Параграф 20 Физика 9 класс Пёрышкин | Конспект

Динамика криволинейного движения

Изменение вектора скорости

Действие силы на тело может изменять как модуль, так и направление вектора скорости. Например, если сила действует вдоль направления движения, то изменяется только модуль скорости (тело ускоряется или замедляется). Однако, если сила направлена под углом к вектору скорости, происходит изменение направления движения. В этом случае траектория движения становится криволинейной, как это наблюдается при движении тел по окружности или по дуге.

Прямолинейное движение под действием силы

Когда на тело действует сила вдоль линии движения, оно ускоряется или замедляется. Например, шарик, привязанный к пружине и движущийся вдоль горизонтальной поверхности, будет ускоряться под действием силы упругости. Если эта сила направлена прямо, то траектория его движения останется прямолинейной, а модуль скорости изменится в зависимости от величины приложенной силы. Пример с шариком, привязанным к растягивающейся пружине, показывает, как сила изменяет только модуль скорости, сохраняя её направление.

Криволинейное движение под действием силы

Если сила действует на тело под углом к направлению его движения, то оно начинает двигаться по криволинейной траектории. Примером такого движения является движение шарика по кругу под действием силы упругости пружины. Когда шарик перемещается вдоль окружности, его скорость в каждой точке направлена по касательной, а сила упругости — по радиусу. В результате взаимодействия этих сил шарик сохраняет постоянную по модулю скорость, но изменяет её направление, двигаясь по окружности.

Связь между направлением силы и движением

Сила, действующая на тело, определяет не только модуль, но и траекторию его движения. Если сила направлена вдоль скорости, тело будет двигаться по прямой. Если же сила направлена под углом, то траектория станет криволинейной, и тело начнёт двигаться по дуге или окружности. Чем больше угол между направлением скорости и силы, тем резче будет изменение траектории. Например, если на автомобиль, движущийся по дороге, действует сила трения, он может менять направление и совершать поворот.

Пример: движение автомобиля по эстакаде

Рассмотрим автомобиль, двигающийся по эстакаде с постоянной скоростью 20 м/с. Под действием силы тяжести и силы реакции опоры автомобиль испытывает центростремительное ускорение, которое направлено к центру окружности. Величина этой силы рассчитывается по формуле: . В верхней точке эстакады вес автомобиля уменьшается, потому что центростремительная сила уменьшает действие силы тяжести. Это наглядно демонстрирует зависимость веса и траектории движения.

Примеры сил, создающих криволинейное движение

Криволинейное движение может возникать под действием различных сил. Например, планеты движутся вокруг Солнца под действием силы гравитации, лот движется по окружности под действием силы упругости верёвки, а автомобиль поворачивает благодаря силе трения между шинами и дорогой. В каждом случае сила направлена к центру траектории, что приводит к изменению направления скорости и поддержанию криволинейного движения.