Zadania
2.1 Skalary i wektory
Nurek powoli zanurza się w głąb oceanu. Jego pozycja w pionie względem znajdującej się na powierzchni wody łódki zmienia się kilkakrotnie. Po raz pierwszy zatrzymuje się 9,0 m od łódki. Ma problem z wyrównaniem ciśnienia, więc wynurza się o 3,0 m, a następnie zanurza się 12,0 m głębiej, gdzie zatrzymuje się po raz drugi. Wynurza się o 4,0 m, następnie zanurza o 18,0 m, wynurza o 7,0 m i znów zanurza, tym razem o 24,0 m. Tam zatrzymuje się i czeka na kolegę. Zakładając, że wektor zwrócony w kierunku powierzchni jest wektorem dodatnim, wyraź wektor przemieszczenia nurka w kierunku pionowym przy pomocy wektora jednostkowego. Jaka jest odległość nurka od łódki?
Na obozie szkolnym urządzono zawody w przeciąganiu liny. 15 uczniów jednocześnie ciągnie linę, próbując przeciągnąć znajdujący się na jej środku węzeł na jedną ze stron. Dwóch uczniów ciągnie w prawo z siłą 196 N, czterech uczniów ciągnie w lewo z siłą 98 N, pięciu uczniów ciągnie w lewo z siłą 62 N, trzech uczniów ciągnie w prawo z siłą 150 N, a jeden uczeń ciągnie w lewo z siłą 250 N. Zakładając dodatni zwrot w prawo, wyraź przemieszczenie węzła przy pomocy wektora jednostkowego. Jaka siła działa na węzeł? Jaki jest jej kierunek?
Przypuśćmy, że idziesz 18,0 m na zachód, a następnie 25,0 m na północ. Jak daleko jesteś od punktu początkowego i jaki jest kierunek wektora twojego przemieszczenia? Rozwiąż za pomocą metody graficznej.
Użyj metody graficznej, aby znaleźć następujące wektory:
- ,
- ,
- ,
- ,
- ,
- ,
- .
Kurier zabiera przesyłki z poczty, jedzie 40 km na północ, następnie 20 km na zachód, 60 km na północny wschód i 50 km na północ, po czym zatrzymuje się na obiad. Przy pomocy metody graficznej znajdź wektor jego przemieszczenia.
Pies podróżnik ucieka z domu, biegnie 3 przecznice na wschód, 2 przecznice na północ, 1 przecznicę na wschód i 2 przecznice na zachód. Przyjmując, że przecznica to około 100 m, jak daleko od domu i w jakim kierunku znajduje się pies? Użyj metody graficznej.
Rozbitek planuje uciec z bezludnej wyspy, buduje więc tratwę i wypływa na morze. Wiatr jest bardzo zmienny, więc tratwa znoszona jest w różnych kierunkach: najpierw 2,50 km na północ od kierunku zachodniego, następnie 4,70 km na południe od kierunku wschodniego, 1,30 km na południe od kierunku zachodniego, 5,10 km na wschód, 1,70 km na wschód od kierunku północnego, 7,20 km na południe od kierunku zachodniego i 2,80 km na północ od kierunku wschodniego. Metodą graficzną określ końcowe położenie rozbitka względem wyspy.
Mały samolot leci 40,0 km pod kątem na północ od kierunku wschodniego, a następnie 30,0 km pod kątem na północ od kierunku wschodniego. Użyj metody graficznej, aby określić odległość samolotu od punktu startowego oraz kierunek jego przemieszczenia.
Turysta idzie ze schroniska nad jezioro oddalone od niego w linii prostej o 5,0 km. Użyj metody równoległoboku, aby określić przemieszczenie turysty w kierunku północnym i przemieszczenie w kierunku wschodnim, których suma jest całkowitym przemieszczeniem. Gdyby turysta szedł zygzakiem, tylko na północ i tylko na wschód, to ile kilometrów musiałby przejść, aby dotrzeć nad jezioro?
Geodeta mierzy szerokość rzeki płynącej prosto na północ w następujący sposób: rozpoczyna w punkcie leżącym naprzeciwko rosnącego po drugiej stronie rzeki drzewa i przechodzi 100 m wzdłuż rzeki, tworząc w ten sposób podstawę trójkąta. Następnie mierzy kąt między podstawą trójkąta a odcinkiem łączącym drzewo z punktem, w którym obecnie się znajduje, i stwierdza, że kąt ten jest równy . Jak szeroka jest rzeka?
Pewien człowiek przeszedł 6,0 km w kierunku wschodnim, a następnie 13,0 km w kierunku północnym. Znajdź przemieszczenie oraz kierunek przemieszczenia tego człowieka przy pomocy metody graficznej.
Moduły dwóch wektorów przemieszczenia są równe i . Jaka jest najmniejsza i największa możliwa wartość sumy wektorów ?
2.2 Układy współrzędnych i składowe wektora
Zakładając, że oś leży w poziomie i skierowana jest w prawo, dokonaj rozkładu na składowe wektorów podanych na ilustracji.
Idziesz 18,0 m na zachód, a następnie 25,0 m na północ. Jak daleko jesteś od punktu startowego? Jaki jest wektor twojego przemieszczenia? Jaki jest kierunek twojego przemieszczenia? Przyjmij, że oś leży w poziomie i skierowana jest w prawo.
Jedziesz 7,50 km pod kątem na wschód od kierunku północnego.
- Jaką drogę musiałbyś przebyć prosto na wschód, a następnie prosto na północ, aby znaleźć się w tym samym punkcie?
- Udowodnij, że jeśli przejedziesz odcinki drogi w odwrotnej kolejności (najpierw na północ, a następnie na wschód), znajdziesz się w tym samym miejscu. Przyjmij, że dodatni kierunek osi skierowany jest na wschód.
Dwa konie ciągną sanie po płaskim terenie. Siła wywierana na sanie w prostokątnym układzie współrzędnym jest wektorem , gdzie i oznaczają odpowiednio kierunek wschodni i północny. Znajdź moduł i kierunek wektora siły.
Turystka idzie ze schroniska nad jezioro. W prostej linii jezioro oddalone jest od schroniska o 5,0 km. Określ składowe wektora w kierunkach wschodnim i północnym. O ile kilometrów dłuższy dystans musiałaby przejść, gdyby szła wzdłuż składowych wektora? Jaki jest wektor jej przemieszczenia?
Współrzędne biegunowe punktu są równe i 5,50 m. Jakie są jego współrzędne kartezjańskie?
Współrzędne biegunowe dwóch punktów są równe oraz . Ustal, jakie są ich współrzędne kartezjańskie oraz określ, z dokładnością do centymetra, jaka odległość dzieli te punkty w prostokątnym układzie współrzędnych.
Kameleon leży na dachu werandy i czeka, aż w pobliżu pojawi się owad. Przyjmijmy, że lewy dolny róg dachu jest początkiem prostokątnego układu współrzędnych, a oś skierowana jest w prawo. Jeżeli kameleon znajduje się w punkcie ,
- jak daleko znajduje się od narożnika dachu?
- Jakie są jego współrzędne biegunowe?
Współrzędne dwóch punktów znajdujących się w prostokątnym układzie współrzędnych są równe oraz . Określ odległość między tymi punktami oraz ich współrzędne biegunowe.
Mucha wlatuje przez otwarte okno i zaczyna krążyć po pokoju. Osie trójwymiarowego układu współrzędnych kartezjańskich skierowane są wzdłuż trzech krawędzi pokoju. Mucha przemieszcza się z punktu do punktu . Znajdź wartości składowych wektora przemieszczenia muchy oraz moduł tego wektora. Przedstaw rozkład wektora na składowe.
2.3 Działania na wektorach
Dane są wektory oraz . Oblicz:
- wektor , jego moduł oraz kąt nachylenia do osi poziomej;
- wektor , jego moduł oraz kąt nachylenia do osi poziomej.
Ruch cząstki opisują trzy wektory: , oraz .
- Znajdź sumę wektorów przemieszczenia tej cząstki.
- Jaki jest moduł tej sumy?
- Jaki dystans przebyłaby cząstka, gdyby wszystkie wektory przemieszczenia leżały w jednej linii?
Dane są dwa wektory przemieszczenia oraz . Znajdź następujące wektory przemieszczenia oraz oblicz ich moduły:
- ;
- .
Samolot leci pod kątem na północ od kierunku wschodniego, a następnie pod kątem na północ od kierunku wschodniego. Użyj metody analitycznej, aby obliczyć moduł oraz kierunek geograficzny wektora przemieszczenia samolotu.
Aby uciec z bezludnej wyspy, rozbitek buduje tratwę i rusza na morze. Wiatr jest bardzo zmienny i znosi tratwę w różne strony. Najpierw płynie ona 2,50 km pod kątem na północ od kierunku zachodniego, następnie 4,70 km pod kątem na południe od kierunku wschodniego, 1,30 km pod kątem na południe od kierunku zachodniego, 5,10 km na wschód, 1,70 km pod kątem na wschód od kierunku północnego, 7,20 km pod kątem na południe od kierunku zachodniego i na końcu 2,80 km pod kątem na północ od kierunku wschodniego. Skorzystaj z metody analitycznej, aby obliczyć sumę wszystkich wektorów przemieszczenia tratwy. Jaki jest moduł i kierunek tego wektora sumy?
Jeśli oś skierowana jest w prawo, znajdź za pomocą metody analitycznej następujące wektory:
- ,
- ,
- ,
- ,
- ,
- ,
- ,
- .
Kurier jedzie 40 km na północ, 20 km na zachód, a następnie 60 km na północny wschód. Po 50 km jazdy na północ zatrzymuje się w restauracji na obiad.
- Znajdź wektor jego przemieszczenia.
- Oblicz odległość między restauracją a punktem startowym.
- Jeśli kurier pojedzie z restauracji do biura po linii prostej, jaki będzie wektor przemieszczenia po jego drodze powrotnej?
- W jakim kierunku geograficznym będzie jechał, wracając? Użyj metody analitycznej. Przyjmij, że dodatnim kierunkiem osi jest kierunek wschodni.
Żądny przygód pies wymyka się z domu, biegnie trzy przecznice na wschód, dwie przecznice na północ, jedną przecznicę na wschód, jedną przecznicę na północ i dwie przecznice na zachód. Przyjmij, że przecznica to około 100 metrów, i za pomocą metody analitycznej wyznacz wektor przemieszczenia psa, jego moduł oraz kierunek. Dodatni kierunek osi to kierunek wschodni.
Dane są wektory , oraz . Znajdź współczynniki oraz spełniające równanie .
Znajdź wektor jednostkowy, określający kierunek następujących wektorów:
- siła ,
- przemieszczenie ,
- prędkość .
Kierunek wektora natężenia pola elektrycznego określony jest w układzie współrzędnych kartezjańskich przez wektor jednostkowy . Jeśli moduł wektora natężenia pola elektrycznego jest równy , jakie są wartości jego składowych , oraz ? Jaki kąt określa kierunek tego wektora?
Dwa holowniki ciągną barkę w sposób przedstawiony na poniższym rysunku. Jeden z holowników ciągnie barkę z siłą o module 4000 jednostek siły, pod kątem w stosunku do odcinka AB, a drugi z siłą o module 5000 jednostek, pod kątem w stosunku do odcinka AB. Wyznacz wartości składowych wektorów siły i znajdź składowe wynikowego wektora siły działającej na barkę. Jaki jest moduł wektora wynikowego? Jaki jest jego kierunek w stosunku do odcinka AB?
Kontroler lotów na lotnisku śledzi zmianę położenia dwóch samolotów w stosunku do wieży kontroli lotów. Jeden z samolotów to Boeing 747, a drugi to Douglas DC-3. Boeing znajduje się na wysokości 2500 m, wznosi się pod kątem do powierzchni ziemi i leci w kierunku na północ od kierunku zachodniego. DC-3 znajduje się na wysokości 3000 m, wznosi się pod kątem do powierzchni ziemi i leci prosto na zachód.
- Znajdź wektory wodzące samolotów w stosunku do wieży kontroli lotów.
- Jaka odległość dzieliła samoloty w momencie, w którym kontroler odczytał ich pozycje?
2.4 Mnożenie wektorów
Przyjmując, że oś jest pozioma i ma zwrot w prawo, znajdź następujące iloczyny skalarne:
- ,
- ,
- ,
- ,
- ,
- ,
- ,
- .
Przyjmując, że oś jest pozioma i ma zwrot w prawo, dla tych samych wektorów co w poprzednim zadaniu znajdź
- rzut wektora na kierunek wektora ,
- rzut wektora na kierunek wektora ,
- rzut wektora na kierunek wektora ,
- rzut wektora na kierunek wektora .
Znajdź kąty między wektorami
- i ,
- i .
Udowodnij, że wektor siły jest prostopadły do wektora siły .
Przyjmując, że oś jest pozioma i ma zwrot w prawo, znajdź następujące iloczyny wektorowe
- ,
- ,
- ,
- ,
- ,
- ,
- ,
- .
Oblicz dla
- i ,
- i ,
- i ,
- i .
- Jeżeli , to czy możemy wywnioskować, że ?
- Jeżeli , to czy możemy wywnioskować, że ?
- Jeżeli , to czy możemy wywnioskować, że ?
Dlaczego tak lub dlaczego nie?