В этом случае траекторией движения точки является прямая линия (рис. 44). Положение точки определяется относительно начала отсчета (точки ) координатой . Чтобы определить положение точки на траектории в любой момент времени, нам должна быть известна зависимость вида (13): . Это уравнение характеризует закон движение точки вдоль оси . Быстрота перемещения точки по траектории характеризуется скоростью ее движения, т.е. отношением пройденного пути к соответствующему промежутку времени.
39
Рассмотрим два частных случая движения точки.
1. Равномерное движение – при котором отношение пройденного пути к соответствующему промежутку времени остается постоянным для любого промежутка времени: , - скорость равномерного движения
Пусть точка находится в начальный момент в положении и движется вдоль оси (рис. 45). Начало координат в точке ; расстояние . Тогда через промежуток времени точка будет находится на расстоянии или . Получили закон равномерного движения точки:
|
|
, (18)
2. Неравномерное прямолинейное движение – при котором скорость есть переменная величина, т.е. точка за равные промежутки времени проходит разные расстояния. Например, (рис. 46).
Отношение пути , пройденного точкой при неравномерном движении, ко времени , в течении которого этот путь пройден, называется средней скоростью точки за данный промежуток времени или на данном пути .
(19)
Средняя скорость характеризует быстроту движения за некоторый данный промежуток времени, но не дает представления о быстроте движения точки в отдельные моменты этого промежутка времени. Поэтому кроме средней скорости определяют мгновенную скорость точки в данный момент времени.
Скоростью точки в данный момент времени называется величина , к которой стремится средняя скорость при стремлении промежутка времени к нулю:
(20)
40
Для прямолинейного движения этот вектор направлен вдоль траектории движения и учитывая, что производная может дать знак минус, вектор скорости может быть направлен как в сторону возрастания значения , так и в сторону убывания значения .
|
|
Ускорением точки в прямолинейном движении называется величина, характеризующая быстроту изменения скорости с течением времени, т.е. производная
, но , значит (21)
Если скорость и ускорение имеют одинаковые знаки, то движение ускоренное, т.е. с течением времени скорость возрастает, а если скорость и ускорение имеют разные знаки, то движение будет замедленным.
Из зависимости следует, что ускорение обращается в ноль в те моменты, когда величина скорости достигает минимума или максимума.
Если преобразовать (изобразить) функциональную зависимость между , , и временем графически, то эти кривые называются, соответственно, графиками движения, скорости и ускорения (рис.47). Например, , , .
Рассмотрим частный случай. Если ускорение сохраняет свое значение за все время движения , то такое движение называю равномерно – переменным. Получим закон такого движения , , , или . , , , . Таким образом, зависимости для равномерно – переменного движения имеют вид:
, , (22)
Случай прямолинейного движения является простейшим случаем движения, и он характерен тем, что в этом случае скорость и ускорение направлены вдоль траектории движения точки.
41