Что такое средняя и мгновенная скорость и чем они отличаются

Средняя и мгновенная скорость

Физическая величина, которая характеризует быстроту изменения координаты – скорость ( ).

Средняя скорость движения – это физическая величина, равная отношению вектора перемещения точки к интервалу времени, за который это перемещение произошло.

.

Средняя скорость – это величина, численно равная перемещению в единицу времени..

Направление вектора средней скорость всегда совпадает с направлением вектора перемещения:

Следовательно, модуль средней скорости по пути равен:

В международной системе единиц (СИ) скорость измеряется в метрах в секунду:

В системе единиц СГС (название по первым буквам трех основных единиц: сантиметр, грамм, секунда) скорость измеряется в сантиметрах в секунду:

Мгновенной скоростью _мгн называется скорость в данный момент времени.

Мгновенная скорость определяется как предел отношения вектора перемещения к интервалу времени, за который это перемещение происходит, при стремлении интервала времени к нулю:

.

С точки зрения математики формула представляет собой определение первой производной по времени от радиус-вектора:

(или ).

Вектор скорости, как и любой вектор, можно задавать тремя компонентами по осям координат:

, (4)

т.е. компоненты вектора скорости выражаются производными по времени от соответствующих координат точки.

Примечание. Если известен вид функций, выражающих зависимость координат от времени, то компоненты скорости получим, дифференцируя эти функции по времени. Наоборот, если известно, как компоненты скорости точки зависят от времени, то при помощи обратной операции – интегрирования – мы найдем вид функций, выражающих зависимость координат от времени (см. примечание в § 7).

Вектор мгновенной скорости направлен по касательной к траектории (рис. 12). Исходя этого, можно дать следующее определение траектории:

Траектория – это линия, касательная к каждой точке которой совпадает с направлением вектора скорости в этих точках.

По характеру изменения скорости механические движения классифицируются на равномерные и неравномерные.

При равномерном движении модуль скорости в любой момент времени – величина постоянная:

| _cp| = | _мгн| = const | | = const

При неравномерном (переменном) движении модуль скорости изменя-ется:

– Переменное движение, при котором модуль скорости увеличивается, (v > v₀) – это ускоренное движение.

– Переменное движение, при котором модуль скорости уменьшается (v

Дата добавления: 2015-01-15 ; просмотров: 10 ; Нарушение авторских прав

Источник

Что такое средняя и мгновенная скорость и чем они отличаются

Какую скорость показывает спидометр?
Может ли городской транспорт двигаться равномерно и прямолинейно?

Реальные тела (человек, автомобиль, ракета, теплоход и т. д.), как правило, не движутся с постоянной скоростью. Они начинают двигаться из состояния покоя, и их скорость увеличивается постепенно, при остановке скорость уменьшается также постепенно, таким образом, реальные тела движутся неравномерно.

Неравномерное движение может быть как прямолинейным, так и криволинейным.

Чтобы полностью описать неравномерное движение точки, надо знать её положение и скорость в каждый момент времени.

Скорость точки в данный момент времени называется мгновенной скоростью.

Что же понимают под мгновенной скоростью?

Пусть точка, двигаясь неравномерно и по кривой линии, в некоторый момент времени t занимает положение М (рис. 1.24). По прошествии времени Δt₁ от этого момента точка займёт положение М₁, совершив перемещение Δ₁. Поделив вектор Δ₁ на промежуток времени Δt₁ найдём такую скорость равномерного прямолинейного движения, с которой должна была бы двигаться точка, чтобы за время Δt попасть из положения М в положение М₁. Эту скорость называют средней скоростью перемещения точки за время Δt₁.

Обозначив её через _ср1, запишем: Средняя скорость направлена вдоль секущей ММ₁. По той же формуле мы находим скорость точки при равномерном прямолинейном движении.

Скорость, с которой должна равномерно и прямолинейно двигаться точка, чтобы попасть из начального положения в конечное за определённый промежуток времени, называется средней скоростью перемещения.

Для того чтобы определить скорость в данный момент времени, когда точка занимает положение М, найдём средние скорости за всё меньшие и меньшие промежутки времени:

Интересно, верно ли следующее определение мгновенной скорости: «Скорость тела в данной точке траектории называется мгновенной скоростью»?

При уменьшении промежутка времени Δt перемещения точки уменьшаются по модулю и меняются по направлению. Соответственно этому средние скорости также меняются как по модулю, так и по направлению. Но по мере приближения промежутка времени Δt к нулю средние скорости всё меньше и меньше будут отличаться друг от друга. А это означает, что при стремлении промежутка времени Δt к нулю отношение стремится к определённому вектору как к своему предельному значению. В механике такую величину называют скоростью точки в данный момент времени или просто мгновенной скоростью и обозначают

Мгновенная скорость точки есть величина, равная пределу отношения перемещения Δ к промежутку времени Δt, в течение которого это перемещение произошло, при стремлении промежутка Δt к нулю.

Выясним теперь, как направлен вектор мгновенной скорости. В любой точке траектории вектор мгновенной скорости направлен так, как в пределе, при стремлении промежутка времени Δt к нулю, направлена средняя скорость перемещения. Эта средняя скорость в течение промежутка времени Δt направлена так, как направлен вектор перемещения Δ Из рисунка 1.24 видно, что при уменьшении промежутка времени Δt вектор Δ уменьшая свою длину, одновременно поворачивается. Чем короче становится вектор Δ, тем ближе он к касательной, проведённой к траектории в данной точке М, т. е. секущая переходит в касательную. Следовательно,

мгновенная скорость направлена по касательной к траектории (см. рис. 1.24).

В частности, скорость точки, движущейся по окружности, направлена по касательной к этой окружности. В этом нетрудно убедиться. Если маленькие частички отделяются от вращающегося диска, то они летят по касательной, так как имеют в момент отрыва скорость, равную скорости точек на окружности диска. Вот почему грязь из-под колёс буксующей автомашины летит по касательной к окружности колёс (рис. 1.25).

Понятие мгновенной скорости — одно из основных понятий кинематики. Это понятие относится к точке. Поэтому в дальнейшем, говоря о скорости движения тела, которое нельзя считать точкой, мы можем говорить о скорости какой-нибудь его точки.

Помимо средней скорости перемещения, для описания движения чаще пользуются средней путевой скоростью _cps.

Средняя путевая скорость определяется отношением пути к промежутку времени, за который этот путь пройден:

Когда мы говорим, что путь от Москвы до Санкт-Петербурга поезд прошёл со скоростью 80 км/ч, мы имеем в виду именно среднюю путевую скорость движения поезда между этими городами. Модуль средней скорости перемещения при этом будет меньше средней путевой скорости, так как s > |Δ|.

Для неравномерного движения также справедлив закон сложения скоростей. В этом случае складываются мгновенные скорости.

Источник

Мгновенная и средняя скорость

Если материальная точка находится в движении, то ее координаты подвергаются изменениям. Этот процесс может происходить быстро или медленно.

Величина, которая характеризует быстроту изменения положения координаты, называется скоростью.

Мгновенная скорость точки. Формулы

Мгновенная скорость характеризует движение в определенный момент времени. Выражение «скорость тела в данный момент времени» считается не корректным, но применимым при математических расчетах.

Мгновенной скоростью называют предел, к которому стремится средняя скорость » open=» υ при стремлении промежутка времени ∆ t к 0 :

Имеющееся выражение υ = l i m ∆ t ∆ r ∆ t = d r d t = r ˙ в декартовых координатах идентично ниже предложенным уравнениям:

Перемещение и мгновенная скорость

Запись модуля вектора υ примет вид:

Мгновенной скоростью называют значение производной от функции перемещения по времени в заданный момент, связанной с элементарным перемещением соотношением d r = υ ( t ) d t

Решение

Мгновенной скоростью принято называть первую производную радиус-вектора по времени. Тогда ее запись примет вид:

Решение

Вычислим уравнение мгновенной скорости, подставим числовые выражения:

Источник

Мгновенная и средняя скорость

Вы будете перенаправлены на Автор24

При движении материальной точки изменяются ее координаты. Координаты могут изменяться быстро или медленно. Физическая величина, которая характеризует быстроту изменения координаты, называется скоростью.

Рисунок 1. Средняя скорость сонаправлена перемещению

Мгновенная скорость дает точную информацию о движении в определенный момент времени. Выражение «скорость тела в данный момент времени» с точки зрения физики не является корректным. Однако понятие мгновенной скорости очень удобно в математических расчетах, и им постоянно пользуются.

В декартовых координатах уравнение (1) эквивалентно трем уравнениям

Рисунок 3. Перемещение и мгновенная скорость в системах криволинейных координат

\[v\left(t\right)=\dot\left(t\right)=0.3t-2;; v\left(10\right)=0.3\times 10-2=1\ м/с\]

Ответ: Через 10 с после начала движения мгновенная скорость точки 1 м/с.

Движение материальной точки задано уравнением

Ответ: Точка остановится через 40 секунд после начала движения. Средняя скорость её движения 0,1 м/с.

Получи деньги за свои студенческие работы

Курсовые, рефераты или другие работы

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 16 11 2021

Источник

Учебники

Журнал «Квант»

Общие

§2. Кинематическое описание механического движения материальной точки

2.2 Средняя и мгновенная скорость при движении точки по прямой

Как мы уже отмечали, равномерное движение является простейшей моделью механического движения. Если такая модель неприменима, то необходимо использовать более сложные модели. Для их построение нам необходимо рассмотреть понятие скорости в случае неравномерного движения.

Пусть за интервал времени от t₀ до t₁ координата точки изменилась от x₀ до x₁. Если мы вычислим скорость по прежнему правилу

Средней скоростью называется физическая величина равная отношению изменения координаты точки к интервалу времени, в течение которого это изменение произошло.

Давайте посмотрим, как будет меняться средняя скорость при уменьшении промежутка времени, за который мы эту скорость вычисляем. На рис.6 показан график зависимости координаты материальной точки от времени. Будем вычислять среднюю скорость за интервал времени от t₀ до t₁, последовательно приближая значение t₁ к t₀. При этом семейство секущих A₀A₁, A₀A₁’, A₀A₁’’ (рис.6), будет стремиться к некоторому предельному положению прямой A₀B, которая является касательной к графику закона движения. Мы приводим два различных случая, чтобы показать, что мгновенная скорость может быть как больше, так и меньше средней скорости. Эту процедуру можно описать и алгебраически, последовательно вычисляя отношения \(

Мгновенной скоростью называется отношение изменения координаты точки к интервалу времени, за которое это изменение произошло, при интервале времени, стремящемся к нулю [1] :

В дальнейшем, говоря о скорости, мы будем иметь в виду именно мгновенную скорость. Заметим, при равномерном движении мгновенная скорость равна ранее определенной скорости, потому, что при равномерном движении отношение \(

\frac<\Delta x><\Delta t>\) не зависит от величины промежутка времени, поэтому остается неизменным и при сколь угодно малом Δt.

Так как скорость может зависеть от времени, то ее следует рассматривать как функцию времени, и изображать ее в виде графика.

Примечания

Источник