Back to the topics list

prędkość, przyśpieszenie, ruch

W świecie fizycznym jednym z najbardziej powszechnych zjawisk jest ruch. Dziedzina nauki, która zajmuje się zachowaniem poruszających się obiektów, nazywana jest „mechaniką”.

Mechanika jest dalej podzielona na dwie sekcje – Kinematyka i Dynamika.

Kinematyka zajmuje się badaniem ruchu bez uwzględnienia przyczyny ruchu.

Dynamika zajmuje się przyczyną ruchu, a mianowicie siłą.

Ruch oznacza ruch. Mówimy, że obiekt jest w ruchu, jeśli w określonym czasie zmienia swoje położenie względem otoczenia. Mówimy, że obiekt jest w spoczynku, jeśli nie zmienia swojego położenia względem otoczenia. Układem odniesienia jest inny obiekt lub scena, względem którego porównujemy położenie danego obiektu.

Każdy rodzaj ruchu jest kontrolowany przez inny rodzaj siły.

Kiedy obiekt pokonuje równe odległości w równych odstępach czasu, mówi się, że porusza się ruchem jednostajnym. Ruch jednostajny to ruch ze stałą prędkością po linii prostej. Przykład: tocząca się piłka.

Kiedy obiekt pokonuje nierówne odległości w równych odstępach czasu, mówi się, że porusza się niejednostajnie.

Ruch nieregularny to ruch, który nie ma oczywistego wzorca ruchu. Przykład: latająca pszczoła.

Istnieją dwa podstawowe rodzaje ruchu: postępowy i obrotowy.

Tłumaczenie oznacza ruch wzdłuż ścieżki.

Obrót oznacza ruch wokół ustalonej osi. Oś to środek, wokół którego coś się obraca.

Ruch translacyjny jest definiowany przez wypadkową siłę (suma różnych sił) działającą na obiekt.

Obrót jest określony przez moment obrotowy. Moment obrotowy to siła, która powoduje obrót obiektu.

Rodzaje ruchu

1. Ruch liniowy jest najbardziej podstawowym ze wszystkich ruchów. Jest to rodzaj ruchu, w którym wszystkie części obiektu poruszają się w tym samym kierunku, a każda część porusza się na równą odległość. Jest to również znane jako ruch translacyjny, ponieważ ruch obiektu odbywa się w linii prostej. Ruch liniowy mierzy się prędkością i kierunkiem. Odległość przebyta przez obiekt w jednostce czasu nazywana jest prędkością. Przykład: poruszający się samochód lub obiekt spadający w wyniku przyciągania grawitacyjnego ziemi.

• Ruch po linii prostej nazywamy ruchem prostoliniowym
• Ruch po zakrzywionej ścieżce nazywa się ruchem krzywoliniowym

2. Ruch obrotowy to ruch obiektu po torze kołowym wzdłuż ustalonego punktu jako wyznaczonego środka oraz ruch po obwodzie toru, w regularnej odległości od środka. Ten rodzaj ruchu jest punktem wyjścia wielu mechanizmów. Przykład: kołowrotek.

3. Ruch posuwisto-zwrotny to ruch w przód iw tył. Przykład: ruch w górę iw dół jo-jo.

4. Ruch oscylacyjny to ruch postępowo-zwrotny z elementami ruchu obrotowego, takimi jak kołysanie. Oscylacja może być okresowym ruchem, który powtarza się w regularnym cyklu lub równych odstępach czasu, jak bujane krzesło lub oscylacja wahadła w zegarze. Wahadło, które wychyla się ze stałego punktu mocowania i porusza się po łuku, jest klasycznym przykładem ruchu oscylacyjnego. Zraszacz lub wentylator oscylacyjny robią to samo, z tym wyjątkiem, że oscylują one raczej w płaszczyźnie poziomej niż pionowej i są napędzane silnikami, a nie grawitacją. Ruch oscylacyjny odbywa się wokół punktu równowagi lub wartości średniej.

Istnieją trzy zmienne oscylacji:

• Amplituda to maksymalne przesunięcie od punktu równowagi. Jeśli wahadło wychyla się o jeden centymetr od punktu równowagi przed rozpoczęciem podróży powrotnej, amplituda drgań wynosi jeden centymetr.
• Kropka to czas potrzebny na pełny obrót obiektu w obie strony, powracając do pozycji początkowej. Jeśli wahadło zaczyna się z prawej strony i zajmuje sekundę, aby przebyć całą drogę w lewo, a kolejną sekundę, aby powrócić w prawo, jego okres wynosi dwie sekundy. Okres jest zwykle mierzony w sekundach.
• Częstotliwość to liczba cykli w jednostce czasu. Częstotliwość równa się jeden podzielony przez okres. Częstotliwość jest mierzona w hercach lub cyklach na sekundę.

Bardzo często obiekty poruszają się skomplikowanym ruchem. Skomplikowany ruch można podzielić na prostsze rodzaje ruchu. Przykładem skomplikowanego ruchu jest latające frisbee. Ruch frisbee składa się z ruchu liniowego i obrotowego.

Siły tarcia i grawitacji wpływają na ruch obiektów – spowalniają ruch.

Siła tarcia, która spowalnia ciało w ruchu i ostatecznie zatrzymuje poruszający się obiekt, nazywana jest tarciem kinetycznym. Na przykład, kiedy pchasz pudełko po podłodze, część energii twojego pchania przesuwa pudełko, a część energii jest tracona na tarcie kinetyczne. Im mniej teksturowana jest powierzchnia, tym dalej obiekt się przesunie. Dzieje się tak, ponieważ gładkie powierzchnie mają mniejszą siłę tarcia. Na tarcie wpływa tekstura zarówno powierzchni, jak i poruszającego się obiektu.

Odległość i przemieszczenie

Odległość między końcem A a końcem B wynosi 150 km. Autobus jedzie od końca A do końca B. Odległość pokonywana przez autobus wynosi 150 km. Jadąc tą samą trasą, autobus wraca z pętli B do pętli A. Zatem łączna odległość, jaką pokonuje autobus podczas podróży z punktu A do punktu B, a następnie z punktu B do punktu A, wynosi 150 km + 150 km = 300 km.

Autobus jadący z A do B i ponownie z B do A

• Odległość pokonywana przez poruszający się obiekt to rzeczywista długość ścieżki, po której porusza się obiekt.
• Odległość jest wielkością skalarną. Jednostką odległości w układzie SI jest metr.
• Położenie autobusu zmieniło się, gdy przemieścił się z końca A do końca B. Przesunięcie z punktu A do punktu B wynosi 150 km. Przemieszczenie w drodze powrotnej również wynosi 150 km.
• Przemieszczenie to najkrótsza droga, jaką przebywa poruszający się obiekt od punktu odniesienia (początkowego położenia ciała) w określonym kierunku.
• Ale przemieszczenie, gdy autobus porusza się z A do B, a następnie z B do A, wynosi zero. Jednostką przemieszczenia w układzie SI jest metr.
• Przemieszczenie jest wektorem, tzn. przemieszczenie jest określone liczbą z odpowiednimi jednostkami i kierunkiem.

Co to jest bezwładność?

Bezwładność oznacza opór wobec jakiejkolwiek zmiany ruchu. Wszystkie obiekty mają bezwładność. Im większa masa obiektu, tym większa jest jego bezwładność. Pierwsza zasada dynamiki Newtona mówi, że poruszające się obiekty będą się poruszać w tym samym kierunku iz tą samą prędkością. Stwierdza również, że obiekty pozostają w spoczynku, chyba że działa na nie siła zewnętrzna. Kiedy kierowca samochodu hamuje, samochód zwalnia. Jednak ludzie w samochodzie będą jechać z tą samą prędkością, z jaką jechał samochód, ze względu na ich bezwładność. Pas bezpieczeństwa działa jak siła, która utrzymuje ludzi w miejscu. Pasy bezpieczeństwa chronią ludzi przed obrażeniami, gdy samochód nagle się zatrzymuje.

Prosty harmonijmy ruch

Prosty ruch harmoniczny (SHM) jest rodzajem ruchu oscylacyjnego. Prosty ruch harmoniczny ma zasadniczo trzy cechy: Ruch zawsze wraca do równowagi, podąża tą samą drogą i oscyluje wokół równowagi. SHM powstaje, gdy siła lub moment obrotowy, które mają tendencję do przywracania równowagi, są wprost proporcjonalne do przemieszczenia z równowagi, są wprost proporcjonalne do przemieszczenia z równowagi.

Prędkość to odległość przebyta w określonym czasie. Prędkość = Odległość/Czas. Jednostką prędkości w układzie SI jest m/s. Prędkość jest wielkością skalarną.

Obiekt porusza się ze stałą prędkością, jeśli pokonuje równe odległości w równych odstępach czasu.

Jeśli pokonywana odległość zmienia się w czasie, mówi się, że obiekt porusza się ze zmienną prędkością.

Prędkość średnia i prędkość chwilowa

Kiedy podróżujemy pojazdem, prędkość pojazdu zmienia się od czasu do czasu, w zależności od warunków panujących na drodze. W takiej sytuacji prędkość jest obliczana jako stosunek całkowitej drogi przebytej przez pojazd do całkowitego czasu przejazdu. Nazywa się to średnią prędkością.

Prędkość chwilowa to prędkość w dowolnym momencie w tym przedziale czasu, mierzona za pomocą prędkościomierza działającego w czasie rzeczywistym.

Prędkość

Prędkość jest definiowana jako odległość przebyta przez poruszający się obiekt w określonym kierunku w jednostce czasu lub prędkość w określonym kierunku.

Prędkość = (odległość przebyta w określonym kierunku)/czas

Prędkość można również zdefiniować jako szybkość zmiany przemieszczenia.

Prędkość jest wielkością wektorową.

Mówimy, że ciało porusza się ruchem jednostajnym, jeśli pokonuje równe odległości w równych odstępach czasu w określonym kierunku.

Mówimy, że ciało porusza się ze zmienną prędkością, jeśli w równych odstępach czasu pokonuje nierówne odległości i odwrotnie w określonym kierunku lub zmienia kierunek ruchu.

Przyśpieszenie

Przyspieszenie definiuje się jako szybkość zmiany prędkości poruszającego się ciała w czasie. Ta zmiana może być zmianą prędkości obiektu lub jego kierunku ruchu lub obu.

Przyspieszenie = Szybkość zmiany prędkości w czasie

Jednostką przyspieszenia w układzie SI jest m/s ²

Przyspieszenie jest wielkością wektorową.

Istnieją różne rodzaje przyspieszenia:

• Przyspieszenie dodatnie – jeśli prędkość obiektu wzrasta, mówi się, że porusza się on z przyspieszeniem dodatnim. Przykład, piłka tocząca się po pochyłej płaszczyźnie.
• Przyspieszenie ujemne - jeśli prędkość obiektu maleje, mówi się, że porusza się on z przyspieszeniem ujemnym. Ujemne przyspieszenie jest również znane jako opóźnienie lub opóźnienie. Przykład: piłka poruszająca się po pochyłej płaszczyźnie.