Экспериментальное исследование, страница 44 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Механика. Глава 2. Основы кинематики. Параграф 8. Средняя скорость при неравномерном движении. Мгновенная скорость. Вопросы - страница 44.

Условие.

Экспериментальное исследование

Шарик из состояния покоя движется по гладкой наклонной плоскости AB (рис. 25). Затем он скатывается с неё и продолжает катиться по горизонтальному участку BC. На рисунке зафиксированы положения шарика через равные промежутки времени.

а) Назовите наблюдаемые физические явления.

б) Какие физические величины характеризуют эти явления?

в) Как, располагая линейкой и секундомером, определить модуль мгновенной скорости шарика в точке B?

Решение.

а) Назовите наблюдаемые физические явления.

На изображении показано механическое движение шарика, которое можно разделить на два этапа с различными физическими явлениями:

1. Движение по наклонной плоскости AB. Шарик начинает движение из состояния покоя. На рисунке видно, что за равные промежутки времени он проходит всё большие расстояния. Это означает, что его скорость увеличивается. Такое движение, происходящее по прямой линии с постоянным ускорением (вызванным составляющей силы тяжести), называется равноускоренным прямолинейным движением.

2. Движение по горизонтальному участку BC. После скатывания с наклонной плоскости шарик продолжает движение по горизонтальной поверхности. Расстояния между его положениями за равные промежутки времени одинаковы. Это говорит о том, что скорость шарика постоянна. Такое движение называется равномерным прямолинейным движением.

Ответ: Наблюдаемые физические явления — это равноускоренное прямолинейное движение на участке AB и равномерное прямолинейное движение на участке BC.

б) Какие физические величины характеризуют эти явления?

Оба типа движения являются видами механического движения и характеризуются следующими основными кинематическими величинами:

• Путь (или перемещение) — расстояние, пройденное телом. Обозначается как $\text{s}$ или $\Delta r$.
• Время — длительность движения. Обозначается как $\text{t}$.
• Скорость — величина, характеризующая быстроту перемещения и направление движения. Для равноускоренного движения скорость изменяется со временем, для равномерного — постоянна. Обозначается как $\text{v}$.
• Ускорение — величина, характеризующая быстроту изменения скорости. Для равноускоренного движения ускорение постоянно и отлично от нуля ($a = \text{const} \ne 0$), а для равномерного движения ускорение равно нулю ($a=0$). Обозначается как $\text{a}$.

Ответ: Эти явления характеризуют следующие физические величины: путь (перемещение), время, скорость, ускорение.

в) Как, располагая линейкой и секундомером, определить модуль мгновенной скорости шарика в точке B?

Модуль мгновенной скорости шарика в точке B — это его скорость в момент перехода с наклонной плоскости на горизонтальный участок. Поскольку на участке BC движение шарика является равномерным (скорость постоянна), то его мгновенная скорость в любой точке этого участка, включая точку B, равна его средней скорости на этом же участке.

Чтобы определить эту скорость экспериментально, необходимо выполнить следующие шаги:

1. С помощью линейки измерить длину горизонтального участка, например, расстояние $\text{s}$ от точки B до точки C.

2. С помощью секундомера измерить промежуток времени $\text{t}$, за который шарик проходит этот участок $\text{s}$. Для этого необходимо запустить секундомер в момент, когда центр шарика достигает точки B, и остановить его, когда центр шарика достигает точки C.

3. Рассчитать скорость шарика по формуле для равномерного движения:

$v = \frac{s}{t}$

Так как скорость на участке BC постоянна, то вычисленное значение будет равно модулю мгновенной скорости в точке B: $v_B = v$.

Ответ: Необходимо с помощью линейки измерить длину горизонтального участка $\text{s}$ (например, от B до C) и с помощью секундомера измерить время $\text{t}$ прохождения шариком этого участка. Модуль мгновенной скорости в точке B будет равен скорости на участке BC и вычисляется по формуле $v_B = \frac{s}{t}$.