13
Жылдамдық орын ауыстырудың осы орын ауыстыру болып өткен уақытқа
қатынасымен анықталады. Сонымен қатар кейде жылдамдықтың модулін ғана
пайдаланатынымызды да айта кету керек. Мысалы, автомобильдің спидометрі
жылдамдықтың модулін көрсетеді. Екі ұғым тағайындалады: айнымалы
қозғалыс кезіндегі
орташа жылдамдық және
лездік жылдамдық, яғни әрбір
уақыт мезетіндегі жылдамдық.
орташа жылдамдық. Мысал қарастырайық. Автомобиль түзусызықты
қозғала отырып, 4 сағ ішінде 320 км жол жүрді. Бұл орташа есеппен сағатына
80 км жүріп өтті дегенді білдіреді. Оның қандай да бір уақыт қозғалмай
тұрғаны, қайсыбір уақытта үдете қозғалғаны, ал уақытының бір бөлігін тоқтар
алдында тежеуге жібергені анық. Орташа жылдамдық жайлы сөз еткенде
біз автомобиль бірқалыпты қозғалды деп санаймыз, ал шын мәніне келсек,
автомобиль 80 км/сағ жылдамдықпен қозғалған жоқ. Орташа жылдамдықты
жеке жол бөліктерін емес, жүріп өткен жолды түгелдей қарастырған кезде
пайдаланамыз. Орташа жылдамдықты білген артық болмаса да, бірқалыпсыз
қозғалысты сипаттау үшін ол аздық етеді. Бірқалыпсыз емес қозғалысты
толық сипаттау үшін
лездік жылдамдық ұғымын енгізу керек.
лездік жылдамдық. Лездік жылдамдық деп орташа жылдамдық ұмтылатын
шек аталатыны белгілі:
v
t
s
t
=
→
lim
∆
∆
∆
0
.
Егер оқушылар лездік жылдамдықты оқу кезеңінде шек ұғымымен таныс
болған болса, оны жылдамдық пен үдеуді анықтауда пайдалануға болады.
Оны енгізуге мынадай мысалды үлгі ретінде қарастырып көрейік:
автомобиль 60 км/сағ жылдамдықпен түзусызықты жүріп келеді. Ол
тасжолға шыққан соң 100 км/сағ жылдамдықпен жүруге рұқсат ететін
белгіні кездестіреді. Жылдамдығын тағы да 40 км/сағ-қа арттыру үшін
жүргізушіге 10 с уақыт қажет болады. Осы 10 с уақыт ішінде автомобильдің
жылдамдығы артып отырады. Демек, әрбір уақыт мезетінде және жолдың
әрбір нүктесінде автомобиль жылдамдығының белгілі мәні болды, міне, осы
мәнді лездік жылдамдық деп алуға болады. Осыдан кейін оқушыларға дененің
осы мезеттегі, яғни лездік жылдамдығын өлшеу үшін техникада арнайы
құралдарды пайдаланатынын айтамыз. Мысалы, автомобильдерде, ұшақтарда
лездік жылдамдықты өлшеу үшін спидометрлер, жылдамдық өлшеуіштер
қолданылады.
Осы сабақта мына мәселені қарастыруды ұсынамыз: адам қаншалықты тез
жүгіре алады? Оқушылардың назарын мынадай сұраққа аударуға болады:
неліктен стайерлердің (үлкен дистанцияларға жүгіретіндердің) орташа
жылдамдығы спринтерлердің (200 м және одан да кіші дистанцияларға
жүгіретіндердің) орташа жылдамдығынан кем болады? Мұғалім мынаны атап:
көрсетеді: спортшы өзінің максимал жылдамдығын ұзақ уақыт бойы сақтай
алмауының
себебін физикадан емес, физиологиядан іздеуі керек.
Денеде оттек қоры бұлшық еттерде сақталады да, одан әрі оны тыныс алу
кезінде алып отырады. Сондықтан спортшы өзінің максимал жылдамдығын
осы оттек қорын толық шығындағанға дейін ғана сақтай алады. Оттек қоры
800 метрдей дистанцияға дейін жетеді. Сондықтан дистанция неғұрлым
ұзын болған сайын жүйрік оттек қорын бүкіл дистанцияға жеткізу үшін
жылдамдығын шектеп отыруы тиіс.
14
Жарыс кезінде спортшы жеңуге тырысады. Егер спортшы рекорд жасағысы
келсе, онда оның оптимал стратегиясы – жарыс соңына дейін оттек қоры
жететіндей етіп өзінің орташа жылдамдығын реттеуі қажет. Міне, осы жерде
оқушылар механикалық қозғалыс заңдарын білудің өмірлік жағдайларға
қажеттілігін түсінеді.
Сабақ соңында оқушыларға өздері шығара алатын күрделі емес есептерді
ұсынуға болады:
1. Спринтер 1,8 с ішінде бірқалыпты үдемелі қозғалып, 10,2 м/с жылдамдық
алады делік. Егер спринтер осы жылдамдығын 200 метрлік дистанцияда
сақтай
алатын болса, онда оның мәредегі көрсететін уақыты қандай?
2. Стайерлік дистанцияға жүгіргенде (мысалы, 1500 м-ге) жүйріктердің
көпшілігі жолдың ортасында екпіндерін бәсеңдетіп, содан соң мәреге қарай
тез жүйткиді. Рекорд жасау үшін осы стратегия дұрыс па? Мұндай стратегия
осы жүгірісте жеңіске жетудің ықтималдығын арттыруға себеп бола ала ма?
3. Сүтқоректілердің ішіндегі ең жылдамы – гепард. Қысқа дистанцияларда
ол жылдамдығын 112 км/сағ дейін арттыра алады. Бұл жылдамдық 15,5 м/с
болатын автомобиль жылдамдығынан неше есе артық?
4. Автомобиль алғашқы 3 км жолды 20 м/с жылдамдықпен, ал келесі
13 км жолды 25 м/с жылдамдықпен жүріп өтті. Жол бойындағы автомобильдің
орташа жылдамдығын табыңдар.
Үдеу.
Үдеу — аса маңызды кинематикалық ұғымдардың бірі. Үдеу
ұғымын бірқалыпсыз қозғалысты қарастырған кезде енгіземіз. Бірқалыпсыз
қозғалыстың жалпы жағдайында үдеуді анықтау оңай емес. Сондықтан жалпы
білім беретін мектептің физика курсында тек қарапайым жағдай — тең
үдемелі қозғалыс қарастырылады.
Егер лездік жылдамдық кез келген бірдей
уақыт мезетінде бірдей шамаға өзгеретін болса, онда қозғалыс теңүдемелі
деп аталады.
Оқушыларға үдеу ұғымының күнделікті өмірдегі мағынасынан оның
физикадағы мағынасының әлдеқайда кең екенін түсіндіру керек. Физикада
үдеу ұғымы тек жылдамдықтың артатынын ғана білдіріп қоймайды, сонымен
қатар жылдамдықтың азаюын да білдіреді, себебі кез келген жылдамдығы
өзгеріп отыратын қозғалыс үдеуімен сипатталады. Мысалы, түзусызықты
үдемелі қозғалыстың кемімелі қозғалыстан айырмашылығы тек үдеудің
таңдап алынған оське проекциясының таңбасында ғана.
Үдеуді білу үшін жылдамдық векторының уақыт бірлігі ішіндегі
өзгерісін анықтау керек:
v
v
t
−
0
. Үдеуді
à әрпімен белгілеп, мына формуланы
жазамыз:
a
v
t
=
∆
∆
=
v
v
t
−
0
. Одан әрі анықтамасын береміз:
үдеу дегеніміз —
жылдамдықтың бірлік уақыттағы өзгеріс шапшаңдығын сипаттайтын
физикалық шама. Үдеудің де жылдамдық тәрізді векторлық шама екенін
көрсетеміз, себебі ол жылдамдықтың өзгерісін сипаттайды, сондықтан оның
мәнімен қатар бағытын да көрсету керек.
Оқушылардың назарын тұрақты жылдамдықпен қозғалатын дене үдеуінің 0
тең екеніне назар аудару керек, себебі жылдамдықта ешқандай өзгеріс жоқ. Ал
тұрақты үдеу жылдамдықтың уақыт бойынша тұрақты өзгерісін талап етеді.
Оқушыларға мына есептерді ұсынуға болады:
