Nazwij układ i żądaną wielkość fizyczną
Pytanie o ruch, pytanie o siłę i pytanie o energię mogą opisywać to samo ciało, a wymagać różnych modeli. Zapisz, co pytanie każe znaleźć, a potem wypisz dane wielkości fizyczne z jednostkami. Szkic toru albo sił może pokazać, która zależność pasuje.
W mechanice na początek zostaw na widoku każde podane założenie: stałą masę, stałe przyspieszenie albo pomijalny opór. Jeśli wzór zależy od jednego z tych założeń, ten wzór należy do wyjaśnienia. Poprawny rachunek na niepasującym modelu nie odpowiada na problem fizyczny.
Odróżnij szybkość średnią od prędkości średniej
Szybkość średnia to całkowita droga podzielona przez czas, który upłynął. Prędkość średnia to przemieszczenie podzielone przez czas, który upłynął, razem z kierunkiem. Biegacz, który przebiega 100 m w jedną stronę i 100 m z powrotem w 50 s, ma szybkość średnią 200/50 = 4 m/s, ale prędkość średnią równą zero, bo położenie końcowe jest takie jak początkowe.
Przykład z rowerzystą daje szybkość średnią 5 m/s ze 150 m w 30 s. Te sumy nie ustalają szybkości w konkretnej chwili. Jeśli pytanie prosi o szybkość chwilową, potrzebujesz dodatkowej informacji, na przykład lokalnego współczynnika kierunkowego na odpowiednim wykresie.
Przeczytaj osie wykresu, zanim użyjesz współczynnika kierunkowego
Na wykresie przebytej drogi od czasu współczynnik kierunkowy daje szybkość. Odcinek prosty od (10 s, 20 m) do (30 s, 80 m) ma współczynnik kierunkowy (80 − 20)/(30 − 10) = 3 m/s. Użyj zmian między końcami, nie 80/30, bo ten odcinek zaczyna się już za początkiem układu.
Wykres położenia od czasu używa położenia, a nie przebytej drogi; jego współczynnik kierunkowy daje prędkość, która może być ujemna. Na wykresie prędkości od czasu współczynnik kierunkowy to przyspieszenie, a pole ze znakiem na odcinku czasu daje przemieszczenie. Ta sama wznosząca się linia znaczy co innego, gdy zmienia się wielkość fizyczna na osi pionowej.
Użyj siły wypadkowej w drugiej zasadzie dynamiki Newtona
Dla ciała o stałej masie w układzie inercjalnym suma wektorowa sił zewnętrznych to Fnet = ma. Załóż, że wózek o masie 2 kg ma poziomą siłę 10 N w prawo i przeciwną siłę 4 N w lewo. Gdy prawo jest dodatnie, Fnet = 10 − 4 = 6 N, więc przyspieszenie wynosi 6/2 = 3 m/s² w prawo.
Sama przyłożona siła 10 N nie jest siłą wypadkową. Na rysunku sił pokaż siły działające na wybrane ciało i istotne kierunki. Siły pionowe mogą się równoważyć, a poziome nie. Ustal, który kierunek jest dodatni, zanim obliczysz składowe ze znakiem.
Połącz pracę z energią przy podanych warunkach
Dla stałej siły równoległej do przemieszczenia praca to siła razy przemieszczenie. Siła 6 N na przemieszczeniu 3 m w tym samym kierunku wykonuje pracę 18 J. Jeśli siła jest pod kątem, liczy się jej składowa wzdłuż przemieszczenia; ogólna zależność dla stałej siły to W = Fd cos θ.
Blisko powierzchni Ziemi zmianę grawitacyjnej energii potencjalnej można opisać wzorem ΔU = mgΔh, gdy g jest praktycznie stałe. Podniesienie 2 kg o 1,5 m przy g = 9,8 m/s² daje 29,4 J. Nazwij zmianę wysokości i model, zanim porównasz wartości energii.
Prowadź jednostki przez przeliczenia i sprawdzenia
Żeby zamienić 54 km/h na m/s, pomnóż przez 1000 m/km i podziel przez 3600 s/h: 54 × 1000/3600 = 15 m/s. Skracanie jednostek pokazuje, czemu czynniki idą w tej kolejności. Siła podzielona przez masę daje przyspieszenie, bo N/kg jest równoważne m/s².
Osobno sprawdź żądaną wielkość fizyczną, znaki, jednostki i wiarygodny rząd wielkości. Sprawdzenie jednostek może pokazać zły wzór, ale nie udowadnia, że wybrany model pasuje do sytuacji. Przynieś do Lirno rysunek i próbę ułożenia zadania, gdy niepewność dotyczy modelu, a nie rachunku.
Użyj bilansu energii, gdy pracę wykonuje kilka sił
Stałe pchnięcie poziome 12 N przesuwa skrzynię o 3 m w prawo. Stała siła tarcia 4 N przeciwdziała ruchowi. Pchnięcie wykonuje pracę +36 J, a tarcie −12 J. Jeśli tylko te siły wykonują pracę, praca wypadkowa wynosi +24 J, więc energia kinetyczna skrzyni rośnie o 24 J.
Dla skrzyni o masie 2 kg, która na początku spoczywa, ΔK = ½mv² daje 24 = ½ × 2 × v², stąd v = √24 ≈ 4,90 m/s. Sprawdzenie sił daje siłę wypadkową 8 N i przyspieszenie 4 m/s²; v² = 2as = 24 zgadza się przy tych samych warunkach stałej siły. Samo pchnięcie pominęłoby energię przekazaną przez tarcie.
