Рівномірний прямолінійний рух: рівняння і графіки
~20 хв · 8 розділів · 9 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + фізика.
Записуєш рівняння координати x = x₀ + vₓt для рівномірного прямолінійного руху, читаєш графіки x(t) і vₓ(t) та знаходиш за ними час і місце зустрічі двох тіл.
Рівномірний прямолінійний рух — це найпростіший вид механічного руху, за якого тіло за будь-які рівні проміжки часу здійснює однакові переміщення. Іншими словами, швидкість тіла лишається сталою як за модулем, так і за напрямом. Такий рух описується векторним рівнянням , де — переміщення, здійснене за час .
Для опису руху вздовж прямої обирають одну координатну вісь, наприклад . Тоді проєкція швидкості — це число зі знаком:
, якщо тіло рухається в додатному напрямку осі ;
, якщо тіло рухається проти осі .
Модуль швидкості (тобто її абсолютне значення) дорівнює . Саме модуль визначає, як швидко тіло долає відстань, а знак — у який бік воно рухається.
Рівняння координати
Координата тіла в будь-який момент часу визначається за формулою:
де — початкова координата (у момент ), — проєкція швидкості. Це рівняння називають рівнянням руху або рівнянням координати. З нього можна знайти положення тіла в будь-який момент, а також визначити, коли тіло опиниться в заданій точці.
Проєкція переміщення за час дорівнює , а шлях (довжина траєкторії) обчислюється як .
Як «читати» рівняння руху
Розгляньмо рівняння (усі величини в одиницях СІ: метри й секунди). Порівняймо із загальним виглядом :
м — початкова координата;
м/с — проєкція швидкості від'ємна, отже, тіло рухається проти осі ;
модуль швидкості м/с.
Це означає, що тіло почало рух з точки 20 м і щосекунди зміщується на 4 м у бік зменшення координати. У момент с маємо — тіло проходить через початок координат.
Перетворення одиниць швидкості
Основна одиниця швидкості в СІ — метр за секунду (м/с). На практиці швидкість часто подають у км/год. Запам'ятай просте співвідношення:
Зручніше запам'ятати навпаки: 1 м/с = 3,6 км/год. Тоді, щоб перевести км/год у м/с, треба поділити на 3,6:
72 км/год м/с;
36 км/год м/с;
54 км/год м/с.
У задачах НМТ завжди звертай увагу на одиниці: якщо швидкість дано в км/год, а час у секундах, спочатку переведи швидкість у м/с.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Графіки дають змогу побачити рух тіла «на око» й визначити його параметри без обчислень за формулами. Для рівномірного прямолінійного руху існує два основні графіки: залежність координати від часу і залежність проєкції швидкості від часу .
Графік координати x(t)
Оскільки , графік — це пряма лінія. Її вигляд дає всю інформацію про рух:
Перетин прямої з віссю (вертикальною) дає початкову координату .
Нахил прямої дорівнює проєкції швидкості: . Що крутіша пряма, то більший модуль швидкості.
Пряма зростає (йде вгору) — , тіло рухається в додатному напрямку осі.
Пряма спадає (йде вниз) — , тіло рухається проти осі.
Горизонтальна пряма — , тіло стоїть на місці.
Два паралельні графіки означають, що тіла мають однакову швидкість (однаковий нахил), але різні початкові координати.
Графік проєкції швидкості vₓ(t)
Для рівномірного руху не змінюється з часом, тому графік — горизонтальна пряма, паралельна осі часу:
Якщо , пряма лежить над віссю .
Якщо , пряма лежить під віссю .
Якщо , пряма збігається з віссю .
Площа прямокутника під графіком (між графіком і віссю часу) дорівнює проєкції переміщення за цей проміжок часу: . Якщо графік лежить під віссю, площу беруть зі знаком «мінус» — переміщення від'ємне.
Графік шляху l(t)
Важливо не плутати графік координати із графіком шляху . Шлях — це довжина траєкторії, він завжди додатний і не може зменшуватися. Тому графік ніколи не спадає: він або зростає (тіло рухається), або горизонтальний (тіло стоїть). Натомість графік може спадати, якщо тіло рухається проти осі, і навіть перетинати вісь часу, стаючи від'ємним.
Перехід між графіками
На НМТ можуть попросити за графіком визначити і вибрати відповідний графік , або навпаки. Ось як це робити:
Від до : обчисли нахил кожної прямолінійної ділянки . Якщо графік складається з кількох ділянок, для кожної — своя .
Від до : знайди з умови, потім проведи пряму з нахилом . Якщо змінюється, кожна ділянка матиме свій нахил.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Типове завдання кінематики — визначити, коли й де зустрінуться два тіла, що рухаються прямолінійно й рівномірно.
Умова зустрічі
Якщо два тіла рухаються вздовж однієї осі , то в момент зустрічі їхні координати збігаються. Отже, умова зустрічі:
Підставляємо рівняння руху обох тіл, розв'язуємо отримане рівняння відносно — знаходимо час зустрічі. Потім підставляємо цей час у будь-яке з рівнянь і знаходимо координату зустрічі.
Приклад розрахунку
Нехай два тіла рухаються назустріч одне одному вздовж осі . Їхні рівняння руху (в метрах і секундах):
Перше тіло стартує з початку координат () і рухається в додатному напрямку зі швидкістю 10 м/с. Друге тіло стартує з точки 300 м і рухається проти осі зі швидкістю 20 м/с (проєкція м/с).
Прирівнюємо координати:
Підставляємо с у перше рівняння: м. Отже, тіла зустрінуться через 10 с на відстані 100 м від початку координат.
Зустріч на графіках x(t)
На графіку зустріч двох тіл — це точка перетину двох прямих. Абсциса цієї точки дає час зустрічі, а ордината — координату зустрічі. Якщо прямі паралельні (однаковий нахил), тіла ніколи не зустрінуться — вони рухаються з однаковою швидкістю, і відстань між ними не змінюється.
Відстань між тілами в довільний момент дорівнює .
Пізніший старт другого тіла
Якщо друге тіло вирушає на пізніше за перше, його рівняння руху набуває вигляду:
Час в обох рівняннях відлічують від одного й того самого моменту (наприклад, від моменту старту першого тіла). Для друге тіло ще не почало руху, тому його координата дорівнює .
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Приклад 1. Читання рівняння руху
Рух тіла описує рівняння (м). Яке з тверджень правильне?
А) Тіло рухається в додатному напрямку осі зі швидкістю 3 м/с.
Б) Тіло рухається проти осі зі швидкістю 3 м/с, початкова координата 12 м.
В) Тіло рухається проти осі зі швидкістю 12 м/с.
Г) Тіло рухається рівноприскорено з прискоренням −3 м/с².
Розв'язання. Порівнюємо із загальним виглядом . Маємо м, м/с. Від'ємна проєкція означає рух проти осі . Модуль швидкості м/с. Отже, правильна відповідь — Б.
Чому інші варіанти неправильні? А — ігнорує знак «мінус» перед . В — плутає початкову координату (12 м) зі швидкістю. Г — помилково вважає рух рівноприскореним, хоча рівняння має вигляд , а не .
Приклад 2. Зустріч за рівняннями
Велосипедист і пішохід рухаються назустріч один одному вздовж прямої дороги. Їхні рівняння руху: , (м, с). Знайди час зустрічі в секундах.
Розв'язання. Умова зустрічі: . Отже:
Відповідь: 90 с. Координата зустрічі: м.
Перевірка за другим рівнянням: м — збігається.
Приклад 3. Проєкція швидкості за графіком x(t)
Графік рівномірно спадає від 30 м до 0 за 6 с. Чому дорівнює проєкція швидкості ?
А) 5 м/с
Б) −5 м/с
В) −0,2 м/с
Г) 30 м/с
Розв'язання. Нахил графіка дорівнює . Зміна координати м, час с. Отже:
Правильна відповідь — Б.
Чому інші варіанти неправильні? А — забуто знак «мінус» (графік спадає, отже ). В — обчислено замість (переплутано приріст часу з приростом координати). Г — взято початкову координату 30 м замість нахилу.
Приклад 4. Зустріч за графіками x(t)
Графіки двох тіл — прямі. Перше тіло рушає з зі швидкістю 4 м/с, друге — з м зі швидкістю 1 м/с у тому самому напрямку. Знайди координату зустрічі в метрах.
Розв'язання. Записуємо рівняння руху:
Прирівнюємо: , звідки , с.
Координата зустрічі: м (або м).
Відповідь: 80 м.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розгляньмо найпоширеніші помилки, яких припускаються учні під час розв'язування задач на рівномірний прямолінійний рух.
Ігнорувати знак проєкції швидкості. Коли тіло рухається проти осі , проєкція від'ємна. Помилково записують замість (або з від'ємним ). Завжди звертай увагу на напрям руху відносно обраної осі.
Плутати координату зі шляхом. Координата може зменшуватися й бути від'ємною, якщо тіло рухається проти осі або перетнуло початок відліку. Шлях — це завжди додатна величина, яка не спадає. Графік може йти вниз, графік — ні.
Брати за швидкість значення у точці графіка . Швидкість — це нахил прямої , а не координата в окремій точці. Якщо графік проходить через точку , це не означає, що швидкість дорівнює 10 м/с або 5 м/с.
Підставляти швидкість у км/год, а час — у секундах. Усі величини в рівнянні мають бути в узгоджених одиницях СІ: метри й секунди. Якщо швидкість дано в км/год, спочатку переведи її в м/с (поділи на 3,6).
Шукати момент зустрічі за графіками . Зустріч двох тіл показує лише перетин графіків . Графіки для рівномірного руху — горизонтальні прямі; їхній перетин нічого не означає. Якщо , тіла рухаються з однаковою швидкістю, але можуть ніколи не зустрітися.
Не врахувати пізніший старт другого тіла. Якщо друге тіло вирушає на пізніше, його рівняння має вигляд для . Час в обох рівняннях відлічують від одного моменту. Не можна просто записати — це означало б, що обидва тіла стартували одночасно.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Формули координати й переміщення рівномірного прямолінійного руху є в довідкових матеріалах, які надають на НМТ-2026. Однак знак проєкції швидкості визначаєш ти сам, аналізуючи напрям руху тіла відносно обраної осі.
Програма НМТ з фізики (тема 1.1 «Основи кінематики») вимагає вміти аналізувати графіки руху, визначати за ними параметри руху (початкову координату, швидкість, напрям) і будувати графік однієї величини за графіком іншої (наприклад, за побудувати ).
Формати завдань
Тип завдання | Номери в тесті | Бали | Що перевіряють |
|---|---|---|---|
Вибір однієї відповіді (single-choice) | № 1–14 | 1 бал | Читання графіків і , визначення параметрів руху за рівнянням |
Коротка відповідь (numeric) | № 17–22 | 0 або 2 бали | Обчислення часу й координати зустрічі, переміщення за графіком |
Стратегія розв'язування
Для задач на зустріч двох тіл дотримуйся такого алгоритму:
Визнач систему відліку: обери вісь , її додатний напрям і початок відліку (точку ).
Запиши рівняння руху для кожного тіла у вигляді , узгодивши знак з напрямом руху.
Якщо тіла стартують не одночасно, скористайся формулою для тіла, що вирушило пізніше.
Прирівняй координати: .
Розв'яжи отримане рівняння — знайдеш час зустрічі.
Підстав знайдений час у будь-яке з рівнянь — отримаєш координату зустрічі.
Важливо: час в обох рівняннях має відлічуватися від одного й того самого моменту. Найчастіше зручно взяти як момент старту першого тіла.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Чому проєкція швидкості може бути від'ємною?
Проєкція швидкості — це скалярна величина, яка дорівнює добутку модуля швидкості на косинус кута між напрямом швидкості й додатним напрямом осі. Якщо тіло рухається проти осі , кут між вектором і віссю становить 180°, а . Тому . Від'ємний знак просто показує, що напрям руху протилежний до обраного додатного напряму осі.
Як за графіком x(t) зрозуміти, яке з двох тіл рухається швидше?
Швидкість визначається нахилом прямої . Що крутіша пряма (тобто більший кут між нею й віссю часу), то більший модуль швидкості. Отже, на одному рисунку швидше те тіло, чий графік має більший нахил. Якщо обидва графіки — прямі з однаковим нахилом (паралельні), то швидкості тіл рівні за модулем.
Що означає горизонтальна ділянка графіка x(t)?
Горизонтальна ділянка графіка означає, що координата тіла не змінюється з часом. Це можливо лише тоді, коли тіло не рухається, тобто стоїть на місці. У цей проміжок часу , швидкість дорівнює нулю, переміщення не відбувається.
Що робити, якщо друге тіло вирушило пізніше за перше?
У такому разі для другого тіла використовують рівняння , де — затримка в секундах. Час в обох рівняннях відлічують від одного моменту (найчастіше — від моменту старту першого тіла). Для друге тіло ще не почало руху, тому його координата дорівнює . Під час прирівнювання координат слід узяти .
Чим графік координати відрізняється від графіка шляху?
Графік координати може зростати, спадати й перетинати вісь часу — координата буває додатною, від'ємною або нульовою. Графік шляху ніколи не спадає, бо шлях — це довжина траєкторії, яка завжди додатна або нульова й може лише збільшуватися. Якщо тіло рухається в додатному напрямку осі без повернення і , графіки і збігаються. Але якщо тіло змінює напрям, може спадати, а — ні.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Рівномірний прямолінійний рух: , рівняння координати .
Знак показує напрям руху відносно осі: — за віссю, — проти осі.
Графік — пряма, її нахил дорівнює ; графік — горизонтальна пряма.
Площа прямокутника під графіком дорівнює проєкції переміщення .
Умова зустрічі двох тіл: ; на графіку — точка перетину прямих.
Якщо друге тіло стартує на пізніше, його рівняння: для .
Не плутай графік координати (може спадати) із графіком шляху (ніколи не спадає).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Перевірте себе на цьому юніті
Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.
1. Графік $x(t)$ для рівномірного руху — пряма, що рівномірно спадає від $40$ м до $0$ м за $8$ с. Чому дорівнює проєкція швидкості $v_x$ тіла?
2. Тіло рухається рівномірно прямолінійно. Його координата змінюється за законом $x = -18 + 6t$ (м). Який модуль швидкості тіла?
3. За графіком $x(t)$ визначено, що координата тіла змінюється так: $x = 0$ при $t = 0$; $x = 20$ м при $t = 5$ с; $x = 40$ м при $t = 10$ с. Який графік $v_x(t)$ відповідає такому рухові? (Рух рівномірний прямолінійний.)
4. Два тіла рухаються вздовж осі $Ox$. Їхні рівняння руху: $x_1 = 15t$, $x_2 = 240 - 25t$ (координата в метрах, час у секундах). Який час зустрічі тіл?
5. Тіло починає рух з точки з координатою $8$ м і рухається в напрямку, протилежному осі $Ox$, зі швидкістю $5$ м/с. Яке рівняння описує рух цього тіла? (Координату вимірюють у метрах, час — у секундах.)
Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 9 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.
Приєднатися, щоб пройти тест