Горизонтальный бросок и бросок под углом: ЕГЭ 2027 по физике

Горизонтальный бросок и бросок под углом к горизонту — темы кинематики, которые стоит разобрать при подготовке к ЕГЭ 2027 по физике. В таких задачах находят время полёта, дальность, высоту подъёма или скорость тела. Решение строится на двух уравнениях: по горизонтали тело движется равномерно, а по вертикали — с постоянным ускорением.

Разберём формулы с условиями применения и три учебные задачи. Объясним, почему при наклонном броске в верхней точке скорость не равна нулю, когда дальность максимальна при угле 45° и как учитывать высоту, с которой бросили тело.

Как описать движение тела, брошенного под углом к горизонту

Рассматриваем тело как материальную точку. Сопротивлением воздуха пренебрегаем, ускорение свободного падения g считаем постоянным. После броска на тело действует только сила тяжести, поэтому ускорение направлено вертикально вниз в течение полёта.

Ось Ox направим горизонтально вправо, ось Oy — вертикально вверх. Уровню земли соответствует y = 0. Начальная координата x равна нулю, а высоту броска обозначим h0. Угол α отсчитываем от горизонтали: при броске вверх он положительный.

Начальную скорость v0 раскладываем на две проекции:

v0x = v0 cos α;

v0y = v0 sin α.

Горизонтальная проекция ускорения равна нулю, вертикальная равна −g. Отсюда получаем уравнения координат и проекций скорости:

  • x = v0 cos α · t;
  • y = h0 + v0 sin α · t − gt2/2;
  • vx = v0 cos α;
  • vy = v0 sin α − gt.

Время t в этих уравнениях одно и то же. Если по движению вдоль Oy нашли момент падения, подставьте найденное время в уравнение x: получите горизонтальную дальность полёта.

Модуль скорости находят по теореме Пифагора:

v = √(vx2 + vy2).

Проекция vy при падении отрицательна, потому что тело движется против оси Oy. Модуль скорости отрицательным быть не может.

Горизонтальный бросок: формулы времени, дальности и скорости

При горизонтальном броске угол α равен нулю. В начальный момент vx = v0, а vy = 0. По мере падения горизонтальная проекция скорости сохраняется, а модуль вертикальной проекции растёт.

Уравнения движения принимают вид:

x = v0t; y = h0 − gt2/2.

Время полёта при горизонтальном броске

В момент приземления y = 0. Обозначим полное время полёта буквой T:

h0 − gT2/2 = 0.

T = √(2h0/g).

Время падения зависит от высоты и ускорения свободного падения. Горизонтальная начальная скорость в формулу не входит. Если два тела одновременно бросить горизонтально с одной высоты, оба тела достигнут земли одновременно — при отсутствии сопротивления воздуха.

Дальность полёта при горизонтальном броске

За время T тело сместится вдоль Ox на расстояние L:

L = v0T = v0√(2h0/g).

Если при той же высоте увеличить начальную скорость вдвое, дальность тоже увеличится вдвое. Чтобы удвоить дальность за счёт высоты, увеличьте высоту броска в четыре раза.

Дальность L — расстояние по горизонтали от точки броска до точки приземления. Дальность не равна пути, который тело проходит по кривой траектории.

Скорость перед падением на землю

К моменту приземления vx = v0, vy = −gT. Подставим эти проекции в формулу модуля скорости:

v = √(v02 + g2T2) = √(v02 + 2gh0).

Нельзя складывать v0 и gT: горизонтальная и вертикальная составляющие скорости направлены перпендикулярно.

Бросок под углом к горизонту: высота и время подъёма

Пусть тело бросили вверх под углом от 0° до 90°. На подъёме вертикальная проекция скорости уменьшается. В верхней точке она становится равной нулю:

v0 sin α − gtпод = 0.

tпод = v0 sin α / g.

Подставим время подъёма в уравнение y. Получим высоту H, на которую тело поднялось относительно точки броска:

H = v02 sin2 α / (2g).

Если высота броска над землёй равна h0, максимальная высота над землёй равна h0 + H. При чтении условия различайте подъём относительно точки броска и высоту над землёй.

В верхней точке горизонтальная проекция скорости сохраняется, поэтому:

vверх = v0 cos α.

При наклонном броске тело в верхней точке продолжает двигаться горизонтально. Скорость обращается в ноль только при вертикальном броске вверх. Ускорение в обоих случаях остаётся равным g и направлено вниз.

Время и дальность полёта при возвращении на исходную высоту

Если тело приземляется на той же высоте, с которой его бросили, время спуска равно времени подъёма. Тогда полное время полёта:

T = 2v0 sin α / g.

Умножим время на горизонтальную проекцию скорости и используем равенство 2 sin α cos α = sin 2α:

L = v02 sin 2α / g.

На исходной высоте модуль скорости снова равен v0. Направление скорости изменилось: горизонтальная проекция прежняя, а вертикальная сменила знак.

При каком угле дальность полёта максимальна

При заданной начальной скорости дальность зависит от sin 2α. Наибольшее значение синуса равно единице, поэтому максимальная дальность достигается при α = 45°:

Lмакс = v02/g.

Это правило действует при одинаковой высоте броска и приземления, без сопротивления воздуха. Для броска с обрыва угол максимальной дальности нельзя автоматически считать равным 45°.

При тех же условиях углы 30° и 60° дают одинаковую дальность: sin 60° = sin 120°. Но при угле 60° тело поднимается выше и дольше остаётся в воздухе.

Таблица формул для повторения перед ЕГЭ 2027 по физике

Во втором столбце рассматриваем горизонтальный бросок с высоты h0. В третьем — бросок вверх под углом α с возвращением на исходную высоту. Сопротивлением воздуха пренебрегаем.

Величина Горизонтальный бросок Бросок под углом
Горизонтальная проекция скорости vx = v0 vx = v0 cos α
Время полёта T = √(2h0/g) T = 2v0 sin α / g
Дальность полёта L = v0√(2h0/g) L = v02 sin 2α / g
Подъём над точкой броска H = 0 H = v02 sin2 α / (2g)
Модуль скорости при приземлении v = √(v02 + 2gh0) v = v0

Траектория тела: почему получается парабола

Из уравнения x = v0 cos α · t выразим время и подставим его в уравнение вертикальной координаты:

y = h0 + x tg α − gx2 / (2v02 cos2 α).

Координата y зависит от x квадратично, поэтому траектория — парабола. Для горизонтального броска формула упрощается:

y = h0 − gx2 / (2v02).

Эти выражения применяют, когда горизонтальная проекция скорости не равна нулю. При вертикальном броске тело движется по прямой, а делить на cos 90° нельзя.

Разбор задания ЕГЭ 2027: горизонтальный бросок

Рассмотрим учебный пример. Тело бросили горизонтально с высоты 20 м со скоростью 15 м/с. Найдите время полёта, дальность и модуль скорости перед приземлением. Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 10 м/с2.

Шаг 1. Находим время падения.

T = √(2h0/g) = √(2 · 20 / 10) = 2 с.

Шаг 2. Вычисляем дальность.

L = v0T = 15 · 2 = 30 м.

Шаг 3. Определяем проекции скорости перед приземлением.

vx = 15 м/с; vy = −10 · 2 = −20 м/с.

Шаг 4. Находим модуль скорости.

v = √(152 + 202) = √625 = 25 м/с.

Ответ: 2 с; 30 м; 25 м/с.

Разбор задачи на бросок под углом 30°

Тело бросили с поверхности земли со скоростью 20 м/с под углом 30° к горизонту. Найдите время полёта, максимальную высоту и дальность. Тело приземляется на исходном уровне. Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 10 м/с2.

Шаг 1. Раскладываем начальную скорость.

v0x = 20 cos 30° = 10√3 м/с.

v0y = 20 sin 30° = 10 м/с.

Шаг 2. Находим время подъёма и полное время полёта.

tпод = 10 / 10 = 1 с; T = 2 · 1 = 2 с.

Шаг 3. Вычисляем высоту.

H = v0y2 / (2g) = 102 / (2 · 10) = 5 м.

Шаг 4. Находим дальность.

L = v0xT = 10√3 · 2 = 20√3 ≈ 34,6 м.

Ответ: 2 с; 5 м; 20√3 м, или примерно 34,6 м.

В верхней точке модуль скорости равен 10√3 м/с. При возвращении на землю он снова составит 20 м/с.

Бросок под углом с высоты: как изменить решение

Если точка приземления ниже точки броска, время полёта больше удвоенного времени подъёма. Найдите его из уравнения вертикального движения, подставив y = 0:

h0 + v0 sin α · T − gT2/2 = 0.

При h0 > 0 положительный корень этого уравнения равен:

T = (v0 sin α + √(v02 sin2 α + 2gh0)) / g.

После этого дальность рассчитывают по формуле L = v0 cos α · T.

Пример: бросок с высоты 15 метров

Сохраним скорость 20 м/с и угол 30° из предыдущей задачи, но поднимем точку броска на 15 м над землёй. При g = 10 м/с2 получим:

15 + 10T − 5T2 = 0.

Разделим уравнение на −5:

T2 − 2T − 3 = 0.

Корни: T = 3 с и T = −1 с. Отрицательный корень не подходит: время отсчитываем с момента броска. Значит, тело упадёт через 3 с.

Дальность полёта:

L = 10√3 · 3 = 30√3 ≈ 52 м.

Тело поднимется на 5 м относительно точки броска. Максимальная высота над землёй составит 15 + 5 = 20 м.

Ответ: время полёта — 3 с; дальность — около 52 м; максимальная высота над землёй — 20 м.

Подъём по-прежнему занимает 1 с, а спуск до земли — 2 с. Удваивать время подъёма в этой задаче нельзя.

Что меняется при броске вниз под углом

Если тело бросили ниже горизонтали, угол α отрицательный и начальная проекция v0y < 0. Уравнения координат и скорости остаются теми же. Тело сразу опускается: участка подъёма после броска нет.

Формальная подстановка отрицательного угла в tпод = v0 sin α / g даст отрицательное время. Оно относится к продолжению математической траектории назад и не описывает движение тела до броска.

Ошибки в задачах на горизонтальный бросок и бросок под углом

  • Перепутали синус и косинус. Если угол дан к горизонтали, v0x = v0 cos α, а v0y = v0 sin α. Если угол отсчитывают от вертикали, разложение будет другим.
  • Приравняли скорость к нулю в верхней точке. При наклонном броске нулю равна только вертикальная проекция.
  • Забыли знак ускорения. При оси Oy, направленной вверх, ay = −g и на подъёме, и при падении.
  • Применили T = 2tпод к броску с высоты. Сначала сравните уровни старта и приземления.
  • Получили нулевое время горизонтального броска. При α = 0 тело не возвращается на высоту старта после начала движения. Для падения на землю с высоты h0 используйте T = √(2h0/g).
  • Перепутали высоту подъёма и высоту над землёй. При броске с площадки к подъёму H прибавьте высоту площадки h0.

Как решать задание ЕГЭ 2027 по физике на движение тела

  1. Сделайте рисунок: отметьте точку броска, начальную скорость, угол и уровень приземления.
  2. Выберите оси координат и запишите проекции скорости и ускорения.
  3. Составьте уравнения x(t) и y(t). Учитывайте начальную высоту.
  4. Запишите условие нужного момента: в верхней точке vy = 0, на земле y = 0.
  5. Найдите время, затем вычислите координаты или скорость.
  6. Проверьте единицы измерения, знаки и смысл ответа. Время после броска должно быть неотрицательным.

При подготовке к ЕГЭ 2027 по физике решайте задачи с разными начальными условиями. После горизонтального броска разберите бросок вверх, затем измените высоту приземления. Такая практика помогает выбирать формулы по условию и замечать, когда сокращённое решение не подходит.

Подготовка к ЕГЭ 2027 по физике в Вебиуме со Снежей Планк

Закрепить кинематику и продолжить подготовку к ЕГЭ 2027 по физике можно на курсе в Вебиуме со Снежей Планк. В программу входят онлайн-занятия, видеоуроки, домашние задания и пробные экзамены. Наставник проверяет домашнюю работу, даёт обратную связь и отвечает на вопросы. Приходите на курс, чтобы разбирать физику с преподавателем, практиковаться в решении задач и исправлять ошибки по ходу подготовки.

Где вы учитесь?

Вам также будет интересно

Разбор демоверсии ЕГЭ 2023 по литературе
Разбираем демоверсию ЕГЭ 2023 по литературе с Василисой Бродской, преподавательницей Вебиума. Расскажем про изменения, объясним новые термины и ...
Разбор демоверсии ЕГЭ 2023 по литературе
Сложные задания ЕГЭ 2026 по русскому: статистика ФИПИ
Узнайте, какие задания ЕГЭ 2026 по русскому языку вызывают наибольшие трудности по статистике ФИПИ. Анализ ошибок, средние баллы и советы по...
Сложные задания ЕГЭ 2026 по русскому: статистика ФИПИ
6 трудностей, с которыми сталкиваются первокурсники в вузе, и как их преодолеть
Начало обучения в вузе — не только очень интересный, но и достаточно сложный этап в жизни вчерашних выпускников. Голова взрывается от множества...
6 трудностей, с которыми сталкиваются первокурсники в вузе, и как их преодолеть
Разбор методических рекомендаций ФИПИ для ЕГЭ 2026 по химии
Разбор методических рекомендаций ФИПИ для ЕГЭ 2026 по химии: какие темы чаще всего встречаются на реальном экзамене, где выпускники теряют баллы, как...
Разбор методических рекомендаций ФИПИ для ЕГЭ 2026 по химии
Как решить вторую часть ЕГЭ 2026 по географии на максимум
Разбираемся процент выполнения всех заданий второй части с реального ЕГЭ по географии и делимся лайфхаками, как решить все номера на максимальный...
Как решить вторую часть ЕГЭ 2026 по географии на максимум
11 документальных фильмов про Землю для ЕГЭ по географии
Вдохновиться на путешествия, расширить кругозор, подготовиться к ЕГЭ по географии и просто насладиться красотой природы поможет подборка...
11 документальных фильмов про Землю для ЕГЭ по географии

0 комментария

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий.