Zaczynamy przygotowania do sprawdzianu z fizyki, dział drugi. Obejmiemy zagadnienia związane z ruchem, siłami i zasadami dynamiki Newtona. Skupimy się na zrozumieniu podstawowych pojęć i umiejętności rozwiązywania zadań.
Ruch jednostajny prostoliniowy
Ruch jednostajny prostoliniowy to najprostszy rodzaj ruchu. Charakteryzuje się stałą prędkością i torem w postaci linii prostej. Oznacza to, że ciało pokonuje równe odcinki drogi w równych odstępach czasu.
Prędkość (v) w tym ruchu jest stała. Można ją obliczyć, dzieląc przebytą drogę (s) przez czas (t), w którym ta droga została pokonana: v = s/t. Ważne jest, aby pamiętać o jednostkach: prędkość najczęściej wyrażamy w metrach na sekundę (m/s) lub kilometrach na godzinę (km/h).
Przykład: Samochód jedzie po autostradzie ze stałą prędkością 90 km/h. Aby obliczyć, jaką drogę pokona w ciągu 2 godzin, używamy wzoru: s = v * t. Po przeliczeniu jednostek (90 km/h = 25 m/s, 2h = 7200 s) lub operując na kilometrach i godzinach: s = 90 km/h * 2 h = 180 km.
Ruch jednostajnie zmienny prostoliniowy
Ruch jednostajnie zmienny prostoliniowy to ruch, w którym prędkość zmienia się w sposób jednostajny. Oznacza to, że w równych odstępach czasu prędkość wzrasta (ruch jednostajnie przyspieszony) lub maleje (ruch jednostajnie opóźniony) o stałą wartość.
Przyspieszenie (a) to miara zmiany prędkości w czasie. Obliczamy je, dzieląc zmianę prędkości (Δv) przez czas (t), w którym ta zmiana nastąpiła: a = Δv / t. Jednostką przyspieszenia jest metr na sekundę do kwadratu (m/s²).
Wzory w ruchu jednostajnie zmiennym: Prędkość w funkcji czasu: v = v₀ + a * t (gdzie v₀ to prędkość początkowa). Droga w funkcji czasu: s = v₀ * t + (a * t²) / 2. Należy pamiętać o odpowiednim znaku przyspieszenia (dodatni dla ruchu przyspieszonego, ujemny dla ruchu opóźnionego).
Przykład: Rowerzysta rusza z miejsca i przyspiesza jednostajnie z przyspieszeniem 0.5 m/s². Po 10 sekundach jego prędkość wyniesie: v = 0 m/s + 0.5 m/s² * 10 s = 5 m/s. Droga, jaką przebędzie w tym czasie: s = 0 m/s * 10 s + (0.5 m/s² * (10 s)²) / 2 = 25 m.
Siły i zasady dynamiki Newtona
Siła jest miarą oddziaływania między ciałami. Dzięki niej ciała mogą zmieniać swój stan ruchu (przyspieszać, zwalniać, zmieniać kierunek). Jednostką siły w układzie SI jest niuton (N).
Pierwsza zasada dynamiki Newtona (zasada bezwładności): Jeśli na ciało nie działają żadne siły lub siły działające się równoważą, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Oznacza to, że ciało "niechętnie" zmienia swój stan ruchu.
Druga zasada dynamiki Newtona: Przyspieszenie ciała jest wprost proporcjonalne do działającej siły wypadkowej, a odwrotnie proporcjonalne do masy ciała: F = m * a. Oznacza to, że im większa siła działa na ciało, tym większe jest jego przyspieszenie, a im większa masa ciała, tym mniejsze jest jego przyspieszenie przy tej samej sile.
Trzecia zasada dynamiki Newtona (zasada akcji i reakcji): Jeżeli ciało A działa na ciało B siłą FAB, to ciało B działa na ciało A siłą FBA o tej samej wartości i kierunku, lecz przeciwnym zwrocie. Te siły działają na różne ciała.
Przykład: Pchasz wózek o masie 20 kg z siłą 10 N. Zgodnie z drugą zasadą dynamiki Newtona, przyspieszenie wózka wynosi: a = F / m = 10 N / 20 kg = 0.5 m/s². Kiedy stoisz na podłodze, wywierasz na nią siłę (akcja), a podłoga wywiera na ciebie siłę o tej samej wartości, ale przeciwnym zwrocie (reakcja), dzięki czemu nie zapadasz się pod nią.
Siła ciężkości i ciężar
Siła ciężkości to siła, z jaką Ziemia przyciąga wszystkie ciała. Jej wartość zależy od masy ciała (m) i przyspieszenia ziemskiego (g ≈ 9.81 m/s²): Fg = m * g.
Ciężar to siła, z jaką ciało naciska na podłoże lub ciągnie za zawieszenie w wyniku działania siły ciężkości. Wartość ciężaru jest równa wartości siły ciężkości, ale ciężar to siła, którą ciało wywiera *na coś innego*, a siła ciężkości to siła, którą *Ziemia wywiera na ciało*.
Przykład: Człowiek o masie 70 kg jest przyciągany przez Ziemię z siłą ciężkości: Fg = 70 kg * 9.81 m/s² ≈ 686.7 N. Stojąc na wadze, wskazuje ona wartość około 686.7 N, czyli twój ciężar.
Tarcie
Tarcie to siła, która przeciwdziała ruchowi jednego ciała po powierzchni drugiego. Wyróżniamy tarcie statyczne (unieruchamiające ciało) i tarcie kinetyczne (występujące podczas ruchu).
Tarcie kinetyczne (T) jest proporcjonalne do siły nacisku (N) i współczynnika tarcia kinetycznego (μk): T = μk * N. Współczynnik tarcia kinetycznego zależy od rodzaju powierzchni i materiałów, z których są wykonane.
Przykład: Przesuwasz skrzynię po podłodze. Siła tarcia kinetycznego zależy od siły nacisku skrzyni na podłogę (czyli ciężaru skrzyni) i współczynnika tarcia kinetycznego między skrzynią a podłogą. Jeśli współczynnik tarcia kinetycznego wynosi 0.3, a ciężar skrzyni wynosi 100 N, to siła tarcia kinetycznego wynosi: T = 0.3 * 100 N = 30 N. Oznacza to, że musisz pokonać tę siłę, aby skrzynia się poruszała.
Pamiętaj o regularnym powtarzaniu materiału i rozwiązywaniu zadań. Powodzenia na sprawdzianie!
