§ 1.4. РАВНОМЕРНОЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ. СКОРОСТЬ
Самое простое движение — это равномерное движение по прямой. Для этого движения проще всего определить, что такое скорость.
Движение называется равномерным прямолинейным, если траектория есть прямая линия и точка за любые равные промежутки времени проходит равные расстояния.
Обратите внимание на слова «любые равные», относящиеся к промежуткам времени.
Если точка за каждую минуту проходит по 1 м, то это еще не означает, что ее движение обязательно равномерное. Может быть и так, что за первую половину минуты точка проходит 20 см, за вторую половину минуты — 80 см, а в следующие интервалы времени по половине минуты она может пройти 60 и 40 см соответственно и т. д., т. е. движение является неравномерным. Для равномерного движения в данном случаенеобходимо, чтобы за ^ мин было пройдено 2 м, за ^ мин —
^ м, за МИН — ^ м и т. д., т. е. за любые равные промежутки
времени точка проходила равные расстояния.
Если мы знаем только, что автомобиль в данный момент времени находится в определенном месте на шоссе, то мы еще ничего не знаем о том, как он движется. Важной величиной, характеризующей движение тела, является его скорость. Со скоростью (быстротой движения тела) мы знакомы из повседневной жизни.
Черепаха перемещается с малой скоростью — примерно 0,5 км/ч, ее движение — символ медлительности (черепаший шаг). Человек перемещается быстрее: его скорость около 5 км/ч. Автомобиль движется быстрее человека (100 км/ч), а самолет еще быстрее (1000 км/ч). Самой большой скорости относительно Земли человек достигает с помощью космических ракет (около 11 км/с). Максимально возможная скорость — это скорость света в вакууме: 300 000 км/с.
Чем больше скорость, тем большее расстояние проходит тело за данный интервал времени. Скорость показывает, как быстро движется тело, т. е. как быстро с течением времени меняется его положение в пространстве по отношению к другим телам.
Несмотря на то что слово «скорость» давно стало для нас привычным, определить строго, что же такое скорость для произвольного движения, не так-то просто. Мы начнем с простого случая.
По-прежнему вначале будем считать, что точка (автомобиль на шоссе) движется прямолинейно.
Пусть в момент времени t1 точка имела координату xv а в момент времени t2 ее координата стала равной х2.За интервал (или промежуток) времени t2 - t1 изменение координаты точки равно х2 - хг (изменением любой величины, координаты в том числе, называют разность между значениями величины в конце и начале процесса изменения). Для интервала времени принято сокращенное обозначение At :
At = t2 — tv
для изменения координаты — Ах (РИС. 1.7): Г ,
Ах = х2 - хг
При равномерном прямолинейном рИс. 1.7
движении координаты движущейся
точки изменяются одинаково за любые равные промежутки времени.
Скоростью равномерного прямолинейного движения называется отношение изменения координаты тела (точки) Ах к промежутку времени At, за который это изменение координаты произошло .
Обозначим скорость через vx. Тогда по определению имеем:
Индекс х около буквы v указывает, что рассматривается скорость точки вдоль оси X.
Скорость равномерного прямолинейного движения постоянна:
vx = const .
В самом деле, за любые равные интервалы времени изменения координат одинаковы. Поэтому одинаковы и отношения
^ . Если уменьшить интервал времени в два раза, то и изменение координаты уменьшится тоже в два раза. Ведь за первую половину интервала тело проходит точно такое же расстояние, что и за вторую.
Обратите внимание на то, что скорость vx может быть как положительной величиной, так и отрицательной.
Действительно, At = t2 - tl всегда положительно (At > 0). Но изменение координаты Ах может быть как положительным (Аг > 0, если х2 > хх), так и отрицательным (Ах < 0, если х2 < xt).
Мы познакомились с очень важной физической величиной — скоростью. При равномерном прямолинейном движении скорость есть величина постоянная.