Kinematyka – najważniejsze wzory i informacje

W tym artykule znajdziesz najważniejsze informacje oraz wzory kinematyki. Kinematyka to dział fizyki zajmujący się badaniem, w jaki sposób poruszają się obiekty. Ze zjawiskiem ruchu stykamy się na co dzień – obserwując pędzące samochody, wyrzucając papierek do kosza czy też podziwiając krążący dookoła Ziemi księżyc. 

kinematyka

Najważniejsze wzory kinematyki:


Więcej materiałów o kinematyce znajdziesz na podstronie – Kinematyka w szkole średniej.  Jeżeli szukasz również wzorów i zagadnień z działu dynamika – zapraszam na podstronę z materiałami z dynamiki.

1. Układ odniesienia i położenie ciała

Układem odniesienia nazywamy ciało, względem którego określamy położenie innych ciał.

Położenie ciała określamy podając jego współrzędne:

  • dla ruchu po prostej – jedną współrzędną x na osi liczbowej,
  • dla ruchu po płaszczyźnie – dwie współrzędne (x, y) w układzie prostokątnym XY
  • dla ruchu w przestrzeni – trzy współrzędne (x, y, z)

Początek układu współrzędnych wybieramy zwykle w układzie odniesienia.

2. Pojęcie ruchu w fizyce

Podstawowe pojęcia kinematyki to ruch i jego względność, tor, droga, przemieszczenie (zwane wektorem przesunięcia):

  • Ruch: Ciało porusza się, jeżeli zmienia swoje położenie względem układu odniesienia  w określonym czasie. 
  • Względność ruchu: Ciało może znajdować się względem jednego układu odniesienia w ruchu, a względem drugiego w spoczynku np. pasażer pędzącego pociągu pozostaje w spoczynku względem fotela, na którym siedzi ale znajduje się w ruchu względem stacji kolejowej.
  • Tor: Torem nazywamy linię zakreśloną przez wybrany punkt poruszającego się ciała.
  • Droga: Droga to długość odcinka toru między dwoma wybranymi położeniami.
  • Przemieszczenie (wektor przesunięcia): Przemieszczenie jest to wektor o początku w punkcie odpowiadającym położeniu początkowemu ciała, a końcu w punkcie odpowiadającym położeniu końcowemu ciała.

Podział ruchów ze względu na zmianę prędkości:

  • Ruch jednostajny – ruch ze stałą (czyli jednostajną) prędkością
  • Ruch zmienny – ruch ze zmieniającą się prędkością
    • Ruch jednostajnie przyspieszony np. spadające jabłko (i ruch jednostajnie opóźniony np. podrzucona do góry piłka)
    • Ruch niejednostajnie zmienny – ruch, w którym prędkość ciała zmienia się w sposób niejednostajny (nieregularny) np. ruch samochód podczas rajdu terenowego

Podział ruchów ze względu na tor:

  • Ruch prostoliniowy np. ruch pociągu metra, który porusza się w lini prostej
  • Ruch krzywoliniowy
    • Ruch po okręgu np. ruch dziecka na karuzeli

3. Ruch jednostajny prostoliniowy

Ruch jednostajny prostoliniowy to taki ruch, którego torem jest linia prosta, a ciało w jednakowych odcinkach czasu przebywa jednakową drogę. W ruchu jednostajnym prostoliniowym droga jest proporcjonalna do czasu trwania ruchu.

Prędkość w ruchu jednostajnym prostoliniowym

Prędkość jest to wielkość wektorowa o kierunku i zwrocie zgodnym z kierunkiem i zwrotem wektora przesunięcia, a wartość obliczmy dzieląc długość wektora przesunięcia r przez czas t, w którym to przesuniecie nastąpiło.

\Large V = \frac{\Delta r}{t}

Gdzie, V – prędkość,  \Delta r – długość wektora przesunięcia a  t – czas.

W ruchu  prostoliniowym, gdy zwrot prędkości nie zmienia się, długość wektora przesunięcia \Delta_r jest równa przebytej drodze s.

Wartość prędkości można wtedy obliczyć dzieląc drogę przez czas, w którym ta droga została przebyta.

\Large V = \frac{s}{t} 

V – prędkość s – droga t – czas

Jednostką prędkości jest 1 m/s. Ciało porusza się z prędkością 1 m/s, jeżeli  drogę 1 metra przebędzie w ciągu 1 sekundy. Prędkość w ruchu jednostajnym, prostoliniowym nie zmienia się.

Przyspieszenie

Wartość przyspieszenia obliczamy dzieląc zmianę prędkości przez czas, w którym ta zmiana nastąpiła:

\Large a = \frac{\Delta  V}{t}
\Large \Delta V = (V_k - V_p)

a – przyspieszenie \Delta V – zmiana prędkości V_k – prędkość końcowa V_p – prędkość początkowa t – czas

Jednostką przyspieszenia jest  1 m/s2. Przyspieszenie ciała ma wartość  1 m/s2,  jeżeli  w ciągu 1 sekundy  prędkość  zmienia się  o 1 m/s .

Uwaga: Więcej informacji o przyspieszeniu i przykładowe zadanie znajdziesz na podstronie o przyspieszeniu.

4. Ruch jednostajnie przyspieszony prostoliniowy

W ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym prędkość rośnie w ciągu jednej sekundy o tę samą wartość. Przyspieszenie w tym ruchu ma stałą wartość. Prędkość w ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym bez prędkości początkowej:

\Large V = a \cdot t

a – przyspieszenie t – czas

Droga w ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym bez prędkości początkowej:

\Large s = \frac{a \cdot t^2}{2}

a – przyspieszenie t – czas  


PRZYDATNY ARTYKUŁ? Udostępnij link innym:

Facebooktwittermail

Dodaj do Google Classroom

Następny temat:
Układ odniesienia

Pozostałe tematy z działu: Kinematyka
 
Układ odniesienia | Względność ruchu | Tor | Droga | Jednostka czasu: sekunda | Prędkość | Przyspieszenie | Ruch jednostajny prostoliniowy | Ruch jednostajnie przyspieszony (opóźniony) | Swobodny spadek