Горизонтальный бросок — одна из самых частых тем на ЕГЭ и ОГЭ по физике. Такие задачи часто кажутся сложными, потому что в них сразу несколько неизвестных величин. Но основная идея здесь очень простая: движение по горизонтали и по вертикали рассматривается отдельно.
В этой статье разберём типовую задачу на горизонтальный бросок с высоты : найдём время падения, дальность полёта, скорость перед ударом и угол падения. [i]
Свободное падение и баллистика
Баллистика — раздел механики, который изучает движение тел в поле силы тяжести.
Ускорение свободного падения обозначается буквой . Оно примерно равно 9,80665 м/с², но на ЕГЭ в справочных материалах используется округлённое значение: м/с². [i]
Разбор задачи
Тело брошено горизонтально с высоты с начальной скоростью . Ускорение свободного падения — . Пренебрегая сопротивлением воздуха, нужно найти время падения, дальность полёта, скорость перед ударом и угол падения. [i]
Из условия задачи следует, что необходимо найти четыре величины: время падения , дальность полёта , угол, под которым тело ударяется о землю, и скорость падения перед ударом .
Распишем законы движения тела по обеим осям: [i]
Ось OX
Начальная координата по горизонтали и проекция ускорения тела на ось равны нулю.
Проекция скорости тела на ось равна модулю начальной скорости, так как тело было брошено горизонтально.
Ось OY
Начальная координата по оси равна высоте, с которой тело было брошено.
Проекция начальной скорости тела на ось равна нулю, так как тело было брошено горизонтально.
Проекция ускорения тела на ось равна , так как ось направлена вертикально вверх, а ускорение — вниз.
Учитывая эти данные, преобразуем записанные выше уравнения и получим: [i]
Время падения
В точке В координата равна нулю, поэтому: [i]
Из этой формулы выразим искомое : [i]
Дальность полёта
Чтобы найти дальность полёта, найденное время подставим в уравнение координаты , учитывая, что она в этот момент совпадает с дальностью полёта: [i]
Скорость перед ударом
Найдём скорость тела непосредственно перед ударом о землю, то есть в точке В. Общая скорость тела складывается из двух проекций скоростей на ось и по теореме Пифагора: [i]
постоянная и равна начальной скорости .
найдём через уравнение проекции скорости на ось : [i]
Подставим : [i]
Подставим найденные значения проекций скоростей: [i]
Угол падения
Угол — это угол между скоростью тела в момент падения и проекцией этой скорости на ось : [i]
Таким образом, тангенс угла равен отношению модуля противолежащего катета () к прилежащему катету (): [i]
Так как необходимо найти угол, то возьмём арктангенс полученного выражения: [i]
Главное, что нужно запомнить
В задачах на горизонтальный бросок движение всегда разбивают на два независимых движения:
- по горизонтали тело движется равномерно;
- по вертикали — равноускоренно под действием силы тяжести.
Именно из этой идеи выводятся все основные формулы для горизонтального броска. [i]