כמויות פיזיקליות בתנועה לינארית

מאמר על כמויות הפיזיקה בתנועה לינארית

1. מרווח זמן

כאשר עצם נע ממקום אחד למשנהו, הוא זקוק למרווח זמן מסוים. סמל הזמן הוא t (זמן). יחידת הזמן של המערכת הבינלאומית היא שנייה (s).

2. מרחק ותזוזה

מרחק הוא אורך המסלול שעובר עצם. מרחק הוא גודל סקלרי, כאשר הגודל אינו תלוי בכיוון. סמל המרחק הוא d ויחידת המידה הבינלאומית היא מטר (מ').

תזוזה היא שינוי במיקום של עצם. תזוזה היא גודל וקטורי, ולכן תזוזה מורכבת מגודל התזוזה ומכיוון התזוזה. התזוזה תלויה בכיוון כך שהיא יכולה להיות חיובית או שלילית. אם היא מחושבת בקואורדינטות קרטזיות, אז בהתאם להסכם, אם כיוון התזוזה הוא בכיוון ציר ה-x החיובי וציר ה-y החיובי, אז התזוזה היא חיובית. לעומת זאת, אם כיוון התזוזה הוא בכיוון ציר ה-x השלילי וציר ה-y השלילי, אז התזוזה היא שלילית. כיוון התזוזה מצוין בדרך כלל גם בצפון, מזרח, דרום ומערב. סמל התזוזה הוא d ויחידת המידה הבינלאומית היא מטר (מ').

בעיה לדוגמה 1:

תלמיד נע מזרחה עד 2 מטרים. מהו המרחק וגודל התזוזה של התלמיד?

א = מיקום התחלתי, ב = מיקום סיום.

מרחק (ד') = 2 מטר

גודל התזוזה (d) = 2 מטר. כיוון התזוזה = מזרח

בעיה לדוגמה 2:

תלמיד נע מזרחה עד 2 מטרים ואז נע מערבה עד 2 מטרים. מהו המרחק וגודל התזוזה של התלמיד?

א = מיקום התחלתי ומיקום סופי

מרחק (ד) = 2 מטר + 2 מטר = 4 מטר

גודל התזוזה (d) = 2 מטר – 2 מטר = 0. מיקום קצה = מיקום התחלתי כך שאין תזוזה.

בעיה לדוגמה 3:

תלמיד נע מזרחה עד 2 מטרים ואז נע מערבה עד מטר אחד. מהו המרחק וגודל התזוזה של התלמיד?

א = נקודת התחלה, ב = נקודת סיום.

מרחק (ד) = 2 מטר + 1 מטר = 3 מטר

גודל התזוזה (d) = 2 מטר – 1 מטר = 1 מטר. כיוון התזוזה = מזרח

3. מהירות ומהירות

מהירות היא גודל סקלרי, בעוד שמהירות היא גודל וקטורי. מהירות מורכבת מגודל המהירות ומכיוון המהירות. סמל המהירות הוא v וסמל המהירות הוא v (מהירות). יחידת המידה הבינלאומית של מהירות ומהירות היא מטרים לשנייה (מ/ש).

א. מהירות ממוצעת ומהירות ממוצעת

בעיה לדוגמה 1:

תלמיד נע מזרחה עד 2 מטרים למשך שנייה אחת. מהי המהירות הממוצעת וגודל המהירות הממוצעת של התלמיד?

כיוון המהירות הממוצעת = כיוון התזוזה = מזרחה

בעיה לדוגמה 2:

תלמיד נע מזרחה עד 2 מטרים למשך שנייה אחת ולאחר מכן נע מערבה עד מטר אחד למשך 2 שניות. מהי המהירות הממוצעת וגודל המהירות הממוצעת של התלמיד?

כיוון המהירות הממוצעת = כיוון התזוזה = מזרחה

ב. מהירות רגעית ומהירות רגעית

מהירות רגעית = מרחק קטן מאוד שעברו במהלך פרק זמן קצר מאוד. גודל המהירות הרגעית = תזוזה קטנה מאוד שעברו במהלך פרק זמן קצר מאוד. אם אי פעם רכבתם על אופנוע או מכונית, בוודאי ראיתם מד מהירות. בעת רכיבה על אופנוע, מהירות האופנוע משתנה ומוצגת על ידי מד המהירות.

בפיזיקה, מהירות רגעית מקוצרת לעתים קרובות כ-speed. באופן דומה, המהירות הרגעית מקוצרת לעתים קרובות כ-velocity. שימו לב שניתן להחליף את גודל המהירות במהירות. הסיבה לכך היא שגודל המהירות נחשב שווה למהירות. גודל המהירות נחשב שווה למהירות מכיוון שהמרחק וגודל התזוזה זהים אם הם קטנים מאוד. למרות שהמרחק וגודל התזוזה אינם תמיד זהים (השווה לדיון על מרחק ותזוזה), אם המרחק וגודל התזוזה קטנים מאוד, אז הם חייבים להיות בעלי אותו ערך.

4. האצה

תאוצה היא גודל וקטורי, ולכן יש את גודל התאוצה ואת כיוון התאוצה. סמל התאוצה הוא a (תאוצה). יחידת המידה ה-SI של תאוצה היא מטרים לשנייה בריבוע (מ/שנייה ² ).

א. תאוצה ממוצעת

בעיה לדוגמה:

מכונית מתחילה לנוע מזרחה מעמידה עד שהיא מגיעה למהירות של 10 מטר/שנייה למשך 5 שניות. חשב את גודל התאוצה הממוצעת!

כיוון התאוצה הממוצעת הוא מזרח.

בממוצע, מהירות המכונית עולה ב-2 מטר/שנייה בכל שנייה. אם גודל התאוצה של המכונית קבוע, אזי מהירות המכונית תמיד עולה ב-2 מטר/שנייה בכל שנייה. אם גודל התאוצה של המכונית אינו קבוע, אזי מהירות המכונית לא תמיד עולה ב-2 מטר/שנייה בכל שנייה. ייתכן שמהירות המכונית תעלה ב-1 מטר/שנייה בשנייה הראשונה, ולאחר מכן ב-3 מטר/שנייה בשנייה. אבל בממוצע, כאשר היא נעה במשך 5 שניות, גודל מהירות המכונית עולה ב-2 מטר/שנייה בכל שנייה.

ב. תאוצה מיידית

תאוצה רגעית היא שינוי במהירות במהלך פרק זמן קצר מאוד. תאוצה רגעית נקראת לעתים קרובות תאוצה. לכן, אם אומרים שהיא תאוצה, הכוונה היא לתאוצה רגעית. אומרים שעצם חווה תאוצה אם מהירותו משתנה. מהירות היא גם גודל וקטורי, הכולל את גודל המהירות ואת כיוון המהירות. לכן ישנם שלושה תנאים שבהם אומרים שעצם נע מאיץ. ראשית, אומרים שעצם חווה תאוצה אם גודל המהירות או הקצב משתנים (כיוון המהירות קבוע).

בדוגמה הראשונה, מכונית נמצאת בתחילה במנוחה (v = 0). שנייה לאחר מכן מהירותה עולה ל-5 מטר/שנייה. מהירות המכונית עולה, כך שנאמר שהמכונית מאיצה. בדוגמה השנייה, מכונית נעה בתחילה במהירות של 5 מטר/שנייה. שנייה לאחר מכן המכונית עוצרת. מהירות המכונית יורדת מכיוון שנאמר שהמכונית חווה תאוצה שלילית או שהמכונית חווה האטה. שנית, נאמר שעצם חווה תאוצה אם כיוון מהירותו משתנה (גודל המהירות קבוע). כיוון המהירות = כיוון התזוזה = כיוון התנועה. שלישית, נאמר שעצם חווה תאוצה אם גם גודל וגם כיוון מהירותו משתנים.