Kinematyka to dział fizyki zajmujący się opisem ruchu ciał, bez wnikania w przyczyny tego ruchu. Oznacza to, że interesują nas tylko takie wielkości jak położenie, prędkość i przyspieszenie, a nie siły, które powodują zmiany w ruchu.
Na sprawdzianie z kinematyki w klasie 7 możesz spodziewać się zadań dotyczących różnych rodzajów ruchu, obliczania prędkości, drogi i czasu, a także interpretacji wykresów.
Podstawowe pojęcia
Położenie określa, gdzie znajduje się ciało w danym momencie. Zwykle opisujemy je za pomocą współrzędnych w danym układzie odniesienia. Na przykład, możesz opisać położenie książki na stole podając jej odległość od krawędzi stołu.
Droga (s) to długość toru, jaki przebyło ciało podczas ruchu. Mierzymy ją w metrach (m), kilometrach (km) lub innych jednostkach długości. Ważne jest, aby pamiętać, że droga to wartość skalarna, czyli ma tylko wartość, a nie kierunek.
Przemieszczenie (Δr) to zmiana położenia ciała. Jest to wektor, czyli ma zarówno wartość, jak i kierunek. Na przykład, jeśli przesuniesz książkę z jednego końca stołu na drugi, to jej przemieszczenie będzie wektorem łączącym początkowe i końcowe położenie.
Czas (t) to odstęp między dwoma zdarzeniami. Mierzymy go w sekundach (s), minutach (min), godzinach (h) lub innych jednostkach czasu.
Prędkość (v) to szybkość zmiany położenia ciała. Mierzymy ją w metrach na sekundę (m/s), kilometrach na godzinę (km/h) lub innych jednostkach prędkości. Wyróżniamy prędkość średnią i chwilową.
Prędkość średnia
Prędkość średnia (vśr) to stosunek całkowitej drogi przebytej przez ciało do całkowitego czasu trwania ruchu: vśr = s / t. Na przykład, jeśli samochód przejechał 200 km w ciągu 4 godzin, to jego prędkość średnia wynosi 50 km/h.
Prędkość chwilowa
Prędkość chwilowa (v) to prędkość ciała w danym momencie. Jest to granica, do której zbliża się prędkość średnia, gdy przedział czasu dąży do zera. Mierzy ją np. prędkościomierz w samochodzie.
Przyspieszenie (a) to szybkość zmiany prędkości ciała. Mierzymy je w metrach na sekundę kwadrat (m/s2). Jeśli prędkość ciała rośnie, to mówimy o przyspieszeniu dodatnim, a jeśli maleje – o przyspieszeniu ujemnym (opóźnieniu).
Rodzaje ruchu
Na sprawdzianie możesz spodziewać się zadań dotyczących dwóch podstawowych rodzajów ruchu: ruchu jednostajnego prostoliniowego i ruchu jednostajnie przyspieszonego prostoliniowego.
Ruch jednostajny prostoliniowy
Ruch jednostajny prostoliniowy to ruch, w którym ciało porusza się po linii prostej ze stałą prędkością. Oznacza to, że prędkość ciała nie zmienia się w czasie. W tym ruchu droga jest proporcjonalna do czasu: s = v * t.
Przykładem ruchu jednostajnego prostoliniowego jest jazda samochodem po autostradzie ze stałą prędkością.
Ruch jednostajnie przyspieszony prostoliniowy
Ruch jednostajnie przyspieszony prostoliniowy to ruch, w którym ciało porusza się po linii prostej ze stałym przyspieszeniem. Oznacza to, że prędkość ciała zmienia się w czasie o stałą wartość. W tym ruchu obowiązują następujące wzory:
- Prędkość: v = v0 + a * t, gdzie v0 to prędkość początkowa.
- Droga: s = v0 * t + (a * t2) / 2
Przykładem ruchu jednostajnie przyspieszonego prostoliniowego jest spadanie swobodne ciała (pomijając opór powietrza).
Wykresy
Często na sprawdzianie pojawiają się zadania, w których trzeba interpretować wykresy zależności położenia od czasu (x(t)) i prędkości od czasu (v(t)).
Na wykresie x(t) w ruchu jednostajnym prostoliniowym otrzymujemy linię prostą. Jej nachylenie odpowiada prędkości ciała.
Na wykresie v(t) w ruchu jednostajnym prostoliniowym otrzymujemy linię poziomą, ponieważ prędkość jest stała.
Na wykresie v(t) w ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym otrzymujemy linię prostą. Jej nachylenie odpowiada przyspieszeniu ciała.
Przykładowe zadania
Zadanie 1: Samochód porusza się ze stałą prędkością 72 km/h. Oblicz, jaką drogę przebędzie w ciągu 10 sekund.
Rozwiązanie: Najpierw zamieniamy prędkość na m/s: 72 km/h = 20 m/s. Następnie korzystamy ze wzoru s = v * t: s = 20 m/s * 10 s = 200 m. Odpowiedź: Samochód przebędzie 200 metrów.
Zadanie 2: Ciało rusza z miejsca z przyspieszeniem 2 m/s2. Oblicz, jaką prędkość osiągnie po 5 sekundach.
Rozwiązanie: Korzystamy ze wzoru v = v0 + a * t. Ponieważ ciało rusza z miejsca, to v0 = 0. Zatem v = 0 + 2 m/s2 * 5 s = 10 m/s. Odpowiedź: Ciało osiągnie prędkość 10 m/s.
Pamiętaj, aby przed rozwiązywaniem zadań dokładnie przeczytać treść i wypisać dane. Upewnij się, że wszystkie jednostki są spójne (np. metry i sekundy). Powodzenia na sprawdzianie!
