Hej! Gotowi na podróż w świat ruchu prostoliniowego? To temat, który często pojawia się na sprawdzianach, zwłaszcza w podręcznikach Nowej Ery. Rozłóżmy go na czynniki pierwsze!
Co to właściwie jest ruch prostoliniowy?
Wyobraź sobie samochód jadący prosto po autostradzie. Albo spadające jabłko z drzewa (pomijając opór powietrza!). To właśnie ruch prostoliniowy. Charakteryzuje się tym, że ciało porusza się po linii prostej.
Kluczowe definicje
Zanim pójdziemy dalej, wyjaśnijmy kilka ważnych pojęć.
Położenie: Określa, gdzie znajduje się ciało w danym momencie.
Przemieszczenie: To zmiana położenia ciała. Nie myl go z drogą!
Droga: Długość toru, po którym porusza się ciało. Może być dłuższa niż przemieszczenie, jeśli ciało zawraca.
Prędkość: Mówi nam, jak szybko ciało zmienia swoje położenie. Ma kierunek i wartość.
Przyspieszenie: Informuje, jak szybko zmienia się prędkość ciała.
Przyczyny ruchu prostoliniowego
Ciało zaczyna się poruszać, ponieważ działa na nie siła. To podstawa fizyki!
Zgodnie z I zasadą dynamiki Newtona, ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym, jeśli nie działają na nie żadne siły lub siły te się równoważą.
Czyli, jeśli na ciało nie działa żadna siła, albo siły się znoszą, ciało albo stoi w miejscu, albo jedzie prosto ze stałą prędkością. Proste, prawda?
II zasada dynamiki Newtona mówi, że jeśli na ciało działa siła, to ciało porusza się z przyspieszeniem. Przyspieszenie jest wprost proporcjonalne do siły i odwrotnie proporcjonalne do masy ciała. Wzór: F = ma, gdzie F to siła, m to masa, a a to przyspieszenie.
Jeśli na ciało działa stała siła, to porusza się ono ruchem jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym. Przykładowo: spadające jabłko (pomijając opór powietrza) – działa na nie siła grawitacji.
Przykłady sił powodujących ruch
Siła grawitacji: To ona sprawia, że jabłka spadają z drzew. Działa ona na wszystkie ciała obdarzone masą.
Siła tarcia: Przeciwdziała ruchowi. Sprawia, że samochód zwalnia, gdy przestaniesz naciskać na gaz.
Siła sprężystości: Działa na ciała odkształcone. Np. ściśnięta sprężyna chce wrócić do swojego pierwotnego kształtu, wywierając siłę.
Opis ruchu prostoliniowego
Teraz omówimy, jak opisać różne rodzaje ruchu prostoliniowego.
Ruch jednostajny prostoliniowy
To najprostszy rodzaj ruchu. Ciało porusza się ze stałą prędkością po linii prostej. Przyspieszenie jest równe zero.
Wzór na prędkość: v = s/t, gdzie v to prędkość, s to droga, a t to czas.
Przykład: Samochód jadący po autostradzie z włączonym tempomatem (zakładamy, że nie ma wzniesień).
Ruch jednostajnie przyspieszony prostoliniowy
W tym ruchu prędkość ciała rośnie równomiernie w czasie. Przyspieszenie jest stałe i różne od zera.
Wzór na prędkość: v = v0 + at, gdzie v0 to prędkość początkowa, a to przyspieszenie, a t to czas.
Wzór na drogę: s = v0t + (at2)/2.
Przykład: Samochód ruszający z miejsca ze stałym przyspieszeniem.
Ruch jednostajnie opóźniony prostoliniowy
To odwrotność ruchu jednostajnie przyspieszonego. Prędkość ciała maleje równomiernie w czasie. Przyspieszenie jest stałe i ma przeciwny zwrot do prędkości.
Wzory są podobne do ruchu jednostajnie przyspieszonego, ale przyspieszenie a ma wartość ujemną.
Przykład: Samochód hamujący ze stałym opóźnieniem.
Jak rozwiązywać zadania?
1. Przeczytaj uważnie treść zadania.
2. Wypisz dane i szukane wielkości.
3. Zastanów się, jaki rodzaj ruchu opisuje zadanie (jednostajny, przyspieszony, opóźniony).
4. Wybierz odpowiednie wzory.
5. Przekształć wzory, aby obliczyć szukaną wielkość.
6. Podstaw dane do wzoru i oblicz wynik.
7. Sprawdź, czy wynik ma sens fizyczny. Czy prędkość nie jest zbyt duża? Czy czas nie jest ujemny?
8. Zapisz odpowiedź z jednostką.
Przykładowe zadanie
Samochód rusza z miejsca i porusza się ruchem jednostajnie przyspieszonym z przyspieszeniem 2 m/s2. Jaką prędkość osiągnie po 5 sekundach? Jaką drogę przebędzie w tym czasie?
Dane:
a = 2 m/s2
t = 5 s
v0 = 0 m/s (samochód rusza z miejsca)
Szukane:
v = ?
s = ?
Rozwiązanie:
v = v0 + at = 0 + 2 * 5 = 10 m/s
s = v0t + (at2)/2 = 0 * 5 + (2 * 52)/2 = 25 m
Odpowiedź: Samochód osiągnie prędkość 10 m/s i przebędzie drogę 25 m.
Podsumowanie
Ruch prostoliniowy to fundament fizyki. Pamiętaj o definicjach, wzorach i zasadach dynamiki Newtona. Ćwicz rozwiązywanie zadań, a sprawdzian Nowej Ery nie będzie Ci straszny! Powodzenia!
