Падение тела под углом к горизонту формулы. Движение тела под углом к горизонту: формулы, расчет дальности полета и максимальной высоты взлета
Если тело бросить под углом к горизонту, то в полете на него действуют сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Если силой сопротивления пренебречь, то остается единственная сила -- сила тяжести. Поэтому вследствие 2-го закона Ньютона тело движется с ускорением, равным ускорению свободного падения; проекции ускорения на координатные оси ах = 0, ау = - g.
Рисунок 1. Кинематические характеристики тела, брошенного под углом к горизонту
Любое сложное движение материальной точки можно представить как наложение независимых движений вдоль координатных осей, причем в направлении разных осей вид движения может отличаться. В нашем случае движение летящего тела можно представить как наложение двух независимых движений: равномерного движения вдоль горизонтальной оси (оси Х) и равноускоренного движения вдоль вертикальной оси (оси Y) (рис. 1).
Проекции скорости тела, следовательно, изменяются со временем следующим образом:
где $v_0$ - начальная скорость, ${\mathbf \alpha }$ - угол бросания.
При нашем выборе начала координат начальные координаты (рис. 1) $x_0=y_0=0$. Тогда получим:
(1)
Проанализируем формулы (1). Определим время движения брошенного тела. Для этого положим координату y равной нулю, т.к. в момент приземления высота тела равна нулю. Отсюда получаем для времени полета:
Второе значение времени, при котором высота равна нулю, равно нулю, что соответствует моменту бросания, т.е. это значение также имеет физический смысл.
Дальность полета получим из первой формулы (1). Дальность полета - это значение координаты х в конце полета, т.е. в момент времени, равный $t_0$. Подставляя значение (2) в первую формулу (1), получаем:
Из этой формулы видно, что наибольшая дальность полета достигается при значении угла бросания, равном 45 градусов.
Наибольшую высоту подъема брошенного тела можно получить из второй формулы (1). Для этого нужно подставить в эту формулу значение времени, равное половине времени полета (2), т.к. именно в средней точке траектории высота полета максимальна. Проводя вычисления, получаем
Из уравнений (1) можно получить уравнение траектории тела, т.е. уравнение, связывающее координаты х и у тела во время движения. Для этого нужно из первого уравнения (1) выразить время:
и подставить его во второе уравнение. Тогда получим:
Это уравнение является уравнением траектории движения. Видно, что это уравнение параболы, расположенной ветвями вниз, о чем говорит знак «-» перед квадратичным слагаемым. Следует иметь в виду, что угол бросания $\alpha $ и его функции -- здесь просто константы, т.е. постоянные числа.
Тело брошено со скоростью v0 под углом ${\mathbf \alpha }$ к горизонту. Время полета $t = 2 с$. На какую высоту Hmax поднимется тело?
$$t_В = 2 с$$ $$H_max - ?$$
Закон движения тела имеет вид:
$$\left\{ \begin{array}{c} x=v_{0x}t \\ y=v_{0y}t-\frac{gt^2}{2} \end{array} \right.$$
Вектор начальной скорости образует с осью ОХ угол ${\mathbf \alpha }$. Следовательно,
\ \ \
С вершины горы бросают под углом = 30${}^\circ$ к горизонту камень с начальной скоростью $v_0 = 6 м/с$. Угол наклонной плоскости = 30${}^\circ$. На каком расстоянии от точки бросания упадет камень?
$$ \alpha =30{}^\circ$$ $$v_0=6\ м/с$$ $$S - ?$$
Поместим начало координат в точку бросания, ОХ -- вдоль наклонной плоскости вниз, OY -- перпендикулярно наклонной плоскости вверх. Кинематические характеристики движения:
Закон движения:
$$\left\{ \begin{array}{c} x=v_0t{cos 2\alpha +g\frac{t^2}{2}{sin \alpha \ }\ } \\ y=v_0t{sin 2\alpha \ }-\frac{gt^2}{2}{cos \alpha \ } \end{array} \right.$$ \
Подставив полученное значение $t_В$, найдём $S$:
Рассмотрим в качестве примера применения выведенных формул движение тела, брошенного под углом к горизонту в отсутствии сопротивления воздуха. Скажем, на горе, на высоте над уровнем моря стоит пушка, охраняющая прибрежные воды. Пусть снаряд выпускается под углом к горизонту с начальной скоростью из точки , положение которой определяется радиус-вектором (рис. 2.16).
Рис. 2.16. Движение тела, брошенного под углом к горизонту
Дополнение.
Вывод уравнений движения материальной точки в поле силы тяжести
Напишем уравнение движения (уравнение второго закона Ньютона):
это означает, что тела - материальные точки - любых масс при одних и тех же начальных условиях будут двигаться в однородном поле тяжести одинаково. Спроектируем уравнение (2.7.2) на оси декартовой системы координат. Горизонтальная ось ОХ показана на рис. 13 пунктиром, ось OY проведем через точку О вертикально вверх, а горизонтальную ось OZ , также проходящую через точку О , направим перпендикулярно вектору на нас. Получаем:
|
Вертикальным направлением, по определению, называется направление вектора , поэтому его проекции на горизонтальные оси OX и OY равны нулю. Во втором уравнении учтено, что вектор направлен вниз, а ось OY - вверх.
.png)
Рис. 2.17. Движение тела, брошенного под углом к горизонту.
Добавим к уравнениям движения начальные условия, которые определяют положение и скорость тела в начальный момент времени t 0 , пусть t 0 = 0 . Тогда, согласно рис. 2.7.4
Если производная некоторой функции равна нулю, то функция постоянна, соответственно из первого и третьего уравнений (2.7.3) получаем:
Во втором уравнении (2.7.3) производная равна константе, откуда следует, что функция зависит от своего аргумента линейно, то есть
Объединяя (2.7.7) и (2.7.9), получаем окончательные выражения для зависимостей проекций скорости на оси координат от времени:
Третье уравнение (2.7.11) показывает, что траектория тела плоская, целиком лежит в плоскости XOY , это вертикальная плоскость, определяемая векторами и . Очевидно, что последнее утверждение общее: как бы ни были выбраны направления осей координат, траектория тела брошенного под углом к горизонту плоская, она всегда лежит в плоскости, определяемой вектором начальной скорости и вектором ускорения свободного падения .
Если три уравнения (2.7.10) умножить на орты осей , , и и сложить, а потом то же самое проделать с тремя уравнениями (2.7.11), то мы получим зависимости от времени вектора скорости частицы и её радиус вектора. С учетом начальных условий имеем:
|
|
Формулы (2.7.12) и (2.7.13) можно было получить сразу, непосредственно из (2.7.2), если учесть, что ускорение свободного падения есть постоянный вектор. Если ускорение - производная от вектора скорости - постоянно, то вектор скорости зависит от времени линейно, а радиус-вектор, производная по времени от которого и есть линейно зависящий от времени вектор скорости, зависит от времени квадратично. Это и записано в соотношениях (2.7.12) и (2.7.13) с константами - постоянными векторами - подобранными соответственно начальным условиям в форме (2.7.4).
Из (2.7.13) в частности видно, что радиус-вектор является суммой трех векторов, складывающихся по обычным правилам, что наглядно показано на рис. 2.18.
Рис. 2.18. Представление радиус-вектора r(t) в произвольный момент времени t в виде суммы трех векторов
Эти векторы представляют собой:
Здесь отчетливо проявляется принцип независимости движений, известный в других областях физики как принцип суперпозиции (наложения). Вообще говоря, согласно принципу суперпозиции результирующий эффект нескольких воздействий представляет собой сумму эффектов от каждого воздействия в отдельности. Он является следствием линейности уравнений движения.
Видео 2.3. Независимость горизонтального и вертикального перемещений при движении в поле тяжести.
Поместим начало отсчета в точку бросания. Теперь =0 , оси, как и ранее, развернем так, чтобы ось 0x была горизонтальной, ось 0у - вертикальной, а начальная скорость лежала в плоскости х0у (рис. 2.19).
Рис. 2.19. Проекции начальной скорости на координатные оси
Спроецируем на оси координат (см.(2.7.11)):
Траектория полета . Если из системы полученных уравнений исключить время t , то получим уравнение траектории:
|
Это уравнение параболы, ветви которой направлены вниз.
Дальность полета при стрельбе с высоты h . В момент падения тела (снаряд попадает в цель, находящуюся на поверхности моря). Расстояние по горизонтали от пушки до цели равно при этом . Подставляя ; в уравнение траектории, получаем квадратное уравнение для дальности полета :
У квадратного уравнения имеется два решения (в данном случае - положительное и отрицательное). Нам нужно положительное решение. Стандартное выражение для корня квадратного уравнения нашей задачи может быть приведено к виду:
достигается при , если h = 0 .
Максимальная дальность полета . При выстреле с горы высотой это уже не так. Найдем угол , при котором достигается максимальная дальность полета. Зависимость дальности полета от угла достаточно сложна, и вместо дифференцирования для нахождения максимума мы поступим следующим образом. Представим себе, что мы увеличиваем начальный угол . Сначала дальность полета растет (см. формулу (2.7.15)), достигает максимального значения и снова начинает падать (до нуля при выстреле вертикально вверх). Таким образом, для каждой дальности полета, кроме максимальной, соответсвует два направления начальной скорости.
Обратимся снова к квадратному уравнению относительности дальности полета и рассмотрим его как уравнение для угла . Учитывая, что
перепишем его в виде:
Мы снова получили квадратное уравнение, на этот раз - для неизвестной величины . Уравнение имеет два корня, что соответствует двум углам, при которых дальность полета равна . Но когда , оба корня должны совпасть. Это означает, что равен нулю дискриминант квадратного уравнения:
откуда следует результат
При этот результат воспроизводит формулу (2.7.16)
Обычно высота много меньше дальности полета на равнине. При квадратный корень может быть аппроксимирован первыми членами разложения в ряд Тейлора и мы получаем приближенное выражение
то есть дальность выстрела увеличивается примерно на высоту подъема пушки.
Когда l = l max , и a = a max , как уже отмечалось, дискриминант квадратного уравнения равен нулю, соответственно, его решение имеет вид:
Поскольку тангенс меньше единицы, угол, при котором достигается максимальная дальность полета, меньше .
Максимальная высота подъёма над начальной точкой. Эта величина может быть определена из равенства нулю вертикальной составляющей скорости в верхней точке траектории
При этом горизонтальная составляющая скорости не равна нулю, поэтому
Движение тела, брошенного под углом к горизонту
Рассмотрим движение тела, брошенного со скоростью V 0 , вектор которой направлен под углом α к горизонту, в плоскости XOY, расположив тело в момент бросания в начало координат, как это изображено на рисунке 1.
В отсутствии сил сопротивления, движение тела, брошенного под углом к горизонту, можно рассматривать как частный случай криволинейного движения под действием силы тяжести. Применяя 2 - ой закон Ньютона
∑ F i |
||||||||||
получаем |
||||||||||
mg = ma , |
||||||||||
a = g |
||||||||||
Проекции вектора ускорения a на оси ОХ и ОУ равны: |
||||||||||
= −g |
||||||||||
где g = const - это |
ускорение свободного падения, |
которого всегда |
||||||||
направлен вертикально вниз, |
численное значение g = 9,8м/с2 ; |
= −g |
т.к. ось ОУ на |
|||||||
рисунке 1 направлена вверх, в случае, когда ось OY направлена вниз, то проекция вектора
2 a на ось ОУ будет положительна (читая условия задач, выбирайте сами направление осей, если это не прописано в условии).
Значения проекций вектора ускорения a на оси ОХ и ОУ дают основание сделать
следующий вывод:
∙ тело, брошенное под углом к горизонту, одновременно участвует в двух движениях - равномерном по горизонтали и равнопеременном по
вертикали. |
||||||
Скорость тела в таком случае |
||||||
V = Vx + Vy |
||||||
Скорость тела в начальный момент времени (в момент бросания тела) |
||||||
V 0 = V 0 x |
V 0 y . |
|||||
Проекции вектора начальной скорости на оси ОХ и ОУ равны |
||||||
V cosα |
||||||
V 0 y |
V 0 sin α |
|||||
Для равнопеременного движения зависимости скорости и перемещения от времени задаются уравнениями:
V 0 + at |
||||||||||||
S 0 + V 0 t + |
||||||||||||
и S 0 - это скорость и перемещение тела в начальный момент времени, |
||||||||||||
и S t - это скорость и перемещение тела в момент времени t. |
||||||||||||
Проекции векторного уравнения (8) на оси ОХ и ОУ равны |
||||||||||||
V 0 x |
Ax t , |
|||||||||||
V ty = V 0 y + a y t |
||||||||||||
Const |
||||||||||||||||
V 0 y - gt |
||||||||||||||||
Проекции векторного уравнения (9) на оси ОХ и ОУ равны |
||||||||||||||||
S ox + V ox t + |
||||||||||||||||
a y t 2 |
||||||||||||||||
S 0 y |
V oy t + |
|||||||||||||||
с учетом равенств (4), получаем |
||||||||||||||||
S 0 y |
V oy t - |
gt 2 |
||||||||||||||
где Sox и Soy - |
координаты тела |
в начальный момент времени, |
а Stx и Sty - |
|||||||||||||
координаты тела в момент времени t.
За время своего движения t (от момента бросания до момента падения на тот же
уровень) тело поднимается на максимальную высоту hmax , спускается с неё и отлетает от места бросания на расстояние L (дальность полета) - см. рисунок 1.
1) Время движения тела t можно найти, учитывая значения координат тела Sy в
Soy = 0, Sty = 0, |
подставив значения Voy и (14) во второе уравнение системы (13), получаем
2) Дальность полета L можно найти, учитывая значения координат тела Sх в
начальный момент времени и в момент времени t (см. рис.1)
Soх = 0, Stх = L, |
подставив значения Vox и (17) в первое уравнение системы (13), получаем
L = V 0 cosα × t , |
|||||||||||
откуда, с учетом (16), получаем |
|||||||||||
L = V cosα × |
2V sin α |
||||||||||
3) Максимальную высоту подъёма тела h max можно найти, учитывая значение
скорости тела V в точке максимального подъёма тела
V 0 x |
Т.к. в этой точке V y |
|||||||||||||||
Используя вторые уравнения систем (11) и (13) , |
значение Voу , а также тот факт, |
|||||||||||||||
что в точке максимального подъёма тела Sy = hmax , получаем |
||||||||||||||||
0 = V 0 sin α - g × t под |
||||||||||||||||
gt под2 |
||||||||||||||||
V 0 sin α × t - |
||||||||||||||||
h max |
||||||||||||||||
где tпод - время подъёма - время движения на высоту максимального подъёма тела. |
||||||||||||||||
Решая эту систему, получаем |
||||||||||||||||
t под = |
V 0 sin α |
|||||||||||||||
sin 2 α |
||||||||||||||||
Сравнение значений (16) и (22), даёт основание сделать вывод
· время движения на высоту максимального подъёма тела (t под ) равно времени спуска тела (tсп ) с этой высоты и равно половине времени всего движения тела от момента бросания до момента падения на тот же уровень
t под |
T сп |
|||||
Изучать движение тела, брошенного со скоростью V 0 , вектор которой направлен под углом α к горизонту, в плоскости XOY, очень наглядно на компьютерной модели
"Свободное падение тел" в сборнике компьютерных моделей "Открытая физика"
компании ФИЗИКОН. В этой модели можно задавать разные начальные условия.
Например, рассмотренный нами случай нужно задавать (команда "Очистить") при начальном условии h = 0 и выбранных V0 и α. Команда "Старт" продемонстрирует движение тела и даст картинку траектории движения и направление векторов скорости тела в фиксированные моменты времени.
Рис.2. Диалоговое окно компьютерной модели "Свободное падение тел" в разделе
"Механика"; тело движется из точки начала координат и падает на том же уровне .
Если условие задачи отличается от рассмотренного нами случая, то необходимо
для решения задачи, выбрав направление осей, разместить тело в начальный момент
времени, изобразить траекторию движения тела до точки падения, таким образом
определив координаты тела в начальный и конечный моменты времени. Затем
использовать уравнения (3), (5), (8) и (9) как основу для решения и рассмотренный выше
алгоритм решения задачи.
Рассмотрим частные случаи.
6 1. Тело бросили со скоростью V 0 , вектор которой направлен под углом α к
горизонту, с высоты h и оно упало на расстоянии L от места бросания. y в начальный
Soy = h, |
а значения остальных координат будут выбраны так же, как мы выбирали.
Рис.3. Диалоговое окно компьютерной модели "Свободное падение тел" в разделе
"Механика"; тело движется из точки h = 50м и падает на нулевой уровень .
2. Тело бросили горизонтально со скоростью V 0 , с высоты h и оно упало на расстоянии L от места бросания. Отличие от рассмотренного нами случая заключается в том, значения координат тела S y в начальный момент определится так же уравнением (25),
а значения остальных координат будут выбраны так же, как мы выбирали. Но в этом случае начальная скорость тела в проекции на ось ОУ равна нулю (так как α = 0), т.е.
проекции вектора начальной скорости на оси ОХ и ОУ равны
V 0 y |
||||
Рис.4. Диалоговое окно компьютерной модели "Свободное падение тел" в разделе
"Механика"; тело, брошенное горизонтально, движется из точки h = 50м и падает на нулевой уровень .
Движение тела, брошенного под углом к горизонту
Основные формулы криволинейного движения
1 . Скорость движения материальной точки
\(\vec V=\frac{d\vec r}{dt}\) ,
где \(\vec r\) - радиус-вектор точки.
2 . Ускорение материальной точки
\(\vec a=\frac{d\vec V}{dt}=\frac{d^2\vec r}{dt^2}\) ,
\(a=\sqrt{a^2_{\tau}+a^2_n}\) ,
где \(a_{\tau}\) - тангенциальное ускорение, \(a_n\) - нормальное ускорение.
3 . Тангенциальное ускорение
\(a_{\tau}=\frac{dV}{dt}=\frac{d^2s}{dt^2}\)
4 . Нормальное ускорение
\(a_n=\frac{V^2}{R}\) ,
где \(R\) - радиус кривизны траектории.
5 . для равнопеременного движения
\(S=V_0t+\frac{at^2}{2}\)
\(V=V_0+at\)
Выразив из второго равенства \(t\) и подставив в первое, получим полезную формулу
\(2aS=V^2-V_0^2\)
Примеры решения задач
В задачах о движении тела в поле силы тяжести будем полагать \(a=g=9.8\) м/с 2 .
Задача 1.
Снаряд вылетает из орудия с начальной скоростью 490 м/с под углом 30 0 к горизонту. Найти высоту, дальность и время полета снаряда, не учитывая его вращение и сопротивление воздуха.
Решение задачи
Найти: \(h, S, t\)
\(V_0=490\) м/с
\(\alpha=30^0\)
Свяжем ИСО с орудием.
Составляющие скорости по осям Ox и Oy в начальный момент времени равны:
\(V_{0x}=V_0\cos\alpha\) - остается неизменной во все время полета снаряда,
\(V_{0y}=V_0\sin\alpha\) - меняется согласно уравнению равнопеременного движения
\(V_y=V_0\sin\alpha-gt\) .
В наивысшей точке подъема \(V_y=V_0\sin\alpha-gt_1=0\) , откуда
\(t_1=\frac{V_0\sin\alpha}{g}\)
Полное время полета снаряда
\(t=2t_1=\frac{2V_0\sin\alpha}{g}=50\) c.
Высоту подъема снаряда определим из формулы пути равно замедленного движения
\(h=V_{0y}t_1-\frac{gt_1^2}{2}=\frac{V_0^2\sin^2\alpha}{2g}=3060\) м.
Дальность полета определим как
\(S=V_{0x}t=\frac{V_0^2\sin{2\alpha}}{g}=21000\) м.
Задача 2 .
Из точки А свободно падает тело. Одновременно из точки В под углом \(\alpha\) к горизонту бросают другое тело так, чтобы оба тела столкнулись в воздухе. Показать, что угол \(\alpha\) не зависит от начальной скорости \(V_0\) тела, брошенного из точки В, и определить этот угол, если \(\frac{H}{S}=\sqrt3\) . Сопротивлением воздуха пренебречь.
Решение задачи.
Найти: \(\alpha\)
Дано: \(\frac{H}{S}=\sqrt3\)
Свяжем ИСО с точкой В.
Оба тела могут встретиться на линии ОА (см. рис.) в точке С. Разложим скорость \(V_0\) тела, брошенного из точки В, на горизонтальную и вертикальную составляющие:
\(V_{0x}=V_0\cos\alpha\) ; \(V_{0y}=V_0\sin\alpha\) .
Пусть от начала движения до момента встречи пройдет время
\(t=\frac{S}{V_{0x}}=\frac{S}{V_0\cos\alpha}\) .
За это время тело из точки А опуститься на величину
\(H-h=\frac{gt^2}{2}\) ,
а тело из точки В поднимется на высоту
\(h=V_{0y}t-\frac{gt^2}{2}=V_0\sin\alpha{t}-\frac{gt^2}{2}\) .
Решая последние два уравнения совместно, находим
\(H=V_0\sin\alpha{t}\) .
Подставляя сюда ранее найденное время, получим
\(\tan\alpha=\frac{H}{S}=\sqrt3\) ,
т.е. угол бросания не зависит от начальной скорости.
\(\alpha=60^0\)
Задача 3.
С башни брошено тело в горизонтальном направлении со скоростью 40 м/с. Какова скорость тела через 3 с после начала движения? Какой угол образует с плоскостью горизонта вектор скорости тела в этот момент?
Решение задачи.
Найти: \(\alpha\)
Дано: \(V_0=40\) м/с. \(t=3\) c.
Свяжем ИСО с башней.
Тело одновременно участвует в двух движениях: равномерно в горизонтальном направлении со скоростью \(V_0\) и в свободном падении со скоростью \(V_y=gt\) . Тогда полная скорость тела есть
\(V=\sqrt{V_0^2+g^2t^2}=50 м/с.\)
Направление вектора скорости определяется углом \(\alpha\) . Из рисунка видим, что
\(\cos\alpha=\frac{V_0}{V}=\frac{V_0}{\sqrt{V_0^2+g^2t^2}}=0.8\)
\(\alpha=37^0\)
Задача 4.
Два тела брошены вертикально вверх из одной точки одно вслед за другим с интервалом времени, равным \(\Delta{t}\) , с одинаковыми скоростями \(V_0\) . Через какое время \(t\) после бросания первого тела они встретятся?
Решение задачи.
Найти: \(t\)
Дано: \(V_0\) , \(\Delta{t}\)
Из анализа условия задачи, ясно, что первое тело поднимется на максимальную высоту и на спуске встретится со вторым телом. Запишем законы движения тел:
\(h_1=V_0t-\frac{gt^2}{2}\)
\(h_2=V_0(t-\Delta{t})-\frac{g(t-\Delta{t})^2}{2}\) .
В момент встречи \(h_1=h_2\) , откуда сразу получаем
\(t=\frac{V_0}{g}+\frac{\Delta{t}}{2}\)
Если тело бросить под углом к горизонту, то в полете на него действуют сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Если силой сопротивления пренебречь, то остается единственная сила -- сила тяжести. Поэтому вследствие 2-го закона Ньютона тело движется с ускорением, равным ускорению свободного падения; проекции ускорения на координатные оси ах = 0, ау = - g.
Рисунок 1. Кинематические характеристики тела, брошенного под углом к горизонту
Любое сложное движение материальной точки можно представить как наложение независимых движений вдоль координатных осей, причем в направлении разных осей вид движения может отличаться. В нашем случае движение летящего тела можно представить как наложение двух независимых движений: равномерного движения вдоль горизонтальной оси (оси Х) и равноускоренного движения вдоль вертикальной оси (оси Y) (рис. 1).
Проекции скорости тела, следовательно, изменяются со временем следующим образом:
где $v_0$ - начальная скорость, ${\mathbf \alpha }$ - угол бросания.
При нашем выборе начала координат начальные координаты (рис. 1) $x_0=y_0=0$. Тогда получим:
(1)
Проанализируем формулы (1). Определим время движения брошенного тела. Для этого положим координату y равной нулю, т.к. в момент приземления высота тела равна нулю. Отсюда получаем для времени полета:
Второе значение времени, при котором высота равна нулю, равно нулю, что соответствует моменту бросания, т.е. это значение также имеет физический смысл.
Дальность полета получим из первой формулы (1). Дальность полета - это значение координаты х в конце полета, т.е. в момент времени, равный $t_0$. Подставляя значение (2) в первую формулу (1), получаем:
Из этой формулы видно, что наибольшая дальность полета достигается при значении угла бросания, равном 45 градусов.
Наибольшую высоту подъема брошенного тела можно получить из второй формулы (1). Для этого нужно подставить в эту формулу значение времени, равное половине времени полета (2), т.к. именно в средней точке траектории высота полета максимальна. Проводя вычисления, получаем
Из уравнений (1) можно получить уравнение траектории тела, т.е. уравнение, связывающее координаты х и у тела во время движения. Для этого нужно из первого уравнения (1) выразить время:
и подставить его во второе уравнение. Тогда получим:
Это уравнение является уравнением траектории движения. Видно, что это уравнение параболы, расположенной ветвями вниз, о чем говорит знак «-» перед квадратичным слагаемым. Следует иметь в виду, что угол бросания $\alpha $ и его функции -- здесь просто константы, т.е. постоянные числа.
Тело брошено со скоростью v0 под углом ${\mathbf \alpha }$ к горизонту. Время полета $t = 2 с$. На какую высоту Hmax поднимется тело?
$$t_В = 2 с$$ $$H_max - ?$$
Закон движения тела имеет вид:
$$\left\{ \begin{array}{c} x=v_{0x}t \\ y=v_{0y}t-\frac{gt^2}{2} \end{array} \right.$$
Вектор начальной скорости образует с осью ОХ угол ${\mathbf \alpha }$. Следовательно,
\ \ \
С вершины горы бросают под углом = 30${}^\circ$ к горизонту камень с начальной скоростью $v_0 = 6 м/с$. Угол наклонной плоскости = 30${}^\circ$. На каком расстоянии от точки бросания упадет камень?
$$ \alpha =30{}^\circ$$ $$v_0=6\ м/с$$ $$S - ?$$
Поместим начало координат в точку бросания, ОХ -- вдоль наклонной плоскости вниз, OY -- перпендикулярно наклонной плоскости вверх. Кинематические характеристики движения:
Закон движения:
$$\left\{ \begin{array}{c} x=v_0t{cos 2\alpha +g\frac{t^2}{2}{sin \alpha \ }\ } \\ y=v_0t{sin 2\alpha \ }-\frac{gt^2}{2}{cos \alpha \ } \end{array} \right.$$ \
Подставив полученное значение $t_В$, найдём $S$:
