Производная y функции – это мгновенная скорость изменения этой функции. В частности, если зависимость между пройденным путём и временем при прямолинейном неравномерном движении выражается уравнением , то для нахождения мгновенной скорости точки в какой-нибудь определённый момент времени нужно найти производную и подставить в неё соответствующее значение , то есть
П р и м е р 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 с, получим
П р и м е р 2. Маховик, задерживаемый тормозом, поворачивается за t с на угол
(t) = 4t – 0,2t2 (рад). 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 Тогда
Подставляя t = 6 с, получим .
б) В тот момент, когда маховик остановится, его скорость будет равна нулю . Поэтому . Отсюда
П р и м е р 3. Тело массой 6 кг движется прямолинейно по закону Найти кинетическую энергию тела через 3 с после начала движения.
Решение. Найдём скорость движения тела в любой момент времени t.
Вычислим скорость тела в момент времени .
Определим кинетическую энергию тела в момент времени
Производная второго порядка. Производная n-го порядка.
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 .
Производная от второй производной называется производной третьего порядка и обозначается Производной n-го порядка называется производная от производной порядка и обозначают или
Примеры.
1) 2)
.
Механический смысл второй производной.
Если первая производная функции – это мгновенная скорость изменения любого процесса, заданного функцией, то вторая производная – это скорость изменения скорости или ускорение, то есть
Итак, первая производная – это скорость изменения процесса, вторая производная – ускорение.
П р и м е р 4. Точка движется прямолинейно по закону . Найти скорость и ускорение точки в момент .
Решение. Найдём скорость точки в любой момент времени t.
Вычислим скорость в момент времени .
Найдём ускорение точки в любой момент времени t.
и , то есть ускорение в этом случае является величиной постоянной.
П р и м е р 5. Тело массой 3 кг движется прямолинейно по закону +5. Найти силу, действующую на тело в момент времени
Решение. Сила, действующая на тело, находится по формуле
Найдём скорость движения точки в любой момент времени t.
.
Тогда .
Найдём ускорение: =
Тогда .
Вопросы для самопроверки
1. В чём заключается физический смысл первой производной?
2. Как найти мгновенную скорость прямолинейного неравномерного движения? Запишите формулу.
3. Что называется производной второго порядка, третьего порядка, n-го порядка?
4. В чём заключается механический смысл производной?
5. Как найти ускорение прямолинейного неравномерного движения в данный момент времени? Запишите формулу.