Oppgi systemet og størrelsen det spørres etter
Et spørsmål om bevegelse, krefter og energi kan beskrive samme gjenstand, men kreve ulike modeller. Skriv det spørsmålet ber deg finne, og før deretter opp de gitte størrelsene med enheter. En skisse av banen eller kreftene kan vise hvilken sammenheng som er relevant.
I grunnleggende mekanikk bør du beholde oppgitte forutsetninger synlige: konstant masse, konstant akselerasjon eller neglisjerbar motstand. Hvis en formel bygger på en av disse forutsetningene, hører den med i forklaringen. En riktig beregning med en upassende modell svarer ikke på det fysiske problemet.
Skill mellom gjennomsnittsfart og gjennomsnittshastighet
Gjennomsnittsfart er total tilbakelagt strekning delt på tiden som har gått. Gjennomsnittshastighet er forflytning delt på tiden, med retning. En løper som beveger seg 100 m ut og 100 m tilbake på 50 s, har gjennomsnittsfarten 200/50 = 4 m/s, men gjennomsnittshastighet null fordi sluttposisjonen er lik startposisjonen.
Sykkeleksemplet gir en gjennomsnittsfart på 5 m/s fra 150 m på 30 s. Disse totalene fastslår ikke farten i et bestemt øyeblikk. Hvis spørsmålet ber om momentan fart, trenger du mer informasjon, for eksempel et lokalt stigningstall i en passende graf.
Les aksene før du bruker stigningstallet
På en graf for samlet tilbakelagt strekning mot tid gir stigningstallet farten. Et rett segment fra (10 s, 20 m) til (30 s, 80 m) har stigningstallet (80 − 20)/(30 − 10) = 3 m/s. Bruk endringene mellom endepunktene, ikke 80/30, fordi segmentet begynner etter origo.
En posisjon–tid-graf bruker posisjon fremfor samlet strekning; stigningstallet gir hastighet, som kan være negativ. I en hastighet–tid-graf er stigningstallet akselerasjon, mens arealet med fortegn over et intervall gir forflytning. Samme stigende linje har ulik betydning når størrelsen på den loddrette aksen endres.
Bruk nettokraften i Newtons andre lov
For en gjenstand med konstant masse i et treghetssystem er vektorsummen av ytre krefter Fnet = ma. Anta at en vogn på 2 kg påvirkes av en vannrett kraft på 10 N mot høyre og en motkraft på 4 N mot venstre. Med høyre som positiv retning er Fnet = 10 − 4 = 6 N, så akselerasjonen er 6/2 = 3 m/s² mot høyre.
Den påførte kraften på 10 N alene er ikke nettokraften. En kraftfigur bør ta med kreftene på den valgte gjenstanden og relevante retninger. Loddrette krefter kan være i balanse mens vannrette krefter ikke er det. Oppgi fortegnskonvensjonen før du beregner komponenter med fortegn.
Knytt arbeid til energi under oppgitte betingelser
For en konstant kraft parallelt med forflytningen er arbeid kraft ganger forflytning. En kraft på 6 N som virker over 3 m i samme retning, gjør 18 J arbeid. Hvis kraften virker i en vinkel, er komponenten langs forflytningen viktig; den generelle sammenhengen for konstant kraft er W = Fd cos θ.
Nær jordoverflaten kan en endring i gravitasjonell potensiell energi modelleres som ΔU = mgΔh når g i praksis er konstant. Å løfte 2 kg med 1,5 m ved g = 9,8 m/s² gir 29,4 J. Oppgi høydeendringen og modellen før du sammenligner energiverdier.
Ta med enhetene gjennom omregninger og kontroller
For å regne om 54 km/h til m/s multipliserer du med 1000 m/km og deler på 3600 s/h: 54 × 1000/3600 = 15 m/s. Forkorting av enheter viser hvorfor faktorene har denne rekkefølgen. Kraft delt på masse gir akselerasjon fordi N/kg er det samme som m/s².
Kontroller den etterspurte størrelsen, fortegn, enheter og rimelig størrelsesorden uavhengig. En dimensjonskontroll kan avsløre en feil formel, men beviser ikke at modellen passer til situasjonen. Ta figuren og oppsettet ditt med til Lirno når usikkerheten gjelder modellen fremfor regningen.
Bruk et energiregnskap når flere krefter gjør arbeid
Et konstant vannrett skyv på 12 N flytter en kasse 3 m mot høyre. En konstant friksjonskraft på 4 N motvirker bevegelsen. Skyvet gjør +36 J arbeid, og friksjonen gjør −12 J. Hvis dette er de eneste kreftene som gjør arbeid, er nettoarbeidet +24 J, så kassens kinetiske energi øker med 24 J.
For en kasse på 2 kg som starter i ro, gir ΔK = ½mv² likningen 24 = ½ × 2 × v², dermed v = √24 ≈ 4,90 m/s. En kraftkontroll gir nettokraft 8 N og akselerasjon 4 m/s²; v² = 2as = 24 stemmer under de samme betingelsene med konstant kraft. Å bruke skyvet alene ville utelate energioverføringen ved friksjon.
