Ruch prostoliniowy
Ruch jako zjawisko wydaje się oczywistością. Wszyscy się ruszamy, nawet we śnie.
Choć niektórzy z nas biegają bardzo szybko to gazele, gepardy czy choćby duże psy mogą biec dużo szybciej niż mistrz świata w biegu na 100m.
Samochody i samoloty poruszają się szybciej niż najszybsze zwierzęta.
No ale to wiedza wszyscy.
"Ruch to zdrowie", ale ruch to także zjawisko fizyczne
Ruch jednostajny prostoliniowy
Ruch nazywany w fizyce jednostajnym, to taki ruch, w którym prędkość poruszającego się obiektu (ciała) jest stała (w danym przedziale czasu).
Ruch nazywamy - prostoliniowym wtedy, gdy nie zmienia się kierunek w jakim ruch się odbywa czyli w jakim przemieszcza się obiekt (ciało), którego ruch obserwujemy, mierzymy i opisujemy jako jednostajny, prostoliniowy. Jeśli kierunek się nie zmienia (obiekt nie skręca) to oznacza, że ruch odbywa się po linii prostej.
Zjawisko ruchu intuicyjnie łączy się prędkością, drogą i czasem.
Wszyscy wiemy, że jadąc samochodem poruszamy się z określoną prędkością wyrażaną w kilometrach na godzinę. Czyli prędkość = droga podzielona przez czas.
Jeśli przejechaliśmy samochodem po autostradzie z Poznania do Warszawy 300 km i zajęło to nam 3 godziny to oznacza, że nasza średnia prędkość wyniosła 300 km / 3 godziny czyli 100 km/godz.
Mówimy tu intuicyjnie o prędkości średniej, ponieważ wiemy, że musiała się ona zmieniać z różnym powodów w trakcie podróży.
Prędkość jako zależność drogi od czasu w ruchu jednostajnym - prostoliniowym
Prędkość w ruchu jednostajnym prostoliniowym
Zanim zaczniesz czytać - obejrzyj film
W ruchu jednostajnym prostoliniowym prędkość chwilowa obiektu czyli w każdej chwili lub inaczej mówiąc, w każdym momencie ruchu - w każdym punkcie na poziomej osi czasu - t jest taka sama i równa prędkości średniej. Prędkość średnią ruchu określa stosunek długości przebytej drogi - S do długości przedziału czasu w jakim ruch się odbywał.
Długość przebytej drogi czyli przedział od punktu początkowego do punktu końcowego (obserwacji i/lub pomiaru), oznaczono na rysunku powyżej jako Δ s (czyt. delta s). To na przykład te 300 km z Poznania do Warszawy, Zaś Δ t (delta t) to czas przejazdu, w tym samym przykładzie to 3 godziny.
Delta - Δ to litera greckiego alfabetu, którą zapisujemy jako mały trójkąt równoramienny przed literką s. Znak Δ - duża litera Δ - delta odpowiada literze D (mała litera δ to d) w alfabecie łacińskim, którym posługujemy się w większości krajów tzw. cywilizacji łacińskiej. Oczywiście także w alfabecie i języku polskim. Znak / litera Δ (delta) wykorzystywana jest w fizyce i matematyce do oznaczania przedziału lub przyrostu jakieś wielkości - tutaj przedziału drogi i przedziału czasu.
Prędkość średnią wyliczamy więc wg następującego wzoru:
całkowita droga S
prędkość średnia V = -----------------------
przedział czasu t
We wzorze na prędkość często pomija się znak Δ (delty) rozumiejąc, że np. S oznacza przedział drogi, a nie punkt na drodze natomiast t oznacza przedział czasu, a nie moment (punkt) na skali czasu.
Najczęściej więc wzór na prędkość średnią (V) zapisujemy jako: V = S / t
Po przeczytaniu obejrzyj film ponownie i przemyśl zagadnienia ruchu jednostajnego prostoliniowego.
Prędkość chwilowa
Prędkość średnia i prędkość chwilowa
Zanim zaczniesz czytać - obejrzyj film
W rzeczywistym świecie, na Ziemi (bo w kosmosie jest inaczej), zarówno z ruchem jednostajnym (ze stałą niezmienną prędkością) jak i z ruchem prostoliniowym mamy do czynienia bardzo rzadko.
Prędkość w danym momencie określamy jako prędkość chwilową - w danej chwili. Prędkość chwilową możemy rozumieć jako prędkość wskazywaną przez miernik prędkości (np. prędkościomierz samochodu, lub wskazywaną przez nawigację GPS) w danym momencie - punkcie na skali czasu.
Jeśli samochód jedzie po płaskiej, prostej i o równej nawierzchni drodze z włączonym tempomatem to jego prędkość chwilowa się nie zmienia.
Najczęściej prędkość rośnie, gdy rozpoczynamy ruch (np. jazdę samochodem, a później zmienia się w zależności od warunków ruchu na drodze. Mamy więc do czynienia z ciągłym przyspieszaniem i zwalnianiem prędkości i ciągłymi zmianami kierunku jazdy.
Porównanie ruchu prostoliniowego ze stałą prędkością i zmieniającą się w czasie oraz obliczania prędkości średniej i porównanie z chwilową prezentuję na filmie. Kliknij jeśli nie oglądałeś, a jeśli oglądałeś to też kliknij - i obejrzyj drugi raz, to krótki filmik.
Podsumowanie
W fizyce (szczególnie tej "szkolnej") najczęściej opisuje się zjawiska jako modele, to znaczy pomija się, głównie dla jasności wywodu umożliwiającego zrozumienie zjawiska, czynniki nakładające się w rzeczywistych warunkach. Na przykład koleiny na drodze lub podmuch wiatru będzie miała wpływ na rzeczywistą prędkość samochodu, nawet na pozornie płaskiej drodze i z włączonym tempomatem.
Mam nadzieję, że teraz w odniesieniu do podstawowych zagadnień, zjawisk i wielkości fizycznych związanych z ruchem jednostajnym prostoliniowym możesz już sobie powiedzieć: "teraz rozumiem".
Jeśli coś wymagałoby dodatkowego wyjaśnienia nie wahaj się zapytać korzystając z linku poniżej.
Zadanie:
Jadąc jako pasażer samochodem wykorzystaj smartfon z nawigacją (może to być nawigacja Google maps).
Nawigacja GPS pokazuje prędkość samochodu dokładniej niż prędkościomierz samochodu.
Zobacz jak zmienia się prędkość jazdy samochodu pokazywana przez nawigację i porównaj ze wskazaniem prędkościomierza. Poproś kierowcę, aby na prostym odcinku drogi włączył tempomat, jeśli jest w aucie, którym jedziecie.
Napisz dlaczego, Twoim zdaniem, prędkościomierz samochodu i nawigacja pokazują różne prędkości. Jak i o ile się te wskazania różnią?
Jadąc samochodem (najlepiej za miastem, przy małym natężeniu ruchu) wybierz początek i koniec odcinka drogi i określ jej długść (najlepiej wg nawigacji GPS). Stoperem smartfona lub także wg nawigacji zmierz czas przejazdu.
Dzieląc przebytą drogę przez czas przejazdu oblicz prędkość średnią.
Prześlij mi dane twoich pomiarów i obliczeń.
Czy w czasie jazdy z tempomatem prędkość wskazywana przez nawigację zmieniała się czy nie? Napisz proszę dlaczego?
Miłej podróży i pouczającego doświadczania, obserwacji i pomiarów zjawiska ruchu!
tel.: 505 377 726 e-mail: kontakt@terazrozumiem.pl
NOTA PRAWNA: Zgodnie z art. 25 ust. 1 pkt 1 b) Ustawy o prawach autorskich i prawach pokrewnych (z 4 lutego 1994 r, z późn. zmianami) zastrzegam, że wszystkie materiały zamieszczone na terazrozumiem.pl są objęte prawami autorskimi, a ich dalsze rozpowszechnianie bez mojej zgody jest zabronione