Άρθρο σχετικά με τις Φυσικές Ποσότητες στην γραμμική κίνηση
1. Χρονικό διάστημα
Όταν ένα αντικείμενο μετακινείται από το ένα μέρος στο άλλο, χρειάζεται ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Το σύμβολο του χρόνου είναι t (χρόνος). Η μονάδα χρόνου του διεθνούς συστήματος είναι το δευτερόλεπτο (s).
2. Απόσταση και μετατόπιση
Η απόσταση είναι το μήκος της διαδρομής που διανύει ένα αντικείμενο. Η απόσταση είναι μια βαθμωτή ποσότητα, όπου η ποσότητα δεν εξαρτάται από την κατεύθυνση. Το σύμβολο της απόστασης είναι d και η μονάδα του διεθνούς συστήματος είναι το μέτρο (m).
Η μετατόπιση είναι μια αλλαγή στη θέση ενός αντικειμένου. Η μετατόπιση είναι διανυσματικές ποσότητες, επομένως η μετατόπιση αποτελείται από το μέγεθος της μετατόπισης και την κατεύθυνση της μετατόπισης. Η μετατόπιση εξαρτάται από την κατεύθυνση, επομένως μπορεί να είναι θετική ή αρνητική. Αν υπολογίζεται σε Καρτεσιανές συντεταγμένες, τότε σύμφωνα με τη συμφωνία, αν η κατεύθυνση της μετατόπισης είναι προς την κατεύθυνση του θετικού άξονα x και του θετικού άξονα y, τότε η μετατόπιση είναι θετική. Αντίθετα, αν η κατεύθυνση της μετατόπισης είναι προς την κατεύθυνση του αρνητικού άξονα x και του αρνητικού άξονα y, τότε η μετατόπιση είναι αρνητική. Η κατεύθυνση της μετατόπισης αναφέρεται επίσης συνήθως στα βόρεια, ανατολικά, νότια και δυτικά. Το σύμβολο της μετατόπισης είναι d και η μονάδα του διεθνούς συστήματος είναι το μέτρο (m).
Δείγμα προβλήματος 1:
Ένας μαθητής κινείται ανατολικά μέχρι 2 μέτρα. Ποια είναι η απόσταση και το μέγεθος της μετατόπισης του μαθητή;
a = αρχική θέση, b = τελική θέση.
Απόσταση (d) = 2 m
Το μέγεθος της μετατόπισης (d) = 2 m. Κατεύθυνση μετατόπισης = ανατολικά
Δείγμα προβλήματος 2:
Ένας μαθητής κινείται ανατολικά μέχρι 2 μέτρα και στη συνέχεια δυτικά μέχρι 2 μέτρα. Ποια είναι η απόσταση και το μέγεθος της μετατόπισης του μαθητή;
a = αρχική θέση και τελική θέση
Απόσταση (d) = 2 m + 2 m = 4 m
Το μέγεθος της μετατόπισης (d) = 2 m – 2 m = 0. Τελική θέση = αρχική θέση έτσι ώστε να μην υπάρχει μετατόπιση.
Δείγμα προβλήματος 3:
Ένας μαθητής κινείται ανατολικά μέχρι 2 μέτρα και στη συνέχεια δυτικά μέχρι 1 μέτρο. Ποια είναι η απόσταση και το μέγεθος της μετατόπισης του μαθητή;
a = αρχική θέση, b = τελική θέση.
Απόσταση (d) = 2 m + 1 m = 3 m
Το μέγεθος της μετατόπισης (d) = 2 m – 1 m = 1 m. Κατεύθυνση μετατόπισης = ανατολικά
3. Ταχύτητα και ταχύτητα
Η ταχύτητα είναι ένα βαθμωτό μέγεθος, ενώ η ταχύτητα είναι ένα διανυσματικό μέγεθος. Η ταχύτητα αποτελείται από ένα μέγεθος της ταχύτητας και μια κατεύθυνση της ταχύτητας. Το σύμβολο της ταχύτητας είναι v και το σύμβολο της ταχύτητας είναι v (ταχύτητα). Η μονάδα του διεθνούς συστήματος για τη μέτρηση της ταχύτητας και της ταχύτητας είναι τα μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m/s).
α. Μέση ταχύτητα και μέση ταχύτητα
Δείγμα προβλήματος 1:
Ένας μαθητής κινείται ανατολικά μέχρι και 2 μέτρα για 1 δευτερόλεπτο. Ποια είναι η μέση ταχύτητα και το μέγεθος της μέσης ταχύτητας του μαθητή;
Η κατεύθυνση της μέσης ταχύτητας = κατεύθυνση μετατόπισης = προς τα ανατολικά
Δείγμα προβλήματος 2:
Ένας μαθητής κινείται ανατολικά μέχρι 2 μέτρα για 1 δευτερόλεπτο και στη συνέχεια κινείται δυτικά μέχρι 1 μέτρο για 2 δευτερόλεπτα. Ποια είναι η μέση ταχύτητα και το μέγεθος της μέσης ταχύτητας του μαθητή;
Κατεύθυνση μέσης ταχύτητας = κατεύθυνση μετατόπισης = προς ανατολικά
β. Στιγμιαία ταχύτητα και στιγμιαία ταχύτητα
Στιγμιαία ταχύτητα = πολύ μικρή διανυθείσα απόσταση σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Το μέγεθος της στιγμιαίας ταχύτητας = πολύ μικρή μετατόπιση που διανύθηκε σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Αν έχετε οδηγήσει ποτέ μοτοσικλέτα ή αυτοκίνητο, σίγουρα θα έχετε δει ταχύμετρο. Όταν οδηγείτε μοτοσικλέτα, η ταχύτητα μιας μοτοσικλέτας αλλάζει και φαίνεται από το ταχύμετρο.
Στη φυσική, η στιγμιαία ταχύτητα συχνά συντομεύεται ως ταχύτητα. Ομοίως, η στιγμιαία ταχύτητα συχνά συντομεύεται ως ταχύτητα. Λάβετε υπόψη ότι μπορούμε να αντικαταστήσουμε το μέγεθος της ταχύτητας με την ταχύτητα. Αυτό συμβαίνει επειδή το μέγεθος της ταχύτητας θεωρείται ίσο με την ταχύτητα. Το μέγεθος της ταχύτητας θεωρείται ίσο με την ταχύτητα επειδή η απόσταση και το μέγεθος της μετατόπισης είναι τα ίδια αν είναι πολύ μικρή. Αν και η απόσταση και το μέγεθος της μετατόπισης δεν είναι πάντα τα ίδια (συγκρίνετε με τη συζήτηση σχετικά με την απόσταση και τη μετατόπιση), αλλά αν η απόσταση και το μέγεθος της μετατόπισης είναι πολύ μικρά, τότε πρέπει να έχουν την ίδια τιμή.
4. Επιτάχυνση
Η επιτάχυνση είναι ένα διανυσματικό μέγεθος, επομένως υπάρχει το μέγεθος της επιτάχυνσης και η κατεύθυνση της επιτάχυνσης. Το σύμβολο της επιτάχυνσης είναι a (επιτάχυνση). Η μονάδα επιτάχυνσης στο Διεθνές Σύστημα (SI) είναι μέτρα ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο (m/s² ).
α. Μέση επιτάχυνση
Δείγμα προβλήματος:
Ένα αυτοκίνητο αρχίζει να κινείται ανατολικά από την ηρεμία μέχρι να φτάσει σε ταχύτητα 10 m/s για 5 δευτερόλεπτα. Υπολογίστε το μέγεθος της μέσης επιτάχυνσης!
Η κατεύθυνση της μέσης επιτάχυνσης είναι προς τα ανατολικά.
Κατά μέσο όρο, η ταχύτητα του αυτοκινήτου αυξάνεται κατά 2 m/s κάθε δευτερόλεπτο. Εάν το μέγεθος της επιτάχυνσης του αυτοκινήτου είναι σταθερό, τότε η ταχύτητα του αυτοκινήτου αυξάνεται πάντα κατά 2 m/s κάθε δευτερόλεπτο. Εάν το μέγεθος της επιτάχυνσης του αυτοκινήτου δεν είναι σταθερό, τότε η ταχύτητα του αυτοκινήτου δεν αυξάνεται πάντα κατά 2 m/s κάθε δευτερόλεπτο. Μπορεί η ταχύτητα του αυτοκινήτου να αυξηθεί κατά 1 m/s το πρώτο δευτερόλεπτο και στη συνέχεια να αυξηθεί κατά 3 m/s στο δεύτερο. Αλλά κατά μέσο όρο, όταν κινείται για 5 δευτερόλεπτα, το μέγεθος της ταχύτητας του αυτοκινήτου αυξάνεται κατά 2 m/s κάθε δευτερόλεπτο.
β. Στιγμιαία επιτάχυνση
Η στιγμιαία επιτάχυνση είναι μια μεταβολή της ταχύτητας κατά τη διάρκεια ενός πολύ μικρού χρονικού διαστήματος. Η στιγμιαία επιτάχυνση συχνά ονομάζεται επιτάχυνση. Επομένως, αν λέγεται επιτάχυνση, αυτό που εννοείται είναι στιγμιαία επιτάχυνση. Ένα αντικείμενο λέγεται ότι παρουσιάζει επιτάχυνση εάν αλλάξει η ταχύτητά του. Η ταχύτητα είναι επίσης ένα διανυσματικό μέγεθος, το οποίο περιλαμβάνει το μέγεθος της ταχύτητας και την κατεύθυνση της ταχύτητας. Επομένως, υπάρχουν τρεις συνθήκες υπό τις οποίες ένα κινούμενο αντικείμενο λέγεται ότι επιταχύνεται. Πρώτον, ένα αντικείμενο λέγεται ότι παρουσιάζει επιτάχυνση εάν αλλάξει το μέγεθος της ταχύτητας ή της ταχύτητας (η κατεύθυνση της ταχύτητας είναι σταθερή).
Στο πρώτο παράδειγμα, ένα αυτοκίνητο βρίσκεται αρχικά σε ηρεμία (v = 0). Ένα δευτερόλεπτο αργότερα, η ταχύτητά του αυξάνεται στα 5 m/s. Η ταχύτητα του αυτοκινήτου αυξάνεται, επομένως λέμε ότι το αυτοκίνητο επιταχύνει. Στο δεύτερο παράδειγμα, ένα αυτοκίνητο κινείται αρχικά με ταχύτητα 5 m/s. Ένα δευτερόλεπτο μετά το αυτοκίνητο σταματά. Η ταχύτητα του αυτοκινήτου μειώνεται επειδή λέμε ότι το αυτοκίνητο παρουσιάζει αρνητική επιτάχυνση ή ότι το αυτοκίνητο παρουσιάζει επιβράδυνση. Δεύτερον, ένα αντικείμενο λέγεται ότι παρουσιάζει επιτάχυνση εάν η κατεύθυνση της ταχύτητάς του αλλάξει (το μέγεθος της ταχύτητας ή της ταχύτητας είναι σταθερό). Κατεύθυνση ταχύτητας = κατεύθυνση μετατόπισης = κατεύθυνση κίνησης. Τρίτον, ένα αντικείμενο λέγεται ότι παρουσιάζει επιτάχυνση εάν αλλάξουν τόσο το μέγεθος όσο και η κατεύθυνση της ταχύτητάς του.
