Физика 9 класс: кинематика и динамика

Разберись, как описывать движение

Если в задачах по физике путаются скорость, путь и ускорение, разберём их с нуля и свяжем с понятными ситуациями из жизни. После этого раздела ты сможешь описывать движение тела и выбирать нужную формулу без угадывания.

Кинематика изучает движение, но не спрашивает, почему оно происходит. Тело движется, если его положение меняется относительно других тел. Например, автобус едет относительно дороги, но пассажир сидит неподвижно относительно автобуса.

Чтобы описать движение, выбирают тело отсчёта, систему координат и часы. Путь s — длина траектории, которую прошло тело. Перемещение — направленный отрезок от начального положения к конечному. Путь всегда неотрицателен, а перемещение может быть равно нулю, если тело вернулось назад.

Скорость показывает, какой путь тело проходит за единицу времени. Средняя скорость вычисляется так:

\( v = \dfrac{s}{t} \)
s — путь, м; t — время, с; v — скорость, м/с

В задачах важно переводить километры в метры, часы в секунды, а минуты в секунды. Например, 72 км/ч = 20 м/с. Для перевода из км/ч в м/с число делят на 3,6.

Научись решать задачи на равномерное движение

Равномерное движение — это движение с постоянной скоростью. За одинаковые промежутки времени тело проходит одинаковые пути. Так может двигаться поезд на прямом участке или эскалатор, если его скорость не меняется.

Из основной формулы легко получить две другие:

\( s = v \cdot t \)
\( t = \dfrac{s}{v} \)

Точка означает умножение. Если известны скорость и время, находи путь. Если известны путь и время, находи скорость. Перед вычислением проверь единицы измерения: скорость в м/с и время в секундах дадут путь в метрах.

Пример: велосипедист ехал 40 минут со скоростью 6 м/с. Сначала переведём время: 40 мин = 2400 с. Затем найдём путь:

s = v · t = 6 м/с · 2400 с = 14 400 м = 14,4 км

Удобная проверка здравого смысла: при скорости 6 м/с за 1 секунду проходит 6 метров, значит за 2400 секунд результат должен быть большим.

Бесплатно потренироваться с единицами и формулами можно в личном кабинете «Просто Урок»: открыть практику.

Пойми ускорение и движение с изменяющейся скоростью

В реальной жизни скорость часто меняется: автомобиль разгоняется, мяч замедляется после удара, лифт начинает движение. Ускорение показывает, насколько изменилась скорость за единицу времени.

\( a = \dfrac{v - v_0}{t} \)
v₀ — начальная скорость; v — конечная скорость; a — ускорение, м/с²

Если скорость увеличивается, ускорение направлено так же, как скорость. Если тело тормозит, ускорение направлено противоположно скорости. Знак зависит от выбранного направления оси, поэтому отрицательное ускорение не означает «ошибку».

При равноускоренном движении скорость меняется на одинаковую величину за равные промежутки времени:

\( v = v_0 + a \cdot t \)
\( s = v_0 \cdot t + a \cdot \dfrac{t^2}{2} \)

Если тело начинает движение из состояния покоя, v₀ = 0, и формулы упрощаются:

\( v = a \cdot t \)
\( s = a \cdot \dfrac{t^2}{2} \)

Пример: санки стартуют с нулевой скоростью и движутся с ускорением 0,5 м/с² в течение 4 секунд. Конечная скорость равна 2 м/с, а путь — 4 метра. Заметь: время в формуле пути возводится в квадрат.

Свяжи движение с причиной: силы и динамика

Динамика объясняет, почему тело изменяет скорость. Причина изменения движения — действие силы. Сила может разгонять, тормозить, менять направление движения или деформировать тело. Её измеряют в ньютонах, обозначают F.

Главный закон динамики — второй закон Ньютона:

\( F = m \cdot a \)
m — масса тела, кг; a — ускорение, м/с²

Чем больше сила при той же массе, тем больше ускорение. Чем тяжелее тело при той же силе, тем меньше его ускорение. Силы складываются как векторы, поэтому учитывай их направления.

Сила	Когда возникает	Пример
Тяжести	Из-за притяжения Земли	Падение мяча
Упругости	При деформации	Растянутая пружина
Трения	При соприкосновении поверхностей	Торможение велосипеда
Реакции опоры	Со стороны поверхности	Стол поддерживает книгу

Если равнодействующая сил равна нулю, ускорения нет. Тело либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно.

Реши типовую задачу по шагам

Разберём ситуацию, где сила разгоняет тележку. Такой порядок подходит для многих задач: сначала выпиши данные, затем выбери закон, подставь числа и проверь единицы.

Дано:
\( m = 2 \text{кг} \)
\( F = 6 \text{Н} \)
\( v_0 = 0 \)
t = 3 с
Найти: s

Решение:
1. Найдём ускорение по второму закону Ньютона:
\( a = \dfrac{F}{m} = 6 \text{Н} / 2 \text{кг} = 3 \text{\text{м/с}}^2 \)
2. Тележка начинает движение из покоя, поэтому используем формулу пути:
s = a · t² / 2 = 3 м/с² · 9 с² / 2 = 13,5 м

Ответ: s = 13,5 м.

Почему нельзя сразу умножить силу на время? Произведение F · t связано с изменением импульса, а не с путём. Для пути сначала нужно узнать ускорение, а затем учесть начальную скорость и время.

Если на тело действуют несколько сил, сначала найди равнодействующую. Например, сила тяги 10 Н направлена вперёд, а трение 4 Н — назад. Тогда Fрез = 10 Н − 4 Н = 6 Н. Именно эту силу подставляют в закон Ньютона.

Дополнительные задачи с подсказками удобно решать в бесплатном тренажёре личного кабинета: перейти к упражнениям.

Что запомнить и что уметь к концу темы

Кинематика описывает движение, а динамика объясняет его причины. Путь связан со скоростью и временем: s = v · t. Ускорение показывает изменение скорости: a = (v − v₀) / t. Если движение равноускоренное, используй v = v₀ + a · t и s = v₀ · t + a · t² / 2.

В динамике начинай с сил. Найди их направления, определи равнодействующую и примени F = m · a. Помни единицы: путь — метры, время — секунды, масса — килограммы, сила — ньютоны.

К концу темы нужно уметь отличать путь от перемещения, переводить единицы, решать задачи на равномерное и равноускоренное движение, строить простую схему сил и объяснять результат словами.

Следующий шаг — зарегистрируйся в бесплатном личном кабинете «Просто Урок» и реши 5 заданий по теме: начать практику. После каждого ответа сверяй не только число, но и единицы измерения.