Когда материальная точка движется по окружности, важно различать понятия пути и перемещения.
- Путь - это длина траектории, по которой движется точка. В данном случае траектория - это часть окружности.
- Перемещение - это вектор, соединяющий начальное и конечное положение точки. Модуль перемещения - это длина этого вектора.
Теперь давайте рассмотрим задачу.
Предположим, что точка движется по окружности радиусом ( R ). Длина окружности вычисляется по формуле:
[ L = 2\pi R ]
Если точка проходит ( \frac{1}{6} ) часть оборота, то путь, пройденный точкой, будет:
[ S = \frac{1}{6} \times 2\pi R = \frac{\pi R}{3} ]
Теперь вычислим перемещение. Перемещение определяется как прямая линия между начальной и конечной точками пути. Через ( \frac{1}{6} ) оборота точка смещается на угол ( \theta = \frac{2\pi}{6} = \frac{\pi}{3} ).
Для вычисления модуля перемещения нужно воспользоваться свойствами треугольника. Если точка переместилась по окружности на угол ( \frac{\pi}{3} ), то она образует равнобедренный треугольник, где две стороны равны радиусу ( R ), а угол между ними ( \frac{\pi}{3} ).
Используем теорему косинусов для определения длины стороны, противоположной углу ( \frac{\pi}{3} ):
[ d^2 = R^2 + R^2 - 2RR\cos\left(\frac{\pi}{3}\right) ]
[ d^2 = 2R^2 - 2R^2 \left(\frac{1}{2}\right) ]
[ d^2 = 2R^2 - R^2 ]
[ d^2 = R^2 ]
[ d = R ]
Таким образом, модуль перемещения через ( \frac{1}{6} ) часть оборота равен радиусу окружности ( R ).
Итак, итоговые ответы:
- Путь, пройденный точкой: ( \frac{\pi R}{3} )
- Модуль перемещения: ( R )
Если радиус окружности равен 3 м, то:
- Путь, пройденный точкой: ( S = \frac{\pi \times 3}{3} = \pi ) м (примерно 3.14 м)
- Модуль перемещения: ( d = 3 ) м