Физический смысл производной
Производная y’(x) функции
y=f(x) – это мгновенная скорость изменения этой функции. В
частности, если зависимость между пройденным путём S и
временем t при прямолинейном неравномерном движении выражается
уравнением S=f(t), то для нахождения мгновенной скорости точки в
какой-нибудь определённый момент времени t нужно найти производную S’=f’(x)
и подставить в неё соответствующее значение t, то есть v(t)=S’(t).
Производная от данной функции
называется первой производной или производной первого порядка. Но производная
функции также является функцией, и если она дифференцируема, то от неё, в свою
очередь, можно найти производную.
Производная от производной
называется второй производной или производной второго порядка
и обозначается f.
Если первая производная функции –
это мгновенная скорость изменения любого процесса, заданного функцией, то
вторая производная – это скорость изменения скорости, то есть ускорение, то
есть
Первая производная
– это скорость изменения процесса, вторая производная – ускорение (v= S';
a=v')
Для вычисления производных используют
специальные таблицы и правила
Задачи
на вычисление производных
Пример 1. Точка
движется прямолинейно по закону
(S выражается в метрах, t – в секундах). Найти скорость движения через 3
секунды после начала движения.
Решение:
скорость прямолинейного движения
равна производной пути по времени, то есть .
Подставив в уравнение скорости t=3
с, получим v(3)=32+4∙3-1= 20 (м/с).
Ответ: 20 м/c.
Пример 2. Маховик,
задерживаемый тормозом, поворачивается за t с на
угол
Найдите:
а) угловую скорость вращения
маховика в момент t = 6 с;
б) в какой момент времени маховик
остановится?
Решение: а)
Угловая скорость вращения маховика определяется по формуле ω=φ'. Тогда
ω=(4t-0,2t2)=4-0,4t.
Подставляя t = 6
с, получим ω=4-0,4∙6=1,6 (рад/с).
б) В тот момент, когда маховик
остановится, его скорость будет равна нулю (ω=0) . Поэтому 4-0,4t=0..
Отсюда t=10 c.
Ответ: угловая скорость маховика
равна (рад/с); t=10 c.
Пример 3. Тело
массой 6 кг движется прямолинейно по закону S=3t2+2t-5. Найти
кинетическую энергию тела через
3 с после начала движения.
Решение: найдём
скорость движения тела в любой момент времени t.
v= S'=(3t2+2t-5)’=6t+2
Вычислим скорость тела в момент
времени t=3. v(3)=6∙3+2=20 (м/с)..
Определим кинетическую энергию тела
в момент времени t=3.
Ответ: Е=1200 Дж
Проверь
себя: 95; 2; 7.
Механический смысл
второй производной.
Если первая производная функции –
это мгновенная скорость изменения любого процесса, заданного функцией, то
вторая производная – это скорость изменения скорости, то есть ускорение, то
есть
Итак, первая производная –
это скорость изменения процесса, вторая производная – ускорение. (v= S’;
a=v’)
Пример 4. Точка
движется прямолинейно по закону S(t)= 3t2-3t+8. Найти скорость
и ускорение точки в момент t=4 c.
Решение:
найдём скорость точки в любой
момент времени t.
v=S’=(3t2-3t+8)’=6t-3.
Вычислим скорость в момент времени
t=4 c.
v(4)=6∙4-3=21(м/с)
Найдём ускорение точки в любой
момент времени t.
a= v’= (6t-3)’=6 и a(4)= 6 (м/с2) ,
то есть ускорение в этом случае является величиной постоянной.
Ответ: v=21(м/с); a= v’= 6 (м/с2).
Пример 5. Тело
массой 3 кг движется прямолинейно по закону S(t)=t3-3t2+5.
Найти силу, действующую на тело в момент времени t=4 c.
Решение: сила,
действующая на тело, находится по формуле F=ma.
Найдём скорость движения точки в
любой момент времени t.
v=S’=(t3-3t2+5)’=3t2-6t.
Тогда v(4)=3∙42-6∙4=24
(м/с).
Найдём ускорение: a(t)=v’=(3t2-6t)’=6t-6.
Тогда a(4)= 6∙4-6= 18 (м/с2).
F=ma=3∙18= 54 Н
Проверь
себя: 1). 12t;
1/12; 1/6; 2). 6; 18; 4). 22m;
5). 4; 25.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.