Задачи на движение
Задачи на движение решают через связь трёх величин: скорости, времени и расстояния. Главное — правильно определить, какое расстояние изменяется: при встречном движении оно уменьшается, при догонке разность расстояний сокращается, а на реке скорость зависит от направления течения.
Базовая модель движения
Перед решением полезно повторить связь скорости, времени и расстояния. Если тело движется равномерно, его путь равен произведению скорости на время. Все величины должны быть выражены в согласованных единицах: например, километры и часы или метры и секунды.
Скорость сближения показывает, на сколько изменяется расстояние между объектами за единицу времени. При движении навстречу друг другу скорости складываются: \(v_{\text{сбл}}=v_1+v_2\). При движении в одном направлении скорость сближения равна разности большей и меньшей скоростей: \(v_{\text{сбл}}=v_1-v_2\) при \(v_1>v_2\). Подробнее — в статье о скорости сближения и удаления.
Если начальное расстояние равно \(S_0\), а скорость сближения постоянна и равна \(v_{\text{сбл}}\), то через время \(t\) расстояние станет \(S=S_0-v_{\text{сбл}}t\). В момент встречи \(S=0\), поэтому \(t=\frac{S_0}{v_{\text{сбл}}}\).
Встречное движение
При встречном движении два объекта стартуют из разных точек и движутся навстречу. Их общий путь до встречи равен начальному расстоянию между ними. Поэтому сначала находят скорость сближения, затем время до встречи, а после этого — путь каждого объекта.
Если один участник начал движение позже, удобно разделить задачу на два этапа: сначала найти расстояние, которое прошёл первый объект до старта второго, затем использовать оставшееся расстояние и сумму скоростей.
Нарисуйте отрезок между начальными пунктами, подпишите на нём \(S\), а под объектами укажите скорости. Это помогает не перепутать сумму скоростей с их разностью. Общий алгоритм решения задач на движение разобран на странице алгоритм решения задач на движение.
Движение вдогонку
При движении вдогонку оба объекта движутся в одном направлении, но один находится впереди. Догоняющий должен иметь большую скорость. Если начальный разрыв равен \(S\), он сокращается со скоростью, равной разности скоростей.
Разрыв — расстояние между объектами, движущимися в одном направлении. При догонке разрыв уменьшается, а после встречи становится равным нулю. Если скорость догоняющего не больше скорости впереди идущего, догнать его невозможно при постоянных скоростях.
Два велосипедиста находятся на расстоянии 12 км и едут навстречу со скоростями 10 км/ч и 14 км/ч. Какова их скорость сближения?
Разобранный пример: встречное движение
Из пунктов A и B, расстояние между которыми равно 54 км, одновременно навстречу друг другу выехали автомобиль и велосипедист. Скорость автомобиля на 24 км/ч больше скорости велосипедиста. Они встретились через 1,5 часа. Найдите скорости участников.
Ответ: скорость велосипедиста — 6 км/ч, скорость автомобиля — 30 км/ч. Можно было начать и со скорости сближения: \(54:1{,}5=36\) км/ч. Тогда система \(v_1+v_2=36\) и \(v_2-v_1=24\) даёт тот же результат.
Движение по реке
У лодки есть собственная скорость — скорость относительно воды. Собственная скорость не зависит от направления движения. Течение реки переносит лодку: поэтому вниз по течению скорости складываются, а вверх по течению из собственной скорости вычитается скорость течения.
Если известны скорости по течению и против течения, собственную скорость и скорость течения находят как полусумму и полуразность:
Не путайте собственную скорость со скоростью движения относительно берега. При движении против течения нельзя складывать скорости. Если в условии дана скорость лодки в стоячей воде, это собственная скорость. Подробные случаи разобраны в статье движение по реке, а свойства потока — в статье о скорости течения.
Средняя скорость
Средняя скорость на всём маршруте — это отношение всего пройденного расстояния ко всему времени движения. Нельзя всегда находить её как среднее арифметическое скоростей: оно подходит только при одинаковых временах движения.
Если расстояния на двух участках одинаковы и скорости равны \(v_1\) и \(v_2\), то средняя скорость равна гармоническому среднему:
Для маршрута длиной 60 км со скоростью 30 км/ч и ещё 60 км со скоростью 60 км/ч средняя скорость не равна \((30+60):2\). Времена участков различны, поэтому сначала нужно сложить расстояния и времена.
Как оформить решение
- Выпишите известные величины и приведите их к одинаковым единицам.
- Определите тип движения: навстречу, в одном направлении или по реке.
- Сделайте схему или таблицу: объект, скорость, время, расстояние.
- Выберите отношение между скоростями: сумму, разность или формулы движения по реке.
- Составьте уравнение, решите его и проверьте смысл ответа.
| Ситуация | Скорость сближения или относительная скорость | Условие встречи |
|---|---|---|
| Движение навстречу | \(v_1+v_2\) | \(S=(v_1+v_2)t\) |
| Движение вдогонку | \(v_1-v_2\) | \(S=(v_1-v_2)t\) |
| Река, вниз по течению | \(v_{\text{соб}}+v_{\text{теч}}\) | \(s=vt\) |
| Река, вверх по течению | \(v_{\text{соб}}-v_{\text{теч}}\) | \(s=vt\) |
Встреча означает равенство координат, а не равенство пройденных путей. При одинаковом времени пути относятся как скорости: \(s_1:s_2=v_1:v_2\).
Быстрая проверка
Проверьте себя
Главное
- При движении навстречу скорости складываются, а время встречи равно начальному расстоянию, делённому на скорость сближения.
- При движении вдогонку используется разность скоростей; догоняющий должен двигаться быстрее.
- На реке вниз по течению скорость увеличивается на скорость течения, а против течения уменьшается на неё.
- Средняя скорость равна всему пути, делённому на всё время, а не обязательно среднему арифметическому скоростей.
- Всегда согласуйте единицы, составьте схему и проверьте, соответствует ли ответ смыслу задачи.