- •I. Механика
- •1. Кинематика Основные понятия и определения
- •Перемещение, путь, средняя скорость Примеры решения задач
- •Задачи и упражнения
- •Контрольные вопросы
- •Равномерное прямолинейное движение Примеры решения задач
- •Задачи и упражнения
- •Движение по прямой с постоянным ускорением Примеры решения задач
- •Задачи и упражнения
- •Свободное движение тел, брошенных под углом к горизонту Примеры решения задач
- •Задачи и упражнения
- •Относительность движения Примеры решения задач
- •Задачи и упражнения
- •Ускорение при криволинейном движении. Кинематика вращательного движения Примеры решения задач
- •Задачи и упражнения
- •Контрольные вопросы
Относительность движения Примеры решения задач
1.Мимо пристани проходит плот. В этот момент в поселок, находящийся на расстоянииs1 = 15 км от пристани, вниз по реке отправляетсямоторная лодка. Она дошла до поселка за времяt= 3/4 ч и, повернув обратно, встретила плот на расстоянииs2 = 9 км от поселка. Каковы скорость течения рекиVи скорость лодки относительно водыv'?
Решение.Выберем систему отсчета, связанную с плотом (с водой). В этой системе отсчета плот покоится, а лодка движется вверх и вниз по реке с одинаковой по величине скоростью. Следовательно, время удаления лодки от плота равно времени приближения к нему. Поэтому время движения плота до встречи с лодкой равно 2tи его скорость (скорость течения) равна
![]()
По закону сложения скоростей скорость лодки при ее движении вниз по реке относительно берега равна
v = v' + V.
С другой стороны
![]()
Cледовательно,
![]()
2.Скорость лодки в стоячей водеv' меньше скорости течения рекиVвn= 2 раза. Под каким угломк берегу нужно держать корпус лодки во время переправы, чтобы снос лодки был минимальным?
Р
ешение.Если лодку направить по течению реки,
то, очевидно, снос будет бесконечно
большим (лодка никогда не переправится
на противоположный берег).
Такой же результат получается в случае,
если направить лодку вверх по течению
реки. Значит, существует некоторое
направление, при котором снос лодки
минимален. Если
- скорость лодки в стоячей воде, а
-
скорость течения реки, то скорость лодки
относительно берега определится
законом сложения скоростей:
.
Векторное сложение скоростей,
соответствующее этому закону, показано
на рисунке. Там же показаны система
отсчета x0y,
связанная с берегом, и угол,
определяющий направление вектора
.
Очевидно, что величина сноса лодки равна
s = vх t, ![]()
где vx = V – vcos
- проекция скорости
на осьx,
- время переправы. Здесьd
- ширина реки, vy
- проекция скорости
на осьy.
Запишем выражение для величины сноса в явном виде:
![]()
Минимум сноса соответствует минимуму выражения в скобках. Найдем угол , при котором достигается этот минимум из условия, что производная поот этого выражения должна равняться нулю в точке минимума. Дифференцирование дает:
![]()
Отсюда следует:
![]()
![]()
3. Приборы, установленные на корабле, идущем на север со скоростью V = 10 м/с, показывают скорость ветра v' = 5 м/с, а его направление - восточное. Что покажут аналогичные приборы, установленные на берегу?
Р
ешение.По закону сложения скоростей скорость
ветра относительно берега равна
![]()
Найдем эту скорость построением (см. рис.). Из рисунка следует:
![]()
![]()
4.Два корабля движутся перпендикулярными курсами с постоянными скоростямиv1= 15 км/ч иv2= 20 км/ч. В некоторый момент времени они находятся на расстоянииS = 10 км друг от друга, а вектор скорости первого корабля составляет с линией, соединяющие корабли, угол= 30. На какое минимальное расстояниеdкорабли сблизятся при своем движении?
Р
![]()
,
определяемой из закона сложения
скоростей:
![]()
И

![]()

Следовательно,
![]()
5.Скорость лодки в стоячей воде
,
скорость течения рекиv= 4 м/с,
а ширина рекиL= 360 м.
Под каким угломк
берегу нужно держать нос лодки, чтобы
переправиться на противоположный берег
в кратчайшее время? Чему равно это времяTmin?
Какой путьSпроплывет
за это время лодка?
Решение.По закону сложения
скоростей скорость лодки
относительно берега равна
![]()
Движение лодки можно
рассматривать как наложение двух
движений, одно из которых происходит
перпендикулярно берегу, а другое -
по течению реки. Первое происходит со
скоростью
,
а второе - со скоростью
.
Тогда времяT
переправы на противоположный берег
![]()
Это время будет минимально в том случае,
когда проекция скорости на ось y,
перпендикулярную к берегу, максимальна,
т.е. равна
.
В этом случае скорость
перпендикулярна берегу, т.е.= 90,
а![]()
Скорость лодки относительно берега
Следовательно, за времяTminлодка пройдет путь
![]()
6
.Два
пешехода движутся к перекрёстку по
дорогам, пересекающимися под прямым
углом. Найти их относительную скорость
,
если скорость первого пешехода
км/ч,
а скорость второго -
км/ч.
Решение.Изобразим на рисунке скорости пешеходов. По определению скорость первого пешехода относительно второго равна:
.
Найдем построением эту скорость (см. рис.).
И
з
рисунка видно, что
км/ч.
