1.2.18. По графику зависимости скорости от времени постройте графики зависимости от времени координаты и ускорения, если $x(0) = 0$.
К задаче $1.2.18$
Решение
Сначала задачу решим качественно, а потом количественно.
Проанализируем график скорости. С точностью до моего зрения, начало движения произошло в момент $t=-2,1\text{ c}$, а завершилось в момент $t=3,1\text{ c}$. Максимальная скорость $\upsilon_{макс}=2,4\text{ м/c}$ была достигнута в момент $t=0,5\text{ c}$. График имеет симметричную колоколообразную форму.
Ускорение это производная от скорости. Геометрически ускорение это тангенс угла наклона касательной к графику скорости в данный момент времени. В начале скорость возрастает и тангенс угла наклона также увеличивается, а значит и ускорение. Приблизительно в момент $t=-1\text{ c}$ тангенс угла наклона достигает своего максимума. Он приблизительно соответствует углу в $60^{\circ }$, тангенс этого угла (ускорение) приблизительно равен 1,73 $м/с^{2}$. После этого приращение скорости начинает снижаться, а значит ускорение уменьшается. В момент, когда скорость достигает максимального значения, ускорение становится равным 0. Это происходит в момент $t=0,5\text{ c}$. Потом скорость начинает снижаться, ускорение становится отрицательным. Из-за симметрии графика скорости, так же симметрично будет вести себя график ускорения. В отрицательном диапазоне ускорение будет уменьшаться, пока в момент $t=2\text{ c}$ не достигнет минимального значения, равного -1,73 $м/с^{2}$. Дальше ускорение начнёт увеличиваться, пока не достигнет в момент окончания движения нулевого значения.
Итак, график ускорения будет «волнообразным» и менять знак там, где скорость достигает максимума.
Координата это интеграл от функции скорости. Геометрически координата это площадь под графиком скорости. Скорость в нашем интервале везде положительная, значит координата всё время возрастает и по условию задачи проходит через точку $x(0) = 0$. В начале рост медленный (маленькая скорость), затем быстрее (пик скорости), потом снова замедление.
Итак, график координаты будет монотонно возрастающей S-образной кривой: сначала вогнутой вниз, потом перегиб в момент максимальной скорости, потом вогнутой вверх.
Теперь решим задачу количественно.
В общем виде график скорости можно аппроксимировать следующей функцией: