תן שם למערכת ולגודל שמבקשים
שאלת תנועה, שאלת כוח ושאלת אנרגיה יכולות לתאר את אותו גוף ועדיין לדרוש מודלים שונים. כתוב מה השאלה מבקשת למצוא, ואז רשום את הגדלים הנתונים עם יחידות. שרטוט של המסלול או של הכוחות יכול להראות איזה קשר רלוונטי.
במכניקה בסיסית, השאר כל הנחה שנאמרה גלויה: מסה קבועה, תאוצה קבועה או התנגדות זניחה. אם נוסחה תלויה באחת מההנחות האלה, היא שייכת להסבר. חישוב נכון עם מודל שלא מתאים לא עונה על הבעיה הפיזיקלית.
הבחן בין מהירות ממוצעת למהירות וקטורית ממוצעת
מהירות ממוצעת היא הדרך הכוללת חלקי פרק הזמן. מהירות וקטורית ממוצעת היא העתק חלקי פרק הזמן, כולל כיוון. רץ שעובר 100 m הלוך ו-100 m חזור ב-50 s, המהירות הממוצעת שלו היא 200/50 = 4 m/s, אבל מהירות וקטורית ממוצעת שלו היא אפס, כי המקום הסופי שווה למקום ההתחלתי.
בדוגמת הרוכב המהירות הממוצעת היא 5 m/s, מ-150 m ב-30 s. הנתונים הכוללים האלה לא קובעים את המהירות ברגע מסוים. אם השאלה מבקשת מהירות רגעית, צריך מידע נוסף, למשל שיפוע מקומי בגרף מתאים.
קרא מהגרף את הצירים לפני שמשתמשים בשיפוע
בגרף של מרחק מצטבר שעברו כנגד הזמן, השיפוע נותן מהירות. לקטע ישר מ-(10 s, 20 m) עד (30 s, 80 m) יש שיפוע (80 − 20)/(30 − 10) = 3 m/s. השתמש בשינויים בין הקצוות, לא ב-80/30, כי הקטע הזה מתחיל אחרי הראשית.
גרף מקום–זמן משתמש במקום, לא במרחק מצטבר. השיפוע שלו נותן מהירות וקטורית, והיא יכולה להיות שלילית. בגרף מהירות וקטורית–זמן השיפוע הוא התאוצה, והשטח עם הסימן על פני פרק זמן נותן העתק. אותו קו עולה מקבל משמעות אחרת כשהגודל על הציר האנכי משתנה.
השתמש בשקול הכוחות בחוק השני של ניוטון
לגוף בעל מסה קבועה במערכת ייחוס אינרציאלית, שקול הכוחות החיצוניים הוא Fnet = ma. נניח שלעגלה של 2 kg יש כוח אופקי של 10 N ימינה וכוח מנוגד של 4 N שמאלה. אם ימין חיובי, Fnet = 10 − 4 = 6 N, ולכן התאוצה היא 6/2 = 3 m/s² ימינה.
הכוח המופעל של 10 N לבדו אינו שקול הכוחות. תרשים כוחות צריך לכלול את הכוחות על הגוף שנבחר ואת הכיוונים הרלוונטיים. כוחות אנכיים יכולים להתאזן בזמן שכוחות אופקיים לא. קבע את מוסכמת הצירים לפני שמחשבים רכיבים עם סימן.
קשר עבודה לאנרגיה בתנאים שנאמרו
לכוח קבוע שמקביל להעתק, העבודה היא הכוח כפול ההעתק. כוח של 6 N שפועל לאורך 3 m באותו כיוון מבצע עבודה של 18 J. אם הכוח בזווית, הרכיב שלו לאורך ההעתק הוא מה שחשוב. הנוסחה הכללית לכוח קבוע היא W = Fd cos θ.
קרוב לפני כדור הארץ אפשר למדל שינוי באנרגיה הפוטנציאלית הכובדית כ-ΔU = mgΔh, כש-g קבוע בקירוב. הרמה של 2 kg ב-1.5 m עם g = 9.8 m/s² נותנת 29.4 J. ציין את שינוי הגובה ואת המודל לפני שמשווים ערכי אנרגיה.
העבר יחידות דרך המרות ובדיקות
כדי להמיר 54 km/h ל-m/s, הכפל ב-1000 m/km וחלק ב-3600 s/h: 54 × 1000/3600 = 15 m/s. צמצום היחידות מראה למה הגורמים בסדר הזה. כוח שמחולק במסה נותן תאוצה, כי N/kg שווה ערך ל-m/s².
בדוק בנפרד את הגודל שמבקשים, את הסימנים, את היחידות ואת סדר הגודל הסביר. בדיקת ממדים יכולה לחשוף נוסחה לא נכונה, אבל היא לא מוכיחה שהמודל שנבחר מתאים למצב. תביא ל-Lirno את התרשים ואת הבנייה שניסית כשהספק הוא במודל ולא בחשבון.
השתמש במאזן אנרגיה כשכמה כוחות מבצעים עבודה
דחיפה אופקית קבועה של 12 N מזיזה ארגז 3 m ימינה. כוח חיכוך קבוע של 4 N מתנגד לתנועה. הדחיפה מבצעת עבודה של +36 J, והחיכוך מבצע −12 J. אם אלה הכוחות היחידים שמבצעים עבודה, העבודה הכוללת היא +24 J, ולכן האנרגיה הקינטית של הארגז גדלה ב-24 J.
לארגז במסה 2 kg שמתחיל ממנוחה, ΔK = ½mv² נותן 24 = ½ × 2 × v², ולכן v = √24 ≈ 4.90 m/s. בדיקת כוחות נותנת שקול הכוחות של 8 N ותאוצה 4 m/s². v² = 2as = 24 מתאים באותם תנאי כוח קבוע. שימוש בדחיפה לבדה מפספס את האנרגיה שהחיכוך מעביר.
