Uczeń, jak każdy człowiek, chce umieć coś zrobić samodzielnie Spisy zadań Rozwiązane zadania z fizyki szkolnej - gimnazjum i szkoły ponadgimnazjalne (licea i technika) 272. Ruch prostoliniowy zmienny.

Zastosowanie modelu punktu materialnego do zadania z kinematyki.

Ruch - opis ruchu (kinematyka). Ruch prostoliniowy zmienny

Zadanie

W czasie 7 sekund ciało przebyło drogę 70 m a w ciągu 14 sekund 240 m.

Jaką prędkość miało to ciało podczas ruchu?

Ważne pojęcia potrzebne do rozwiązywania zadań z kinematyki

Ruch prostoliniowy przyspieszony.

Prędkość ruchu.

Szybkość ruchu.

Prędkość średnia.

Szybkość średnia.

Droga ruchu.

Przyspieszenie średnie.

Szybkość chwilowa.

Przyspieszenie chwilowe.

Przyspieszenie stałe.

Ruch jednostajnie przyspieszony.

Zadanie

W czasie 7 sekund ciało przebyło drogę 70 m a w ciągu 14 sekund 240 m.

Jaką prędkość miało to ciało podczas ruchu?

Rozwiązanie

Zadanie takie wykorzystuje pewne założenia metodologiczne fizyki. Najważniejsze z nich to założenia upraszczające - idealizacje.
Oznacza to pominięcie wielu cech obiektu i zjawiska.

Zakładamy, że ciało jest punktowe - punkt materialny (obiekt, który ma masę, ale nie ma rozmiarów - rozmiary są tak małe, że można je zaniedbać). Masy w zadaniu nie uwzględniamy - nie odgrywa roli w opisie ruchu.

Ruch dla którego podana jest droga można opisać za pomocą wzorów (zależności) dla ruchu prostoliniowego (lub ruchu wzdłuż jednej osi układu współrzędnych).

Zaczniemy od podania definicji szybkości średniej dla pewnego odcinka przebytej trasy - stąd delta przy s. na ogół mamy licznik, który ma już coś zapamiętane. Podobnie z czasem - nie zawsze stosujemy stoper z zerowaniem.

(1)

Zastosujemy ten wzór (definicję) do pierwszego odcinka ruchu

(2) szybkość ciała na pierwszym odcinku trasy



Obliczymy szybkość średnią na całej trasie

(3) szybkość średnia całego ruchu



Zastosujemy ten sam wzór (definicję) do drugiego odcinka ruchu

(4) szybkość ciała na drugim odcinku trasy



Szybkość ciała zmienia się - rośnie.
Nasz ruch jest ruchem przyspieszonym.
Obliczymy przyspieszenie średnie całego ruchu.

(5) definicja przyspieszenia średniego (nadal skalarnie - wykorzystujemy drogę i szybkość)



Potrzebne są nam szybkość początkowa i końcowa. Obliczyliśmy szybkości średnie dla trzech sytuacji. Brakuje nam wartość szybkości w określonych chwilach czasu.

Do rozwiązania tego zagadnienia potrzebne są nam kolejne zależności. Wykorzystamy wzory z przyspieszeniem stałym - w każdej chwili takim samym.

(6) zależność drogi od czasu w ruchu jednostajnie przyspieszonym



Nadal jest problem - w równaniu są dwie niewiadome - szybkość średnia i przyspieszenie.
Rozwiązanie zadania jest możliwe, gdy znana jest szybkość początkowa.

Załóżmy, że ciało w chwili początkowej spoczywało - szybkość początkowa równa była zero.

(7) zależność drogi od czasu w ruchu jednostajnie przyspieszonym z zerową szybkością początkową



Czy rozwiązanie to spełnia pozostałe warunki zadania?

W pierwszych 7 sekundach ciało przebyło drogę 70 m. założyliśmy ponadto szybkość początkową równą zero.

(8) przyspieszenie ciała w pierwszym okresie czasu



Przyspieszenia otrzymaliśmy różne. W drugim okresie ciało poruszało się z większym przyspieszeniem średnim niż w pierwszym - średnie przyspieszenie rosło.

Czy można założyć, że ciało spoczywało w chwili początkowej? Można - wyniki, które otrzymaliśmy są realne fizycznie.

Czy ciało mogło mieć jakąś szybkość różną od zera w chwili początkowej? Mogło - wystarczy założyć jaką szybkość, np. 1 m/s.

(9) przyspieszenie ciała w ruchu z szybkością początkową różną od zera



Dla pierwszego odcinka czasu otrzymamy

(10) przyspieszenie na pierwszym odcinku z niezerową szybkością początkową



Dalsze poszukiwania szybkości początkowej przy której średnie przyspieszenie na obu odcinkach trasy będzie miało te samą wartość wymaga jeszcze rachunków.

Czy jest możliwość znalezienia tej wartości za pomocą wzoru?

Trzeba w tym celu rozwiązać układ równań na drogę w ruchu jednostajnie przyspieszonym

(11) droga w ruchu jednostajnie przyspieszonym z niezerową szybkością początkową



Obliczenie szybkości początkowej - wyprowadzenie wzoru

(12) Szybkość początkowa



Obliczenie wartości szybkości początkowej

(13) szybkość początkowa równa jest



Przyspieszenie równe jest

(14) wyrażenie na przyspieszenie



I po przekształceniach

(15) wyrażenie na przyspieszenie



A jego wartość

(16) obliczenie wartości przyspieszenia

Wzory z fizyki = wzory potrzebne do rozwiązywania zadań

Budowa atomu - Ile jest elektronów, nukleonów, protonów w atomie konkretnego pierwiastka?

Praca mechaniczna stałej siły - przykłady obliczeń.

Energia mechaniczna ciała - przykłady wykorzystania zasady zachowania

Energia kinetyczna ciała - przykłady obliczeń

Przykłady obliczania siły dośrodkowej. Zestawy przykładów uwzględniające różne wartości masy ciał, prędkości ruchu po okręgu i promienia tego okręgu.

Satelita geostacjonarny - jakie warunki musi spełniać satelita, by był stale nad tym samym punktem Ziemi?

Energia potencjalna grawitacyjna w jednorodnym polu grawitacyjnym

Obliczenie masy Słońca Jak zmierzyć masę Słońca? Jakie dane są do tego potrzebne?

Przemiana adiabatyczna gazu doskonałego

Pierwsza prędkość kosmiczna dla Ziemi. Z jaką prędkością porusza się sztuczny satelita Ziemi?

Obliczenie granicznej długości fali świetlnej wywołującej zjawisko fotoelektryczne w cezie.

Rozwiązane zadania z kinematyki

Rozwiązane zadania z fizyki szkolnej - gimnazjum i szkoły ponadgimnazjalne (licea i technika)

Wielkości opisujące ruch ciała - przykłady obliczania - przemieszczenie ciała - wektor zmiany położenia ciała.

Obliczanie szybkości średniej ruchu ciała.

Pocisk o masie m grzęźnie w desce po przebyciu odległości d. Przed uderzeniem w deskę pocisk poruszał się prostopadle do deski z prędkością v. Obliczyć siłę F działającą na pocisk w desce. Przyjąć odpowiednie założenia.

Rozwiązanie

Dwa ciała o różnych masach poruszają się z takim samym przyspieszeniem. Ciało m₂ ma masę 3 razy większą niż ciało m₁. Siła działająca na ciało m₂ jest równa 12 N. Jaka siła działa na ciało m₁? Warunek - nie obliczać wartości przyspieszenia.

 2013-04-20