5.决定合运动的性质和轨迹的因素

物体运动的性质由加速度决定(加速度为零时物体静止或做匀速运动;加速度恒定时物体做匀变速运动;加速度变化时物体做变加速运动)。

物体运动的轨迹(直线还是曲线)则由物体的速度和加速度的方向关系决定(速度与加速度方向在同一条直线上时物体做直线运动;速度和加速度方向成角度时物体做曲线运动)。

两个互成角度的直线运动的合运动是直线运动还是曲线运动?

决定于它们的合速度和合加速度方向是否共线(如图1所示)。 

常见的类型有:

(1)a=0:匀速直线运动或静止。

(2)a恒定:性质为匀变速运动,分为:① va同向,匀加速直线运动;②va反向,匀减速直线运动;③va成角度,匀变速曲线运动(轨迹在va之间,和速度v的方向相切,方向逐渐向a的方向接近,但不可能达到。)

(3)a变化:性质为变加速运动,加速度大小、方向都随时间变化。

 

[范例精析]

例1.无风时气球匀速竖直上升的速度是4m/s,现自西向东的风速大小为3m/s,则

(1)气球相对地面运动的速度大小为   ,方向   

(2)若风速增大,则气球在某一时间内上升的高度与风速增大前相比将  。(填“增大”、“减小”、“保持不变”)

解析:(1)题中气球的运动,在地面上的人看来,它同时参与了两个运动,即竖直向上的运动和自西向东的水平运动,其合速度与其关系为:

v2v2+v2

设合速度方向与水平方向夹角为θ,则:

tanθv/v

代入数据可得:合速度大小v=5m/s,θ=arctan1.33=53°,即合速度的方向为向东偏上53°。

(2)如果一个物体同时参与两个运动,这两个分运动是“相互独立、同时进行”的,各自遵守各自的规律。本题中,由风引起的水平方向的分运动不会影响气球竖直方向的分运动,所以不管水平方向的风速如何变化,气球在同一时间内上升的高度总是一定的。

拓展:从本例不难看出,要正确解答有关运动的合成与分解的问题,首先要认清合运动和分运动,实际发生的运动就是合运动,参与而实际并没发生的运动就是分运动;二要正确理解运动的独立性原理;三要掌握运动的合成与分解的法则,灵活运用平行四边形定则。

例2.河宽d=100m,水流速度为v1=4m/s,船在静水中的速度是v2=3m/s,求:

(1)欲使船渡河时间最短,船应怎样渡河?最短时间是多少?船经过的位移是多大?

(2)欲使船航行距离最短,船应怎样渡河?渡河时间多长?

解析: 设想水不流动,则船将以v1速度做匀速直线运动,设想船不开行,则船将以v2速度顺水飘流,可见实际渡河时,渡船同时参与两个分运动,其合运动沿v1v2矢量和的方向做匀速直线运动,由于分运动与合运动的等时性,船渡河时间等于v1分运动的时间。

(1)不论v1v2的大小如何,船头v1的方向垂直指向河岸时,时间最短,t=x1/v1=d/v1=(100/4)s=25s

(2)因船速小于水速,故小船不能垂直过河,但有无最短航程呢?

虽然不能垂直过河,但有最短的路程,用画圆的方法可找出最短船程时夹角θ,并可找到这时速度之间关系满足的特征,如图。

sinθ=v1/v2

x=d/sinθt=s/v=d/(sinθ)

拓展:(1)不论v1v2的大小如何,当船头v1的方向垂直指向河岸时,时间最短,且最短时间为 。

(2) 当v1v2时,合速度垂直过岸,航程最短为d,当v1v2时不能垂直过岸,但仍有最短路程,此时船的实际航向与下游夹θ角,且sinθ=v1/v2

[能力训练]

 0  375126  375134  375140  375144  375150  375152  375156  375162  375164  375170  375176  375180  375182  375186  375192  375194  375200  375204  375206  375210  375212  375216  375218  375220  375221  375222  375224  375225  375226  375228  375230  375234  375236  375240  375242  375246  375252  375254  375260  375264  375266  375270  375276  375282  375284  375290  375294  375296  375302  375306  375312  375320  447090 

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