ ერთი გზაა - სიჩქარის განსაზღვრა.

ამ შემთხვევაში, განსხვავება მხოლოდ იმაშია, თუ რა მიდის y- ღერძზე.

განვიხილოთ იგივე გოგონა მისი ველოსიპედით, როგორც ბოლო ნაწილში. მისი მგზავრობის პირველი ხუთი წამის განმავლობაში მან გაიარა 10 მეტრი ხუთი წამში, ანუ 2 მეტრი წამში.

შემდეგ რომ ჩავწეროთ მისი სიჩქარე იმავე დროის ინტერვალში, იპოვნეთ 2 მ / წმ y ღერძზე და დახაზეთ ბრტყელი ხაზი პირველი ხუთი წამის განმავლობაში. გახსოვდეთ, რომ მისი სიჩქარე არ შეცვლილა, ამიტომ ამ გრაფაში დახრილი ნულოვანია. (რაც ნიშნავს, რომ ამ დროის ინტერვალში მისი აჩქარების გრაფიკა კიდევ უფრო ადვილი უნდა იყოს - გააგრძელეთ კითხვა.)

•••დანა ჩენი | მეცნიერება

შემდეგ, შემდეგი სამი წამის განმავლობაში, ის საერთოდ არ მოძრაობდა, ასე რომ, მისი სიჩქარე მოულოდნელად ნულამდე დაეცა. (რეალურად, დიახ, მან უნდა შეამცირა 2 მ / წმ-დან 0 მ / წმ-ზე მეტი, ვიდრე მყისიერი. აქ სიმარტივისთვის ჩათვალეთ, რომ მისი სიჩქარე მყისიერად შეიცვალა.)

რა თქმა უნდა, თუ მისი სიჩქარე ნულოვანია, ეს ნიშნავს რომ უნდა არსებობდესმრუდი არ არისგრაფიკზე ამ დროის ინტერვალის განმავლობაში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მრუდი ახლა პირდაპირ არის x- ღერძის თავზე.

დაბოლოს, გოგონამ სიჩქარე აიყვანა და უკან გაბრუნდა. აქ საინტერესო ხდება სიჩქარის გრაფიკი.

ვთქვათ, რომ მას ჰქონდა ამუდმივი აჩქარება- ეს არის ის, რომ ყოველი წამი იგი ზრდის სიჩქარეს იმავე რაოდენობით, როგორც წამით ადრე - ეს ნიშნავს, რომ მისი სიჩქარე იზრდება მუდმივი სიჩქარით. ამ სცენარში ირონია ის არის, რომ ის ასევეშეიცვალა მიმართულება​.

• გახსოვდეთ, ნეგატიური სიჩქარეშენელება არ ნიშნავს(ეს არის უარყოფითი აჩქარება). ეს ნიშნავს უარყოფითი მიმართულებით მოძრაობას!

მთლიანობაში, ეს ნიშნავს სიჩქარისა და დროის გრაფიკს მისი გასვლის ბოლო სეგმენტისთვის (ტ= 8-დანტ= 15) საჭიროებს ასწორი ხაზი, სადაც მისი სიჩქარე ნეგატიურად იზრდება​​.სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, x ღერძიდან მოძრავი სწორი ხაზიტ= გრაფიკის ქვედა მარჯვენა მხარეს დიაგონალზე = 8 წამი.

ეს ხშირად სახიფათოა სტუდენტებისთვის; უბრალოდ გახსოვდეთ აჩქარების მნიშვნელობა:სიჩქარის ცვლილება​​.​

Სთვისპირველი რვა წამიმისი გასეირნება, გოგონასსიჩქარე არ იცვლებოდა. (კვლავ, მისი მყისიერი ცვლა 2 მ / წმ-დან შეჩერებამდე).

Ეს ნიშნავსპირველი რვა წამის განმავლობაში მისი აჩქარება იყო ნულოვანი​.

ამისათვის მოძრაობის გრაფიკის შედგენა, სადაც ახლა ნაჩვენებია y ღერძიაჩქარებამ / წმ-ში², ამიტომ საკმაოდ მარტივია:

•••დანა ჩენი | მეცნიერება

ახლა, გასეირნების ბოლო ნაწილისთვის, გაიხსენეთ, რომ მისი სიჩქარე იყონეგატიური მიმართულებით მუდმივი ტემპით იზრდება. სიჩქარის გაზრდის შემდეგარის აჩქარება, აჩქარების დროის გრაფიკს უნდა ჰქონდეს ბრტყელი ხაზი უარყოფით კვადრატში რვა წამიდან.

რეალურ სამყაროში, აჩქარება ხშირად არ არის მუდმივი. აჩქარების დროის გრაფიკზე, ეს მრუდის ხაზად გამოიყურება.

შესაბამისი პოზიცია-დროის და სიჩქარე-დროის გრაფიკების გაანგარიშება, როგორც წესი, სცილდება არაანგარიშებით დაფუძნებული ფიზიკის კურსის ფარგლებს. სავარაუდოდ, სტუდენტებს უნდა გააცნობიერონ, რომ მრუდი ხაზი არ არის მუდმივი და რომ გრაფიკი მიუთითებსიცვლება აჩქარება​.

• შეამოწმე საკუთარი თავი: როგორ გადახედავდით თითოეულ წინა გრაფიკს (პოზიცია-დრო, სიჩქარე-დრო და აჩქარების დრო), რათა უფრო რეალისტურად აჩვენოთ გოგონას ველოსიპედის შენელება შენობის შესვენებამდე? სცადეთ წაკითხვის წინ!

პოზიციის დიაგრამა უნდა გამოიყურებოდეს დაახლოებით ისე, როგორც ადრე, მაგრამ გაბრტყელებული მკვეთრი კუთხეებით. იგივე მოხდება სიჩქარის გრაფიკთან დაკავშირებით - უხეში კუთხეები გლუვდება. გარდა ამისა, მომენტალური ნახტომი სიჩქარის გრაფიკზე 2 მ / წმ-დან 0 მ / წმ-მდე ხდება გლუვი, დახრილი ხაზი დიდი უარყოფითი დახრით ვერტიკალური ხაზის ნაცვლად.

აჩქარების გრაფიკზე, ხუთი ხუთი წამის ნიშნულზე, მკვეთრი მრუდი ნეგატიურ რეგიონში ჩადის, სანამ 0-ზე არ დაბრუნდება, უნდა აღინიშნოს უარყოფითი აჩქარება, რომ გაჩერდეს. ხოლო ნახტომი, რომელიც ხდება 8 წამის ნიშნულზე, ნაცვლად იმისა, რომ იყოს ვერტიკალური, უბრალოდ მრუდად გადაიქცევა დიდი უარყოფითი დახრით და შემდეგ შეუფერხებლად ასწორებს -0,5 მ / წმ-ს.