Fisico

Caratteristiche del movimento rettilinea, tipi ed esempi

Caratteristiche del movimento rettilinea, tipi ed esempi

Lui movimento rettilineo È quello in cui il cellulare si muove lungo una linea retta e quindi passa in una dimensione, quindi riceve anche il nome di Movimento unidimensionale. Questa linea retta è il traiettoria o percorso seguito dall'oggetto che si muove. Le auto che viaggiano lungo il viale della Figura 1 seguono questo tipo di movimento.

Questo è il modello di movimento più semplice che può essere immaginato. I movimenti quotidiani di persone, animali e cose spesso combinano trasferimenti in linea retta con movimenti lungo le curve, ma alcuni spesso ne osservano alcuni che sono esclusivamente rettilinei.

Figura 1. Auto che si muovono lungo una strada rettilinea. Fonte: Pixabay.

Ecco alcuni buoni esempi:

- Quando si corre lungo una pista rettilinea di 200 metri.

- Guidare un'auto su una strada dritta.

- Far cadere un oggetto liberamente da una certa altezza.

- Quando una palla viene lanciata verticalmente.

https: // giphy.com/gifs/j5xx3bynaqv06wtoxq

Ora, l'obiettivo di descrivere un movimento si ottiene specificando caratteristiche come:

- Posizione

- Dislocamento

- Velocità

- Accelerazione

- Tempo.

Affinché un osservatore rilevi il movimento di un oggetto, è necessario disporre di un punto di riferimento (Origin O) e ha stabilito un indirizzo specifico in cui muoversi, che può essere l'asse X, l'asse E o qualsiasi altro.

Per quanto riguarda l'oggetto che si muove, questo può avere innumerevoli modi. Non ci sono limiti al riguardo, tuttavia in tutto ciò che ne consegue si presume che il cellulare sia una particella; un oggetto così piccolo che le sue dimensioni non sono rilevanti.

È noto che non è così per gli oggetti macroscopici; Tuttavia, è un modello con buoni risultati nella descrizione del movimento globale di un oggetto. In questo modo, una particella può essere un'auto, un pianeta, una persona o qualsiasi altro oggetto che si muove.

Inizieremo il nostro studio sulla cinematica rettilinea con un approccio generale al movimento e quindi saranno studiati casi particolari come quelli già nominati.

[TOC]

Caratteristiche generali del movimento rettilineo

La seguente descrizione è generale e applicabile a qualsiasi tipo di movimento monodimensionale. La prima cosa è scegliere un sistema di riferimento. La linea lungo la quale avviene il movimento sarà l'asse X. I parametri del movimento:

Posizione

figura 2. Posizione di un cellulare che si muove sull'asse x. Fonte: Wikimedia Commons (modificata da F. Zapata).

È il vettore che passa dall'origine al punto in cui l'oggetto è in un istante dato. Nella Figura 2, il vettore X1 Indica la posizione del cellulare quando è in coordinata P1 e nel tempo T1. Le unità vettoriali di posizione nel sistema internazionale sono metri.

Dislocamento

Lo spostamento è il vettore che indica il cambiamento in posizione. In Figura 3 l'auto è passata dalla posizione P1 alla posizione P2, Pertanto il suo spostamento è ΔX = X2 - X1. Lo spostamento è la sottrazione di due vettori, è simboleggiato con la lettera greca Δ ("delta") ed è a sua volta un vettore. Le sue unità nel sistema internazionale sono metri.

Figura 3. Spostamento vettoriale. Fonte: preparato da F. Zapata.

I vettori sono indicati con grassetto nel testo stampato. Ma essere sulla stessa dimensione, se lo si desidera, puoi fare a meno della notazione vettoriale.

Può servirti: rami della fisica classica e moderna

Distanza percorsa

Distanza D Il tour dall'oggetto in movimento è il valore assoluto del vettore di spostamento:

D = ΙXΙ = ΔX

Essendo un valore assoluto, la distanza percorsa è sempre maggiore o uguale a 0 e le sue unità sono uguali a quelle di posizione e spostamento. La notazione del valore assoluto può essere eseguita con barre del modulo o semplicemente rimuovere la lettera audace nel testo stampato.

Velocità media

Quanto velocemente cambia la posizione? Ci sono telefoni cellulari lenti e veloci. La chiave è sempre stata la velocità. Per analizzare questo fattore la posizione viene analizzata X funzione del tempo T.

La velocità media vM (Vedi Figura 4) È la pendenza della linea di essiccazione (fucsia) alla curva X vs T e fornisce informazioni globali sullo spostamento mobile nell'intervallo di tempo considerato.

Figura 4. Velocità media e velocità istantanea. Fonte: Wikimedia Commons, modificata da F. Zapata.

vM = (X2 - X1) / (T2 -T1) = ΔX / ΔT

La velocità media è un vettore le cui unità nel sistema internazionale sono metri /secondo (SM).

Velocità istantanea

La velocità media viene calcolata prendendo un intervallo di tempo misurabile, ma non informa ciò che accade all'interno di detto intervallo. Per conoscere la velocità in qualsiasi momento, devi rendere l'intervallo di tempo molto piccolo, matematicamente è equivalente a fare:

Δt → 0

L'equazione è precedentemente data per la velocità media. In questo modo si ottiene la velocità istantanea o semplicemente la velocità:

Geometricamente, il derivato della posizione rispetto al tempo è la pendenza della linea tangente alla curva X vs T A un determinato punto. Nella Figura 4 il punto è arancione e la linea tangente è verde. La velocità istantanea a questo punto è la pendenza di quella linea.

Velocità

La velocità è definita come il valore assoluto o il modulo di velocità ed è sempre positiva (segnalazione, strade e autostrade sono sempre positive, mai negative). I termini "velocità" e "velocità" possono essere usati quotidianamente, ma in fisica è necessaria la distinzione tra vettore e arrampicata.

v = ΙvΙ = v

Accelerazione media e accelerazione istantanea

La velocità può cambiare nel corso del movimento e la realtà è che dovrebbe farlo. C'è una grandezza che quantifica questo cambiamento: accelerazione. Se notiamo che la velocità è il cambio di posizione rispetto al tempo, l'accelerazione è il cambio di velocità rispetto al tempo.

Figura 5. Accelerazione media e accelerazione istantanea. Fonte: Wikimedia Commons, modificata da F. Zapata.

Il trattamento dato al grafico di X vs T delle due sezioni precedenti possono essere estese al grafico corrispondente di v vs T. Di conseguenza, un'accelerazione media e l'accelerazione istantanea sono definite come:

AM = (v2 - v1) / (T2 -T1) = Δv / ΔT  (In attesa della dimora)

Accelerazione e decelerazione

Nel movimento unidimensionale, i vettori per convenzione hanno segni positivi o negativi mentre vanno in un modo o nell'altro. Quando l'accelerazione ha lo stesso significato della velocità, aumenta la sua grandezza, ma quando ha il senso opposto e la velocità diminuisce la sua grandezza. Si dice quindi che il movimento sia ritardato.

Può servirti: bottiglia Leyden: parti, operazioni, esperimenti

Ragazzi

La classificazione dei movimenti rettilinesi viene solitamente eseguita in base a:

- Se l'accelerazione è costante o meno.

- Il movimento passa lungo una linea orizzontale o verticale.

Movimento con accelerazione costante

https: // giphy.com/gifs/ylzfnbidhm7rp391fi

Quando l'accelerazione è costante, l'accelerazione media AM È uguale all'accelerazione istantanea A E ci sono due opzioni:

- Che l'accelerazione valga 0, nel qual caso la velocità è costante e ha un movimento rettilineo uniforme o MRU.

- Accelerazione costante diversa da 0, in cui la velocità cresce o diminuisce linearmente nel tempo (il movimento rettilineo varia in modo uniforme o MRUV):

Dove vF  E TF Sono rispettivamente velocità e tempo finale e vO E TO Sono velocità iniziali e tempo. Sì TO = 0, Quando si cancella la velocità finale hai l'equazione già familiare per la velocità finale:

vF = vO + A

Per questo movimento, anche le seguenti equazioni sono valide:

- Posizione a seconda del tempo: x = xO + vO .t +½ a2

- Velocità a seconda della posizione: vF2 = vO2 + 2 °.ΔX  (Con δx = x - xO)

Movimenti orizzontali e movimenti verticali

I movimenti orizzontali sono quelli che passano lungo l'asse orizzontale o l'asse X, mentre quelli verticali lo fanno lungo l'asse e l'asse. I movimenti verticali sotto l'azione della gravità sono i più frequenti e interessanti.

Nelle equazioni precedenti, è preso A = g = 9.8 m/s2 diretto verticalmente verso il basso, direzione che viene quasi sempre scelta con un segno negativo.

Da questa parte, vF = vO + A Si trasforma in vF = vO - Gt E se la velocità iniziale è 0 perché l'oggetto è stato lasciato cadere liberamente, è ulteriormente semplificato vF = - Gt. Finché la resistenza all'aria non viene presa in considerazione, ovviamente.

Esempi risolti

Esempio 1

Nel punto viene rilasciato un piccolo pacchetto in modo che si muova lungo il trasportatore con ruote scorrevoli ABCD mostrato nella figura. Mentre scende attraverso le sezioni inclinate AB e CD, il pacchetto trasporta un'accelerazione di 4,8 m/s2, mentre nella sezione orizzontale BC mantiene una velocità costante.

Figura 6. Il pacchetto che si sposta sul percorso scorrevole dell'esempio risolto 1. Fonte: sé realizzato.

Sapendo che la velocità con cui è raggiungibile il pacchetto a D è di 7,2 m/s, determinare:

a) La distanza tra C e D.

b) Il tempo necessario per il pacchetto per raggiungere la fine.

Soluzione

Il movimento del pacchetto viene eseguito nelle tre sezioni rettilinei mostrate e per calcolare la richiesta, la velocità è richiesta nei punti B, C e D. Analizziamo ogni sezione separatamente:

Sezione AB

Poiché il tempo non è disponibile in questa sezione, verrà utilizzato vF2 = vO2 + 2 °.ΔX  Con Vo = 0:

vF2 = 2a.Δx → vF2= 2. 4,8 m/s2 . 3 m = 28.8 m2/S2 → vF  = 5.37 m/s = vB

Il tempo in cui il pacchetto impiega per viaggiare nella sezione AB è:

TAb = (vF - vO) /A = 5.37 m/s/4,8 m/s2 = 1.19 s

Sezione BC

La velocità nella sezione bc è costante, quindi vB = vC = 5.37 m/s. Il tempo impiegato per il pacchetto per viaggiare in questa sezione è:

Può servirti: rifrazione leggera: elementi, leggi e esperimento

TAVANTI CRISTO = Distanza AVANTI CRISTO  / vB = 3 m/ 5.37 m/s = 0.56 s

Sezione CD

La velocità iniziale di questa sezione è vC = 5.37 m/s, La velocità finale è vD = 7,2 m/s, via vD2  = vC2 + 2. A. D Il valore di D:

D = (vD2  - vC2)/2.a = (7.22  - 5.372)/2 X 4.8 m = 2.4 m

Il tempo è calcolato come:

TCD = (vD  - vC)/A = (7.2-5.37)/ 4.8 s = 0.38 s.

Le risposte alle domande sollevate sono:

a) d = 2.4 m

b) Il tempo di viaggio è TAb + TAVANTI CRISTO + TCD = 1.19 S +0.56 S +0.38 s = 2.13 s.

Esempio 2

Una persona è sotto una porta orizzontale inizialmente aperta e alta 12 m. La persona lancia verticalmente un oggetto verso il cancello con velocità di 15 m/s.

È noto che il cancello si chiude 1,5 secondi dopo che la persona ha lanciato l'oggetto da un'altezza di 2 metri. La resistenza all'aria non verrà presa in considerazione. Rispondi alle seguenti domande, giustificando:

a) riesci a passare l'oggetto attraverso il cancello prima che si chiuda?

b) L'oggetto si scontrerà mai contro il cancello chiuso? Se affermativo, quando accade?

Figura 7. Un oggetto viene lanciato verticalmente in alto (Esempio risolto 2). Fonte: sé realizzato.

Rispondi a)

Ci sono 10 metri tra la posizione iniziale della palla e del cancello. È un lancio verticale, in cui questo indirizzo è preso come positivo.

Puoi scoprire la velocità che porta quando arrivi a questo punto, con questo risultato il tempo necessario per farlo e confrontarlo con il tempo di chiusura del cancello, che è 1.5 secondi:

vF 2= vO 2- 2.G. Δe → vF = (152 - 2 X 9.8 X10)1/2 M = 5.39 m/s

T = (VF - vO) /g = (5.39 - 15) / (-9.8) s = 0.98 s

Poiché questa volta è inferiore a 1.5 secondi, quindi si è concluso che l'oggetto può passare attraverso il cancello almeno una volta.

Risposta b)

Sappiamo già che l'oggetto gestisce. La velocità, quando raggiunge l'altezza del cancello ha la stessa grandezza di quando sale, ma nella direzione opposta. Quindi lavorare con -5.39 m/s e il tempo necessario per raggiungere questa situazione è:

T = (VF - vO) /G = (-5.39 - 15) / (-9.8) s = 2.08 s

Poiché il cancello rimane aperto solo per 1.5 s, è evidente che non ha il tempo di passare prima che si chiuda, poiché lo trova chiuso. La risposta è: l'oggetto se si scontra con il cancello chiuso dopo 2.08 secondi dopo essere stato rilasciato, quando arriva in discesa.

Riferimenti

  1. Figueroa, d. (2005). Serie: Physics for Science and Engineering. Volume 1. Cinematica. A cura di Douglas Figueroa (USB).69-116.
  2. Giancoli, d. Fisica. (2006). Principi con applicazioni. 6th Edizione. Prentice Hall. 22-25.
  3. Kirkpatrick, l. 2007. Fisica: uno sguardo al mondo. 6ta Edizione abbreviata. Apprendimento del Cengage. 23 - 27.
  4. Resnick, r. (1999). Fisico. Volume 1. Terza edizione in spagnolo. Messico. Azienda editoriale continentale S.A. di c.V. 21-22.
  5. Rex, a. (2011). Fondamenti di fisica. Pearson. 33 - 36
  6. Sears, Zemansky. 2016. Fisica universitaria con fisica moderna. 14th. Ed. Volume 1. 50 - 53.
  7. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fisica per la scienza e l'ingegneria. Volume 1. 7Ma. Edizione. Messico. Editori di apprendimento di Cengage. 23-25.
  8. Serway, r., Vulle, c. (2011). Fondamenti di fisica. 9n / a Ed. Apprendimento del Cengage. 43 - 55.
  9. Wilson, J. (2011). Fisica 10. Pearson Education. 133 - 149.