§ 17. Рівномірний прямолінійний рух. Швидкість рівномірного прямолінійного руху

Якщо тіло за першу секунду пройшло шлях 5 м, за другу — знову 5 м, за третю — також 5 м і т. д., тобто за кожну будь-яку секунду тіло проходить однаковий шлях, то такий рух є рівномірним.

Дослід. Візьмемо вимірювальний циліндр завдовжки 40 см, діаметр якого 4 см (мал. 55). Закриємо його корком, попередньо наливши в нього води й помістивши кульку. Встановимо циліндр вертикально або з нахилом так, щоб у початковий момент кулька була розташована у верхньому кінці циліндра. Кулька почне повільно тонути, і буде зручно спостерігати за характером її руху. У результаті досліду переконаємося, що кулька проходитиме однакові відрізки шляху за однакові інтервали часу. Отже, рух кульки є рівномірним.

Мал. 55

Рівномірним рухом називають такий рух, під час якого тіло за будь-які однакові інтервали часу проходить однаковий шлях.

Прикладом рівномірного руху є рух точки земної поверхні під час обертання Землі навколо своєї осі. За рівномірний рух можна прийняти рух точок годинникових стрілок, рівномірно може рухатися автомобіль по прямій і рівній дорозі.

Отже, усі тіла природи перебувають у механічному русі. Вони можуть рухатися рівномірно або нерівномірно по безлічі різних траєкторій, які можуть бути дуже складними. Надалі ми будемо розглядати найпростіший для дослідження й опису вид механічного руху тіл - прямолінійний рівномірний рух.

Прямолінійний рух - це такий рух, під час якого траєкторією тіла є пряма лінія. Прикладом прямолінійного руху може бути рух автомобіля по ділянці шосе, де немає підйомів, спусків і поворотів.

Прямолінійним рівномірним рухом називають такий рух, під час якого тіло за будь-які однакові інтервали часу проходить однаковий шлях по прямолінійній траєкторії.

Спостереження. Ми знаходимося влітку на відпочинку на березі Чорного моря і бачимо, як катер, що рівномірно рухається по морю, обганяють дельфіни, які також пливуть рівномірно.

Чим різняться ці рівномірні рухи: човна і дельфінів? їх відмінність полягає в тому, що дельфіни рухаються швидше від човна.

Наприклад, літак рухається швидше, ніж поїзд, але повільніше, ніж штучний супутник Землі. А це означає, що протягом того самого інтервалу часу дельфіни пропливають більший шлях, ніж човен, літак пролітає більший шлях, ніж проїжджає поїзд, а супутник - більший шлях, ніж літак.

Рухи човна, дельфінів, поїзда, літака й супутника відрізняються їх швидкістю. Кажуть, що те тіло, яке за одиницю часу проходить більший шлях, рухається з більшою швидкістю.

Швидкість рівномірного руху тіла — це фізична величина, що показує, який шлях проходить тіло за одиницю часу.

Наприклад, якщо за кожну годину автомобіль проїжджає 60 км, а літак пролітає 600 км, то кажуть, що швидкість руху автомобіля дорівнює 60 км за годину, а швидкість руху літака - 600 км за годину.

Швидкість руху тіла позначають малою латинською літерою v. Одиницею швидкості в СІ є один метр за секунду (1 м/с).

1 м/с - це швидкість руху тіла, під час якого воно за 1 с проходить шлях 1 м.

Застосовують ще й такі одиниці швидкості руху тіла:

1 м/с = 0,001 км/с;

1 км/с = 1000 м/с;

1 км/год = 1000 м/3600 с = 0,28 м/с;

1 м/с = 3,6 км/год.

Щоб визначити швидкість рівномірного руху тіла, треба шлях, пройдений тілом за певний інтервал часу, поділити на цей інтервал:

де v - швидкість руху тіла; l - шлях, пройдений тілом; t - час руху тіла.

На відміну від інших фізичних величин, значення швидкостей лежать у визначених межах: від 0 (коли тіло перебуває у спокої) до швидкості поширення світла в безповітряному просторі, яка дорівнює 300 000 км/с.

Швидкість звичайної ходи людини дорівнює 1 м/с. Під час бігу на довгі дистанції людина розвиває швидкість до 7 м/с, а на короткі - до 10 м/с. Велосипедист може їхати зі швидкістю 14 м/с. У воді плавець рухається зі швидкістю 2 м/с.

Ці значення швидкостей незначні порівняно зі швидкістю представників тваринного світу. Якби ноги спортсмена-бігуна рухалися так само швидко, як ноги мурашки, то він розвинув би швидкість до 1500 км/год. Найбільша швидкість руху людини втричі менша від швидкості руху гепарда. У воді людина плаває у 18 разів повільніше, ніж найшвидший житель океану - риба-меч. Синій кит, маса якого дорівнює 130 т, може розвивати у воді швидкість до 37 км/год. Для порівняння вкажемо, що моторний човен може рухатися зі швидкістю 30 км/год.

Проте людина створила транспортні засоби, які розвивають значні швидкості. Гепард уже не може змагатися з легковим автомобілем, поїздом чи мотоциклом. Спеціальні гоночні автомобілі розвивають швидкість до 284 м/с (1022,4 км/год). Гелікоптери і літаки значно випереджають сапсана - найшвидшого птаха. Космічним ракетам, які летять до інших планет, надають швидкостей від 10 до 17 км/с.

Швидкість руху тіла характеризується не тільки числовим значенням, а й напрямом. Наприклад, щоб дізнатися, де буде через 5 год подорожі турист, який вийшов з Києва, треба знати не тільки, з якою швидкістю він рухається, а й у якому напрямі (напрям швидкості).

Величини, які залежать від напряму в просторі, називають векторними величинами, або векторами.

Швидкість руху тіла є векторною величиною.

На малюнках вектор швидкості зображають стрілкою, напрям якої збігається з напрямом швидкості, а довжина дорівнює числовому значенню швидкості в певному масштабі (мал. 56).

Мал. 56

Знаючи швидкість рівномірного руху тіла, можна визначити шлях, який воно проходить за певний час. Нехай, наприклад, велосипедист рухається зі швидкістю 5 м/с. Це означає, що за кожну секунду він проїжджає 5 м. Оскільки рух велосипедиста рівномірний, то він за 10 с подолає шлях, у 10 разів більший, тобто 5 м/с помножимо на 10 с і отримаємо 50 м.

Щоб визначити шлях, який проходить тіло під час рівномірного руху, треба швидкість руху тіла помножити на час його руху:

l = vt.

Знаючи шлях і швидкість рівномірного руху тіла, можемо визначити час його руху. Наприклад, за який час плавець перепливе озеро завширшки 200 м, якщо він пливе зі швидкістю 2 м/с?

За 1 с спортсмен пропливає 2 м. Щоб визначити, скільки секунд він затратить на те, щоб пропливти 200 м, треба дізнатися, скільки разів у 200 м уміститься 2 м. Для цього 200 поділимо на 2 і отримаємо 100. Час, за який плавець пропливе озеро, дорівнює 100 с, або 1 хв 40 с.

Щоб визначити час руху тіла, треба пройдений тілом шлях поділити на швидкість руху тіла:

Це цікаво знати

Американська ящірка бігає по воді, як по твердій землі, зі швидкістю 11 км/год. Щоб це могла зробити людина, її ступні за розмірами мали б нагадувати розкриті парасольки, а за секунду вона мала б робити 20 кроків.
В Австралії щороку проводяться змагання, у яких беруть участь незвичайні бігуни - земляні черв’яки - найшвидші безногі бігуни (повзуни), які рухаються зі швидкістю 15 м/год.
Жук-скакун має гарний зір, але під час бігу зі швидкістю 8 км/год він нічого не бачить. Якби він мав розміри людини, то 100 м пробігав би за 0,5 с.
Акула плаває в 10 разів швидше, ніж людина-спортсмен, досягаючи швидкості 50 км/год. А креветка-богомол наносить удар клешнею зі швидкістю дрібнокаліберної кулі (удар триває 0,005 с).
У підручниках з біології ви знайдете багато цікавих відомостей. Наприклад, що швидкість руху води у стовбурі хвойних рослин сягає 0,5-1,0 см/год, а в листяних - набагато більше - 40 см/год. Швидкість ця залежить від багатьох зовнішніх чинників, і передусім - від температури навколишнього середовища.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1. Який рух називають рівномірним? Наведіть приклади руху, близького до рівномірного.
2. Чим відрізняються один від одного рівномірні рухи плавця, гепарда, орла і літака?
3. Що показує швидкість рівномірного руху тіла?
4. Як визначити швидкість, знаючи пройдений шлях і час руху тіла?
5. Назвіть одиниці швидкості руху тіла.
6. Швидкість руху тіла є векторною величиною. Що це означає?

ГДЗ до підручника можна знайти тут.