William Moebs; Samuel J. Ling; Jeff Sanny

Pytania

3.1 Położenie, przemieszczenie, prędkość średnia

Podaj przykład ruchu, w którym droga, przemieszczenie i jego długość są wyraźnie inne. Zdefiniuj i oblicz te wielkości w twoim przykładzie.

W jakich sytuacjach droga pokonana przez ciało jest równa długości jego przemieszczenia? Co jest jedynym możliwym przypadkiem, kiedy przemieszczenie i jego wartość są dokładnie takie same?

Bakterie mogą poruszać się tam i z powrotem, używając wici (są to małe struktury przypominające rzęski lub ogonki, przy pomocy których bakteria może się odpychać i przemieszczać). Zaobserwowano, że szybkość (wartość prędkości) bakterii może wynosić nawet $50 μ m / s$ ( $50 \cdot 10^{- 6} m / s$ ). Całkowita droga, jaką w swoim ruchu może pokonać jedna bakteria, jest olbrzymia, podczas gdy jej wypadkowe przemieszczenie jest niewielkie. Dlaczego tak jest?

Podaj przykład urządzenia, które może służyć do pomiaru czasu. Zidentyfikuj, która jego cecha podlega zmianom, co może być wykorzystane do pomiaru czasu.

Czy licznik samochodowy mierzy drogę, czy długość przemieszczenia?

W pewnym przedziale czasu średnia prędkość ciała wynosi zero. Co możesz powiedzieć o przemieszczeniu ciała w tym czasie?

3.2 Prędkość chwilowa i szybkość średnia

W fizyce wyraźnie rozróżniamy szybkość średnią od wartości prędkości średniej. Podaj przykład ilustrujący różnice między tymi wielkościami.

Czy prędkościomierz w twoim samochodzie mierzy szybkość czy prędkość?

Jeśli podzielisz wartość wskazywaną przez licznik twojego samochodu w podróży na wakacje przez całkowity czas jazdy, to obliczysz średnią szybkość czy wartość średniej prędkości? W jakiej sytuacji te dwie wielkości byłyby równe?

10.

Jak są ze sobą związane prędkość chwilowa i szybkość chwilowa? Czym się różnią?

3.3 Przyspieszenie średnie i chwilowe

11.

Czy jest możliwe, aby szybkość w ruchu po linii prostej była stała w chwili, gdy przyspieszenie jest różne od zera?

12.

Czy jest możliwe, aby prędkość była stała, gdy przyspieszenie jest niezerowe? Wyjaśnij.

13.

Podaj przykład ruchu, w którym prędkość jest zero, mimo że przyspieszenie jest różne od zera.

14.

Jeżeli pociąg metra, zbliżając się do stacji, porusza się w lewo (ma ujemną prędkość, bo przyjmujemy dodatni kierunek w prawo), to jaki jest kierunek jego przyspieszenia? Czy przyspieszenie jest dodatnie czy ujemne?

15.

W ruchu prostoliniowym używamy sformułowań „dodatni, ujemny” do określenia kierunku (np. ruchu lub wektora). Jaki jest znak przyspieszenia, które powoduje zmniejszenie wartości ujemnej prędkości (w ruchu w lewo)? A w przypadku dodatniej prędkości (ruch w prawo)?

3.4 Ruch ze stałym przyspieszeniem

16.

Jaka jest wymagana liczba znanych wielkości fizycznych, aby w ruchu jednowymiarowym móc obliczyć niewiadome na podstawie kinematycznych równań?

17.

Podaj dwa scenariusze problemów kinematycznych pojedynczego ciała, w których, mając trzy dane, musisz użyć dwóch równań ruchu, aby obliczyć niewiadome.

3.5 Spadek swobodny i rzut pionowy

18.

Jakiego przyspieszenia doznaje kamień rzucony pionowo do góry podczas wznoszenia się? Jakiego po osiągnięciu maksymalnej wysokości? Załóż brak oporów powietrza.

19.

Ciało rzucone pionowo do góry spada z powrotem na ziemię.

Kiedy jego prędkość wynosi zero?
Czy prędkość zmienia kierunek?
Czy przyspieszenie ciała ma ten sam kierunek w jego ruchu do góry i w dół?

20.

Załóżmy, że próbujesz strącić kamieniem owoc palmy kokosowej. Rzucasz niemal pionowo do góry tak, że kamień w locie wznoszącym tylko ociera się o kokos, ale trafia w niego podczas opadania. Pomiń opór powietrza i małe odchylenie od pionu kierunku lotu kamienia. Jak porównasz wartości prędkości kamienia w locie w dół, gdy trafia on kokos, oraz w locie wznoszącym, gdy tylko mija owoc? Wyjaśnij, czy łatwiej strącić owoc z palmy kamieniem wznoszącym się czy opadającym?

21.

Dotkliwość skutków spadku swobodnego zależy od tego, z jaką prędkością końcową ciało upada na ziemię. Z o ile większej wysokości można upuścić ciało na Księżycu niż na Ziemi, aby było tak samo bezpieczne podczas upadku? Załóż, że tylko przyspieszenie grawitacyjne na Księżycu jest inne niż na Ziemi (jest sześciokrotnie mniejsze).

22.

Ile razy wyżej może skoczyć astronauta na Księżycu, gdzie panuje 6 razy mniejsze przyspieszenie grawitacyjne niż na Ziemi, przy tej samej prędkości początkowej?

3.6 Wyznaczanie równań ruchu metodą całkowania

23.

Gdy znasz zależność przyspieszenia od czasu i chcesz obliczyć funkcję prędkości i położenia w czasie to jakich dodatkowych informacji potrzebujesz?