Παράδειγμα 1
Ένας αθλητής τρέχει ευθύγραμμα με σταθερή ταχύτητα και διανύει 400 μέτρα σε 50 δευτερόλεπτα.
- Πόση είναι η ταχύτητα του αθλητή;
- Πόσο χρόνο χρειάζεται ο αθλητής για να διανύσει απόσταση 2km;
- Πόση απόσταση θα διανύσει ο αθλητής σε 10 λεπτά;
- Να γίνουν τα διαγράμματα θέσης – χρόνου και ταχύτητας – χρόνου.
(θεωρούμε ότι ο αθλητής κινείται με την ίδια ταχύτητα και ευθύγραμμα συνεχώς)
Λύση
1. Η ταχύτητα του αθλητή μπορεί να υπολογιστεί από τον ορισμό της ταχύτητας, δηλαδή:
.
Η κατεύθυνση της ταχύτητας είναι η κατεύθυνση που κινείται ο αθλητής.
2. Ο χρόνος που θα χρειαστεί ο αθλητής για να διανύσει 2km = 2.000m είναι:
.
3. Η απόσταση που θα διανύσει ο αθλητής σε 10 λεπτά = 600s, θα είναι ίδια με την μετατόπισή του, άρα:
.
4.
Το διάγραμμα θέσης – χρόνου θα είναι μια ευθεία που περνάει από την αρχή των αξόνων και από το σημείο (50s,400m): |
Το διάγραμμα ταχύτητας- χρόνου θα είναι μια ευθεία παράλληλη στον άξονα των χρόνων που θα διέρχεται από τα 8m/s: |
Παράδειγμα 2
Η ταχύτητα ενός σώματος που κινείται ευθύγραμμα δίνεται από το παρακάτω διάγραμμα.
- Να προσδιορίσετε τα είδη των κινήσεων που κάνει το σώμα.
- Να υπολογίσετε την συνολική μετατόπιση και το συνολικό διάστημα που διένυσε το σώμα.
- Να υπολογίσετε την μέση ταχύτητα του σώματος.
- Να γίνει το διάγραμμα μετατόπισης χρόνου.
Λύση
1. Θα προσδιορίσουμε την κίνηση του σώματος και θα υπολογίσουμε την μετατόπιση για κάθε κίνηση χωριστά. Τη μετατόπιση μπορούμε να την υπολογίσουμε είτε από το εμβαδόν του διαγράμματος είτε από τη σχέση Δx = υ Δt.
- (0s-2s): Ευθύγραμμη Ομαλή Κίνηση με ταχύτητα υ1= 10m
Η μετατόπιση θα είναι: - (2s-4s): Ευθύγραμμη Ομαλή Κίνηση με ταχύτητα υ2 = 6m/s
Η μετατόπιση θα είναι: - (4s-6s): Ευθύγραμμη Ομαλή Κίνηση με ταχύτητα υ3 = 8m/s
Η μετατόπιση θα είναι: - (6s-9s): Το σώμα είναι ακίνητο άρα υ4 = 0m/s
Η μετατόπιση θα είναι: - (9s-12s): Ευθύγραμμη Ομαλή Κίνηση με ταχύτητα υ5 = 10m/s
Η μετατόπιση θα είναι:
2. Η συνολική μετατόπιση του σώματος θα είναι:
ενώ το διάστημα που θα διένυσε θα είναι:
3. Η μέση ταχύτητα του σώματος θα είναι:
4. Για να κάνουμε το διάγραμμα θέσης – χρόνου, πρέπει να βρούμε τη θέση του σώματος στο τέλος κάθε κίνησης.
- Αν θεωρήσουμε λοιπόν ότι το σώμα ξεκινάει από τη θέση xo = 0m τότε στο τέλος της πρώτης κίνησης (2s) η θέση του θα είναι:
- Η θέση στο τέλος της δεύτερης κίνησης (4s) θα είναι:
- Η θέση στο τέλος της τρίτης κίνησης (6s) θα είναι:
- Η θέση στο τέλος της τέταρτης κίνησης (9s) θα είναι:
- Η θέση στο τέλος της πέμπτης κίνησης (12s) θα είναι:
Άρα το διάγραμμα θέσης – χρόνου, θα είναι: |
Παράδειγμα 3
Ένα αυτοκίνητο κινείται σε μία ευθεία οδό με σταθερή ταχύτητα 72km/h ενώ πίσω του, σε απόσταση d=600m κινείται μηχανή με ταχύτητα 30m/s.
- Να υπολογιστεί μετά από πόσο χρόνο η μηχανή θα φτάσει το αυτοκίνητο.
- Να υπολογιστεί η απόσταση που έχει διανύσει η μηχανή και το αυτοκίνητο μέχρι να συναντηθούν.
- Να γίνει σε κοινούς άξονες το διάγραμμα θέσης – χρόνου και ταχύτητας – χρόνου για το αυτοκίνητο και την μηχανή.
Λύση
Αρχικά πρέπει να μετατρέψουμε την ταχύτητα του αυτοκινήτου σε m/s. Έχουμε λοιπόν:
Γράφουμε τις σχέσεις που περιγράφουν την κίνηση των σωμάτων:
Αυτοκίνητο | Μηχανή | |
Είδος κίνησης | Ε.Ο.Κ. | Ε.Ο.Κ. |
Ταχύτητα | ||
Μετατόπιση |
Στη συνέχεια κάνουμε σχήμα με τα σώματα στην αρχική και τελική τους θέση και σημειώνουμε τις μετατοπίσεις τους και τις αποστάσεις που δίνονται και ζητούνται.
1. Από το σχήμα βγάζουμε τη σχέση που συνδέει τις αποστάσεις:
2. Η απόσταση που θα έχουν διανύσει τα δύο σώματα θα βρεθεί από τη σχέση της μετατόπισής τους για t=60s. Δηλαδή:
3. Αν θεωρήσουμε ως αρχή των αξόνων την αρχική θέση της μηχανής, τότε η θέση του αυτοκινήτου θα είναι όσο η μετατόπισή του συν την αρχική απόσταση από την μηχανή. Το διάγραμμα λοιπόν θα είναι:
Αν η άσκηση μας ζητούσε το διάγραμμα μετατόπισης χρόνου τότε θα ήταν όπως το παρακάτω:
Περισσότερα παραδείγματα ασκήσεων στο τέλος του κεφαλαίου των κινήσεων.