Copertă

II.6.1. Evaluare

Alege rezolvarea exercițiului:

Exercițiul 3

Rezolvare scurtă

Traiectoria față de Pământ

Sistemul de referință (SR) = Pământul. Bicicleta se deplasează înainte, iar axul roții păstrează o înălțime constantă \( h = R \) (raza roții) față de sol. Traiectoria descrisă este o linie dreaptă. Forma traiectoriei: rectilinie.

Traiectoria față de biciclist

Sistemul de referință (SR) = Biciclistul. Distanța dintre biciclist și axul roții este constantă, iar poziția relativă nu se modifică în timp. Viteza axului față de biciclist: \( v_{relativă} = 0 \). Starea axului: repaus. Forma traiectoriei: un punct.

Rezolvare detaliată

Analiza conceptului de relativitate a mișcării

În fizică, starea de mișcare sau de repaus a unui corp, precum și forma traiectoriei sale, depind întotdeauna de sistemul de referință (SR) ales. Traiectoria este linia continuă formată din totalitatea pozițiilor succesive ocupate de un corp în timpul mișcării sale.

1. Traiectoria față de un sistem de referință legat de Pământ

Atunci când bicicleta se deplasează pe un drum drept, axul roții (centrul cercului reprezentat de roată) se mișcă împreună cu întregul cadru al bicicletei. Deoarece axul roții se află la o înălțime constantă față de sol (egală cu raza roții) și se deplasează înainte pe măsură ce bicicleta înaintează, acesta descrie o linie dreaptă paralelă cu solul. Prin urmare, față de Pământ, traiectoria axului este rectilinie.

2. Traiectoria față de un sistem de referință legat de biciclist

Biciclistul se află pe șaua bicicletei, deci el se deplasează odată cu cadrul acesteia. Distanța dintre biciclist și axul roții rămâne constantă în timpul mersului, deoarece amândoi fac parte din același ansamblu (bicicleta) care se mișcă unitar. Dacă alegem sistemul de referință legat de biciclist, axul roții nu își schimbă poziția față de acesta (nu se apropie, nu se depărtează și nu se rotește în jurul lui). În acest caz, axul roții este în stare de repaus față de biciclist. Deoarece corpul nu se mișcă, putem spune că traiectoria sa se reduce la un punct.

Rezolvare pe scurt:

Față de Pământ: Axul înaintează la înălțime constantă față de sol \(\Rightarrow\) traiectorie rectilinie. Față de biciclist: Axul nu își schimbă poziția față de acesta \(\Rightarrow\) repaus (traiectoria este un punct).

Cele mai importante aspecte ale lecției

Sistem de referință: Esențial pentru a determina starea de mișcare sau repaus. Mișcarea este relativă.
Viteza (\(v\)): \(v = \frac{d}{\Delta t}\). Caracterizează rapiditatea mișcării. Unitatea SI este \(\text{m/s}\).
Transformări: Viteza în \(\text{km/h}\) se împarte la \(3,6\) pentru \(\text{m/s}\). Din \(\text{m/s}\) în \(\text{km/h}\) se înmulțește cu \(3,6\).
Mișcare uniformă: Traiectorie dreaptă și viteză constantă. Legea mișcării: \(x = x_0 + v \cdot (t - t_0)\). Graficul este o dreaptă.
Accelerația (\(a\)): \(a = \frac{\Delta v}{\Delta t}\). Arată cum se modifică viteza în timp. Unitatea SI este \(\text{m/s}^2\).
Punct material: Un corp ale cărui dimensiuni pot fi neglijate în comparație cu mărimea deplasărilor sale. Un punct material în mișcare se numește mobil.
Sistem de referință: Ansamblul format dintr-un reper (corp de referință) și instrumentele necesare pentru măsurarea distanței și a timpului.
Starea de mișcare sau de repaus este relativă, ea depinzând strict de sistemul de referință ales. Un corp este în mișcare dacă își schimbă poziția față de reper și în repaus dacă nu și-o schimbă.
Un călător care stă pe scaun într-un tren în mișcare este în repaus față de tren, dar este în mișcare față de Pământ (stație).
Traiectoria: Curba descrisă de un mobil în mișcare față de un sistem de referință. Poate fi: rectilinie (linie dreaptă), curbilinie sau circulară.
Trei exemple de traiectorii reprezentate schematic: o linie dreaptă (traiectorie rectilinie), o linie curbă/parabolică (traiectorie curbilinie) și un cerc (traiectorie circulară).
Poziția (\(x\)) unui mobil pe o traiectorie rectilinie se măsoară față de un punct numit originea distanțelor.
Distanța parcursă (\(d\) sau \(\Delta x\)): Lungimea drumului străbătut de mobil.
\[ d = \Delta x = x_{final} - x_{inițial} \] Simbolul \(\Delta\) (delta) indică diferența dintre valoarea finală și cea inițială a unei mărimi.
Durata mișcării (\(\Delta t\)): Intervalul de timp scurs între momentul final și momentul inițial, măsurat față de originea timpului.
\[ \Delta t = t_{final} - t_{inițial} \]
Viteza medie (\(v_m\)): Mărimea fizică egală cu raportul dintre distanța parcursă și durata deplasării.
\[ v_m = \frac{d}{\Delta t} \]
Unitatea de măsură în Sistemul Internațional este metrul pe secundă: \([v_m]_{SI} = \text{m/s}\)
Viteza medie nu este întotdeauna media aritmetică a vitezelor mobilului pe diverse porțiuni. Viteza indicată la un anumit moment (de ex. de vitezometrul mașinii) este viteza momentană.
Transformări de unități:
• Din km/h în m/s: se împarte la 3,6. \( \left( 1 \text{ km/h} = \frac{1}{3,6} \text{ m/s} \right) \)
• Din m/s în km/h: se înmulțește cu 3,6. \( \left( 1 \text{ m/s} = 3,6 \text{ km/h} \right) \)
Viteza este o mărime care se reprezintă ca un segment de dreaptă orientat (vector) și are patru caracteristici: mărime (valoare), direcție (dreapta suport), sens și punct de aplicație.
Reprezentarea vitezei printr-un segment de dreaptă mărginit de un punct (punctul de aplicație) și o săgeată (sensul). Lungimea segmentului este proporțională cu mărimea vitezei, iar linia pe care stă segmentul este direcția sa.
Mișcarea rectilinie și uniformă (MRU): Mișcarea în care traiectoria este o linie dreaptă, iar mobilul parcurge distanțe egale în intervale de timp egale (viteza este constantă).
Legea mișcării rectilinii și uniforme: \[ x = x_0 + v \cdot (t - t_0) \] unde \(x_0\) este coordonata la momentul inițial \(t_0\).
Reprezentarea grafică a distanței (sau coordonatei) în funcție de timp pentru o mișcare rectilinie uniformă este o dreaptă. Cu cât panta dreptei este mai înclinată față de axa timpului, cu atât viteza mobilului este mai mare.
Grafic într-un sistem de axe carteziene: pe axa orizontală este timpul t(s), pe cea verticală este coordonata x(m). O linie dreaptă oblică ce pornește din origine și crește constant ilustrează mișcarea uniformă.
Mișcările cu viteză variabilă pot fi: accelerate (viteza crește în timp) sau încetinite/decelerate (viteza scade în timp).
Accelerația medie (\(a_{medie}\)): Mărimea fizică ce măsoară rapiditatea cu care variază viteza unui mobil. Este egală cu raportul dintre variația vitezei și durata de timp.
\[ a_{medie} = \frac{\Delta v}{\Delta t} = \frac{v_{final} - v_{inițial}}{t_{final} - t_{inițial}} \]
Unitatea de măsură în S.I. este metrul pe secundă la pătrat: \([a]_{SI} = \text{m/s}^2\)

Exerciții

Ușoară: Un autoturism se deplasează constant cu o viteză de \(72 \text{ km/h}\). Exprimați viteza în \(\text{m/s}\) și calculați ce distanță parcurge autoturismul în \(5 \text{ secunde}\).
1. Transformăm viteza: \[ v = 72 \text{ km/h} = 72 : 3,6 \text{ m/s} = 20 \text{ m/s} \] 2. Folosim formula \( d = v \cdot \Delta t \): \[ d = 20 \text{ m/s} \cdot 5 \text{ s} = 100 \text{ m} \] Răspuns: Autoturismul se deplasează cu \(20 \text{ m/s}\) și parcurge \(100 \text{ m}\).
Medie: O motocicletă pornește din repaus pe o traiectorie rectilinie și atinge o viteză de \(15 \text{ m/s}\) în \(3 \text{ secunde}\). Calculați accelerația medie a motocicletei.
Deoarece pornește din repaus, viteza inițială este \( v_{inițial} = 0 \text{ m/s} \).
Viteza finală este \( v_{final} = 15 \text{ m/s} \).
Durata este \( \Delta t = 3 \text{ s} \).
Aplicăm formula accelerației medii: \[ a_{medie} = \frac{v_{final} - v_{inițial}}{\Delta t} = \frac{15 \text{ m/s} - 0 \text{ m/s}}{3 \text{ s}} = 5 \text{ m/s}^2 \] Răspuns: Accelerația medie este \(5 \text{ m/s}^2\).
Dificilă: Viteza unui mobil care se deplasează cu o accelerație constantă crește de la \(10 \text{ m/s}\) la \(30 \text{ m/s}\) în \(10 \text{ secunde}\). Determinați accelerația mobilului, viteza sa medie pe acest interval și distanța totală parcursă.
1. Calculăm accelerația: \[ a = \frac{30 \text{ m/s} - 10 \text{ m/s}}{10 \text{ s}} = \frac{20 \text{ m/s}}{10 \text{ s}} = 2 \text{ m/s}^2 \] 2. Pentru o mișcare cu accelerație constantă, viteza medie este media aritmetică a vitezelor: \[ v_{medie} = \frac{v_{inițial} + v_{final}}{2} = \frac{10 + 30}{2} = 20 \text{ m/s} \] 3. Calculăm distanța parcursă cu ajutorul vitezei medii: \[ d = v_{medie} \cdot \Delta t = 20 \text{ m/s} \cdot 10 \text{ s} = 200 \text{ m} \] Răspuns: \(a = 2 \text{ m/s}^2\), \(v_{medie} = 20 \text{ m/s}\), \(d = 200 \text{ m}\).

Învinge
tema
cu mii de rezolvări, lecții și teste: