一辆汽车以 108公里/小时的速度在直线上行驶,在5秒内匀速减速至90公里/小时。在汽车停止前最后一秒的运动中,汽车的位移是多少?
已知
汽车的初速度,$u=108公里/小时=\frac {5}{18}\times 108=30米/秒$ (公里/小时转换为米/秒)
汽车的末速度,$v=90公里/小时=\frac {5}{18}\times 90=25米/秒$ (公里/小时转换为米/秒)
时间,$t$ = 5秒
求解:汽车在停止前最后一秒运动中的位移 $(s)$。
解答
为了求加速度 $(a)$,我们使用运动学第一公式 -
$v=u+at$
代入已知数值,得到 -
$25=30+a(5)$
$25-30=5a$
$a=\frac {-5}{5}$
$a=-1米/秒^2$
因此,汽车的加速度为$-1米/秒^2$。
现在,我们需要计算汽车静止所需的时间 $(t')$,因此末速度将为零 $(0)$。
再次将数值代入运动学第一定律公式,我们得到 -
$0=30+(-1)t'$
$-30=-1t'$
$t'=-30秒$
因此,汽车在30秒内停止。
求汽车在第30秒(最后)的位移 -
如果 $u$ 是初速度,$a$ 是物体的匀加速度,则物体在第 $n$ 秒内所走距离的公式为 -
$S_{nth}=u+\frac {a}{2}(2n-1)$
代入已知数值,得到 -
$S_{30}=30+\frac {(-1)}{2}(2\times {30}-1)$
$S_{30}=30-\frac {1}{2}(59)$
$S_{30}=30-\frac {1}{2}\times (59)$
$S_{30}=30-29.5$
$S_{30}=0.5米$
因此,汽车在运动的最后一秒的位移为0.5米。
注意
为了求距离,我们使用牛顿运动第二定律,该定律指出 -
$s=ut+\frac {1}{2}at^2$
现在,为了求在第 $n$ 秒内所走距离,如果 $u$ 是初速度,$a$ 是物体的匀加速度,则通过分别将 $t$ 代入 $n-1$ 和 $n$ 来扩展此第二个公式。然后,它的减法给出在 $n$ 秒和 $n-1$ 秒内所走距离之间的差,这也就是第 $n$ 秒内所走距离。
首先,将 $t=n$ 的值代入运动第二定律,我们得到 -
$s=un+\frac {1}{2}an^2$ ----------------------(i)
其次,将 $t=n-1$ 的值代入运动第二定律,我们得到 -
$s=u(n-1)+\frac {1}{2}a(n-1)^2$ ----------------------(ii)
从 $(i)$ 中减去 $(ii)$,我们得到 -
$S_{nth}=[u.n+\frac {1}{2}an^2]-[u(n-1)+\frac {1}{2}a(n-1)^2]$
$S_{nth}=u+\frac {a}{2}(2n-1)$