К содержанию

Равноускоренное движение

Скорость, перемещение и тормозной путь по трём школьным наборам данных. При торможении калькулятор следит, не остановилось ли тело раньше заданного времени.

Калькулятор

Ускорение при торможении задаётся со знаком минус. Если тело успевает остановиться раньше заданного времени, расчёт обрежется моментом остановки.

Расчёт идёт в браузере — данные никуда не отправляются

Как это считается

Формул три, но независимых из них две: третья получается исключением времени. Какую брать — зависит только от того, что дано в условии.

v=v0+ats=v0t+at22v2v02=2as

Скорость и путь растут по-разному. Скорость прибавляется равномерно, а перемещение зависит от квадрата времени. Отсюда и неинтуитивность тормозного пути: вдвое большая скорость требует вчетверо большего расстояния до остановки.

Отдельная ловушка — торможение. Формула перемещения справедлива только до остановки, а дальше показывает, что тело поехало назад. Автомобиль так себя не ведёт, поэтому расчёт надо обрывать в момент, когда скорость обратилась в ноль.

Тормозной путь

При замедлении 5 м/с² — это примерно сухой асфальт. Путь за время реакции водителя сюда не входит.

СКОРОСТЬ В СИ ТОРМОЗНОЙ ПУТЬ
40 км/ч 11,1 м/с 12,3 м
60 км/ч 16,7 м/с 27,8 м
80 км/ч 22,2 м/с 49,4 м
120 км/ч 33,3 м/с 111,1 м

Примеры расчёта

Разгон с места

автомобиль трогается с ускорением 2 м/с² и разгоняется 10 секунд

  1. Находим конечную скорость

    v=v0+at=0+210=20 м/с

    Скорость прибавляется равномерно: по два метра в секунду за каждую секунду. Это и есть смысл ускорения 2 м/с².

  2. Считаем пройденный путь

    s=v0t+at22=0+21002=100 м

    Начальная скорость нулевая, поэтому первое слагаемое исчезает. Остаётся квадратичная добавка от разгона.

  3. Проверяем через среднюю скорость

    vср=0+202=10 м/с,s=1010=100 м

    При постоянном ускорении средняя скорость равна полусумме начальной и конечной — единственный случай, когда полусумма работает. Совпадение с первым способом подтверждает расчёт.

Двадцать метров в секунду — это 72 км/ч, и набраны они за 10 секунд. Для легкового автомобиля правдоподобно, что уже неплохая проверка ответа.

Тормозной путь и квадрат скорости

машина едет 72 км/ч и тормозит с замедлением 4 м/с²

  1. Переводим скорость в СИ

    v0=72 км/ч=723,6=20 м/с

    Без перевода ускорение в метрах на секунду в квадрате и скорость в километрах в час просто не стыкуются между собой.

  2. Берём формулу без времени

    s=v022a=4008=50 м

    Время торможения в условии не спрашивают, поэтому удобна формула, в которой его нет. Она получается исключением t из двух основных.

  3. Смотрим, что даст удвоение скорости

    4028=200 м=450 м

    Скорость выросла вдвое — путь вырос вчетверо. Квадрат в формуле означает именно это, и в правилах дорожного движения он же стоит за требованием к дистанции.

Полсотни метров — это длина панельной девятиэтажки. К ним ещё добавляется путь за время реакции водителя, который формула не учитывает вовсе.

Вопросы

Когда ускорение отрицательное?

Когда оно направлено против движения, то есть при торможении. Знак зависит от выбранной оси: если ось направлена по движению, замедление получает минус. Величина ускорения при этом положительна — отрицателен только его проекция на ось.

Почему формула перестаёт работать после остановки?

Потому что она описывает движение с постоянным ускорением, а после остановки тормозящее ускорение исчезает. Формально s = v₀t + at²/2 покажет, что тело поехало назад. Калькулятор такой случай замечает и обрезает расчёт моментом остановки.

Какую формулу брать, если время неизвестно?

Ту, где его нет: v² − v₀² = 2as. Она выводится исключением времени из двух основных и нужна во всех задачах про тормозной путь и разгон до заданной скорости.

Можно ли считать среднюю скорость как полусумму?

При равноускоренном движении — можно, и это единственный случай. Скорость меняется линейно, поэтому среднее по времени совпадает с полусуммой крайних значений. При движении с разными постоянными скоростями так делать уже нельзя.

Чем перемещение отличается от пути?

Формула s = v₀t + at²/2 даёт перемещение — вектор от начальной точки к конечной. Пока тело движется в одну сторону, они совпадают. Если оно успело развернуться, путь окажется больше, и это тот же случай, что и с остановкой при торможении.

Что такое равнозамедленное движение?

То же равноускоренное, только ускорение направлено против скорости. Отдельных формул для него нет — достаточно подставить ускорение со знаком минус.

Как быть, если тело бросили под углом, а не вдоль прямой?

Такое движение раскладывают на два независимых: равномерное по горизонтали и равноускоренное по вертикали с ускорением g. Этот калькулятор считает только прямолинейный случай, поэтому горизонтальную и вертикальную составляющие броска под углом нужно посчитать отдельно, каждую по своим формулам отсюда.

Похожие калькуляторы

обновлено

Источники: равноускоренное прямолинейное движение в объёме школьного курса физики 9–10 классов · расчёт идёт в браузере, формулы и числа примеров покрыты автоматическими тестами.

Нашёл неточность — напиши через форму, поправим.