Fizyka – to proste!

W związku z poszukiwaniami wzorów fizycznych przez co raz to większe grono osób, postaram się wymienić wszystkie:

Wzór na prędkość w ruchu jednostajnym prostoliniowym:
, prędkość podajemy w metrach na sekundę:
Wraz z przekształceniami:
, drogę podajemy w metrach: m
, czas podajemy w sekundach: s

Wzór na przyspieszenie w ruchu jednostajnie przyspieszonym / opóźnionym
, przyspieszenie podajemy w metrach na sekundę do kwadratu,
Oraz przekształcenia:
, prędkość jw.
, czas jw.

Jest jeszcze drugi wzór:

A jego przekształcenia to:
, siłę podajemy w niutonach: N

Wzór na energię potencjalną:
, energię potencjalną podajemy w dżulach: J
Wraz z przekształceniami:
, masę podajemy w kilogramach: kg
, przyspieszenie grawitacyjne podajemy w metrach na sekundę do kwadratu, – w przypadku grawitacji Ziemi jest to stała fizyczna i wynosi w przybliżeniu
, wysokość podajemy w metrach: m

Wzór na pęd:
, pęd podajemy w kilogramach razy metr:
Przekształceniami wzoru są:
, masa jw.
, prędkość jw.

Wzór na pracę:
, pracę podajemy w dżulach: J
Przekształcenia:
, siła jw.
, droga jw.

Zadanie 3: Oblicz energię potencjalną sportowca o masie 60 kg, znajdującego się na trampolinie o wysokości 5m. Oblicz wartość prędkości z jaką wpada on do wody, jeżeli opory powietrza zaniedbamy.

Dane:

Szukane:

Wzory:

Rozwiązanie:


Odpowiedź 1: Na wysokości 5 metrów, energia potencjalna pływaka wynosi 3000J.

W momencie zetknięcia się pływaka z wodą cała energia potencjalna jest zamieniona na kinetyczną. Przekształcamy wzór na energię kinetyczną, tak aby szukana wartość v znalazła się po lewej stronie znaku równości, zaś nasze wiadome – po prawej.

Odpowiedź 2: Pływak zetknie się z wodą z prędkością 10.

Zadanie 2: Pewno ciało ruszyło z miejsca przyśpieszeniem . Oblicz po jakim czasie ciało to przebyło drogę 20 m (dane, szukane, wzór, obliczenie, sprawdzenie, jednostki).  Przekształć wzór względem “t” i oblicz czas.

Dane:

Wzory:

Chcemy uzyskać wzór, który zawierać będzie zarówno czas, drogę jak i przyspieszenie, w tym celu połączymy wzory na przyspieszenie i wzór na szybkość podstawiając w miejsce v we wzorze na przyspieszenie, wzór na szybkość.

Teraz pozostaje nam tak przekształcić wzór, by uzyskać t.
, obustronnie mnożymy przez
, obustronnie dzielimy przez a


Podstawiamy do wzoru:

Cokolwiek wokół nas się zmienia, aby dokonać tej zmiany należy użyć w tym celu energię.

Za każdym razem kiedy coś zmienia swoje położenie, temperaturę, gęstość, oddziałuje na ciało określona ilość energii, nazywaną pracą. Pracę wyrażamy w dżulach (J), a symbol używany we wzorach to W (duże W). Aby utrzymać wartość pracy, należy pomnożyć przez siebie siłę oddziałującą na ciało oraz przesunięcie jakie dzięki tej sile wykonujemy na danym ciele. Tak więc wzór na pracę wygląda tak: , więc .

Jeżeli w jakimkolwiek z zadań praca będzie wartością ujemną - nie jest to błąd! Ujemna praca oznacza, że to właśnie ciało wykonuje pracę, oddaje energię zgromadzoną wewnątrz siebie.

Wzór jest łatwy do zapamiętania. Dlaczego? Rzuć okiem na wykres:

Co przychodzi Ci na myśl? Tak! Praca wykonana przez ciało to pole pod wykresem czyli długość jednego boku prostokąta pomnożona przez długość drugiego końca prostokąta!

Opisując większość terminów w fizyce, używamy określenia ciało. W przypadku ruchu, ciałem możemy nazwać człowieka, zwierzę, samochód, samolot czy każdą inną rzecz.

Kiedy mamy więc do czynienia z ruchem?
Ruchem nazywamy zmianę położenia ciała względem punktu odniesienia. Brzmi niezrozumiale?

Załóżmy, że jedziesz samochodem po autostradzie (polskiej ;P), gdy nagle na równoległym pasie pojawia się samochód. Porusza się on przez moment z tą samą szybkością, co Twój samochód. Twoim punktem odniesienia jest Twój samochód, a samochód jadący z tą samą prędkością nie porusza się względem Twojego samochodu. Nie jest to wtedy ruch. Gdy jednak na poboczu stoi obserwator – obydwa samochody zmieniają położenie (przemieszczają się) względem jego punktu odniesienia. Wtedy masz do czynienia z ruchem.

Jeszcze jeden przykład. Załóżmy, że na orbicie Ziemii znajduje się statek kosmiczny. Astronauta wygląda przez okno i widzi, dla przykładu Mur Chiński. Patrząc na obiekt widzi, że przemieszcza się on wraz z ruchem Ziemii wokół własnej osi. Jest to ruch (Mur Chiński zmienia położenie względem statku kosmicznego). Także osoba oglądająca statek kosmiczny z Ziemii zaobserwuje przemieszczanie się statku kosmicznego, który w tym momencie równie dobrze może stać w miejscu (względem innego punktu odniesienia).

Jak opisać ruch?
Jak wspomniałem wcześniej, ruch to przemieszczenie. Jeżeli coś zmienia położenie to najlepiej określić jego przesunięcie w metrach (m). Jest to podstawowa jednostka drogi w układzie SI. We wzorach, do określania drogi używa się s (mała litera s).

Opisując ruch możemy także powiedzieć o czasie, który nastąpił podczas zmiany położenia ciała względem punktu odniesienia. Podstawową jednostką czasu według SI to sekundy (s). We wzorach czas oznaczamy za pomocą t (mała litera t).

Przebyta przez ciało droga w stosunku do czasu jaki upłynął nazywamy prędkością (jeśli mamy na myśli wielkość wektorową) lub szybkością (gdy mamy na myśli wielkość skalarną – najczęściej używana). We wzorach szybkość oznaczana jest jako v (mała litera v), w przypadku wielkości wektorowej , podstawową jednostką jest… (metr na sekundę).

Wzór na obliczenie szybkości ciała to gdzie, jak już zapewne wiesz v oznacza prędkość, s oznacza przebytą przez ciało drogę, t oznacza czas, w jakim ciało przebyło tę drogę.

Ajć! Znowu się zagmatwało? Przyjmijmy, że w szkole, na WF’ie zaliczałeś bieg na 100 metrów. Twój czas wynosił 12 sekund. Jak więc obliczyć Twoją średnią szybkość podczas całego biegu? To proste!

Wynik? Średnio podczas biegu, w ciągu 1 sekundy poknywałeś m. To właśnie nazywamy szybkością.