Navngiv systemet og den størrelse der spørges om
Et spørgsmål om bevægelse, et om kræfter og et om energi kan beskrive den samme genstand og alligevel kræve forskellige modeller. Skriv hvad spørgsmålet beder dig finde, og list så de givne størrelser med enheder. En skitse af banen eller af kræfterne kan vise hvilken sammenhæng der passer.
I mekanik på introduktionsniveau holder du de angivne antagelser synlige: konstant masse, konstant acceleration eller ubetydelig modstand. Hvis en formel afhænger af en af de antagelser, hører den hjemme i forklaringen. En korrekt udregning med en model der ikke passer, svarer ikke på det fysiske problem.
Skeln gennemsnitsfart fra gennemsnitshastighed
Gennemsnitsfart er den samlede strækning divideret med forløbet tid. Gennemsnitshastighed er forskydningen divideret med forløbet tid, med retning. En løber der løber 100 m ud og 100 m tilbage på 50 s, har gennemsnitsfarten 200/50 = 4 m/s, men gennemsnitshastigheden er nul, fordi slutpositionen er den samme som startpositionen.
Eksemplet med cyklisten giver gennemsnitsfarten 5 m/s ud fra 150 m på 30 s. De totaler fastslår ikke farten på et bestemt tidspunkt. Hvis spørgsmålet gælder øjebliksfart, har du brug for mere information, for eksempel en lokal hældning på en graf der passer.
Aflæs grafen, før du bruger hældningen
I en graf over tilbagelagt strækning mod tid giver hældningen farten. Et ret linjestykke fra (10 s, 20 m) til (30 s, 80 m) har hældningen (80 − 20)/(30 − 10) = 3 m/s. Brug ændringerne mellem endepunkterne, ikke 80/30, fordi det her stykke starter efter origo.
En sted-tid-graf bruger sted, ikke tilbagelagt strækning. Dens hældning giver hastighed, som kan være negativ. I en hastighed-tid-graf er hældningen accelerationen, mens arealet med fortegn over et tidsinterval giver forskydningen. Den samme stigende linje betyder noget forskelligt, når den lodrette størrelse skifter.
Brug resultantkraft i Newtons anden lov
For en genstand med konstant masse i et inertialsystem er de ydre kræfters resultant Fnet = ma. Antag at en vogn på 2 kg har en vandret kraft på 10 N mod højre og en modsatrettet kraft på 4 N mod venstre. Med højre som positiv bliver Fnet = 10 − 4 = 6 N, så accelerationen er 6/2 = 3 m/s² mod højre.
Den påførte kraft på 10 N er ikke i sig selv resultantkraften. Et kraftdiagram skal have kræfter på den valgte genstand med, og de retninger der betyder noget. Lodrette kræfter kan ophæve hinanden, mens vandrette ikke gør det. Angiv aksekonventionen, før du udregner komposanter med fortegn.
Knyt arbejde til energi under de angivne betingelser
For en konstant kraft parallel med forskydningen er arbejde kraft gange forskydning. En kraft på 6 N der virker 3 m i samme retning, udfører et arbejde på 18 J. Hvis kraften peger skråt, er det komposanten langs forskydningen der betyder noget. Den generelle sammenhæng for konstant kraft er W = Fd cos θ.
Nær Jordens overflade kan en ændring i potentiel energi i tyngdefeltet beskrives som ΔU = mgΔh, når g i praksis er konstant. Når du løfter 2 kg 1,5 m med g = 9,8 m/s², får du 29,4 J. Nævn højdeændringen og modellen, før du sammenligner energiværdierne.
Tag enhederne med gennem omregninger og tjek
For at omregne 54 km/h til m/s ganger du med 1000 m/km og dividerer med 3600 s/h: 54 × 1000/3600 = 15 m/s. At enhederne kan forkortes, viser hvorfor faktorerne skal stå i den rækkefølge. Kraft divideret med masse giver acceleration, fordi N/kg svarer til m/s².
Tjek hver for sig den størrelse der spørges om, tegnene, enhederne og en rimelig størrelsesorden. Et tjek af dimensionerne kan afsløre en forkert formel, men det kan ikke bevise at den valgte model passer til situationen. Tag dit diagram og opstillingen i dit forsøg med til Lirno, når usikkerheden ligger i modellen og ikke i regningen.
Brug et energiregnskab, når flere kræfter udfører arbejde
Et konstant vandret skub på 12 N flytter en kasse 3 m mod højre. En konstant friktionskraft på 4 N er modsatrettet bevægelsen. Skubbet udfører et arbejde på +36 J, og friktionen på −12 J. Hvis det kun er de her kræfter der udfører arbejde, er nettoarbejdet +24 J, så kassens kinetiske energi stiger med 24 J.
For en kasse med massen 2 kg der starter i hvile, giver ΔK = ½mv² at 24 = ½ × 2 × v², altså v = √24 ≈ 4,90 m/s. Et tjek af kræfterne giver resultantkraften 8 N og accelerationen 4 m/s². v² = 2as = 24 stemmer under de samme betingelser med konstant kraft. Hvis du kun bruger skubbet, overser du den energi som friktionen overfører.
