Темы докладов, страница 45 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 1. Кинематика. Параграф 9. Период и частота обращения. Вопросы - страница 45.

Условие.

Кинематика в спорте.

Решение.

Кинематика — это раздел механики, который описывает движение тел, не рассматривая причины этого движения (силы). В спорте, где основной целью является достижение оптимальных параметров движения, кинематический анализ имеет первостепенное значение. Он позволяет тренерам и спортсменам анализировать технику выполнения упражнений, оптимизировать траектории движения, скорости и ускорения для достижения наилучших результатов.

Траектория, путь и перемещение

Любое движение спортсмена или спортивного снаряда происходит по определённой линии, называемой траекторией. Длина этой траектории называется путём ($\text{s}$). Путь — это скалярная величина, которая всегда положительна. Например, путь, который пробегает легкоатлет на дистанции 400 метров по стадиону, равен 400 м. Перемещение ($\vec{s}$ или $\Delta\vec{r}$) — это вектор, соединяющий начальное и конечное положение тела. В отличие от пути, перемещение может быть равно нулю. Например, для бегуна на 400 м, который финиширует в той же точке, где и стартовал, перемещение равно нулю, хотя путь составляет 400 м. В то же время, в прыжках в длину или толкании ядра именно дальность перемещения снаряда по горизонтали является результатом.

Ответ: Ключевое различие в спорте: путь — это вся дистанция, которую преодолел спортсмен (например, 400 м по кругу), а перемещение — это расстояние и направление от точки старта до точки финиша (для бега на 400 м по замкнутой дорожке оно равно нулю).

Скорость

Скорость ($\vec{v}$) характеризует быстроту движения и его направление. В спорте важны как средняя, так и мгновенная скорость. Средняя путевая скорость — это отношение всего пройденного пути ко времени движения: $v_{ср} = s/t$. Например, у спринтера на 100 м это 100 м, деленные на его итоговое время. Мгновенная скорость — это скорость в конкретный момент времени. Максимальная мгновенная скорость — важный показатель для спринтеров, велосипедистов и конькобежцев. В игровых видах спорта, таких как футбол или хоккей, более важна способность быстро изменять вектор мгновенной скорости, то есть маневренность.

Ответ: Скорость в спорте — это не только то, как быстро движется спортсмен (например, максимальная скорость Усэйна Болта ~44 км/ч), но и его способность быстро менять направление движения, что критически важно в командных играх.

Ускорение

Ускорение ($\vec{a}$) показывает, как быстро изменяется вектор скорости. Формула для среднего ускорения: $\vec{a} = \frac{\vec{v}_{конечн} - \vec{v}_{начальн}}{\Delta t}$. Положительное ускорение означает разгон, отрицательное — торможение. Ускорение возникает и при изменении направления скорости, даже если ее модуль постоянен (например, при движении по дуге). В спорте ускорение играет решающую роль: на старте (спринт, плавание), при выполнении рывков (баскетбол, футбол), при торможении и смене направления (теннис, горные лыжи), а также при вращении (метание молота, где создается огромное центростремительное ускорение).

Ответ: Ускорение в спорте — это способность спортсмена максимально быстро набрать скорость (стартовое ускорение), эффективно замедлиться или резко изменить направление движения.

Движение тела, брошенного под углом к горизонту

Это один из важнейших видов движения в спорте, описывающий полет мяча, копья, диска, ядра, а также прыжки самого спортсмена (в длину, в высоту). В идеализированной модели (без учета сопротивления воздуха) такое тело движется по параболе. Движение раскладывается на две независимые составляющие: равномерное по горизонтали (ось X) и равноускоренное с ускорением $\text{g}$ по вертикали (ось Y). Дальность полета ($\text{L}$) и максимальная высота ($\text{H}$) зависят от начальной скорости ($v_0$) и угла броска к горизонту ($\alpha$):

$L = \frac{v_0^2 \sin(2\alpha)}{g}$

$H = \frac{(v_0 \sin(\alpha))^2}{2g}$

Теоретически, максимальная дальность полета достигается при угле $45^\circ$. Однако на практике (например, в толкании ядра) оптимальный угол меньше, так как снаряд выпускается с определенной высоты над землей, а не с нулевого уровня.

Ответ: Для достижения максимальной дальности полета снаряда (в футболе, баскетболе, легкой атлетике) спортсмену необходимо найти оптимальное сочетание начальной скорости и угла броска, который в большинстве случаев близок к $45^\circ$.

Вращательное движение

Вращение тела вокруг оси является основой многих видов спорта: фигурное катание, гимнастика, прыжки в воду, фристайл. Основными кинематическими характеристиками здесь являются угловая скорость ($\omega$, скорость вращения) и угловое ускорение ($\epsilon$, быстрота изменения скорости вращения). Спортсмены активно используют законы механики для управления вращением. Например, фигурист для увеличения скорости вращения (угловой скорости) прижимает руки и ноги к телу. Это уменьшает его момент инерции, и по закону сохранения момента импульса угловая скорость возрастает.

Ответ: Управляя положением частей своего тела (рук, ног), спортсмены в таких видах, как фигурное катание или гимнастика, могут изменять скорость своего вращения для выполнения сложных акробатических элементов.