Φυσική (Β Γυμνασίου) - Βιβλίο Μαθητή
2.3 Κίνηση με σταθερή ταχύτητα 3.1 Η έννοια της δύναμης Επιστροφή στην αρχική σελίδα του μαθήματος
img

Εικόνα 2.24.

Τη στιγμή t=0 s το αεροπλάνο αρχίζει να κινείται. Η ταχύτητά του είναι 0 m/s. Τη στιγμή t=15 s η ταχύτητά του είναι 60 m/s.

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.4.
Χρόνος t σε sec Ταχύτητα u σε m/s
0 0
1 +4
2 +8
3 +12
4 +16
5 +20
img

2.4 Κίνηση με μεταβαλλόμενη ταχύτητα

Ένα αεροπλάνο βρίσκεται ακίνητο στην αρχή του διαδρόμου. Έχει μηδενική ταχύτητα. Όταν ο πιλότος παίρνει την εντολή απογείωσης από τον πύργο ελέγχου, θέτει σε λειτουργία τα όργανα του αεροσκάφους (εικόνα 2.24).

Στον πίνακα 2.4 καταγράφονται οι τιμές της ταχύτητας του αεροπλάνου σε διάφορες χρονικές στιγμές. Παρατηρούμε ότι η ταχύτητα μεταβάλλεται.

Στην παραπάνω περίπτωση κίνησης το αεροπλάνο κινείται ευθύγραμμα και επομένως έχουμε μεταβολή μόνο στο μέτρο της ταχύτητας.

Είναι δυνατόν το μέτρο της ταχύτητας να είναι σταθερό, αλλά η κατεύθυνσή της να μεταβάλλεται;

Αυτό συμβαίνει, για παράδειγμα, όταν ένας κολυμβητής κάνει αναστροφή στην άκρη της πισίνας ή ένα αυτοκίνητο κινείται σε μια στροφή του δρόμου, ενώ το ταχύμετρο του δείχνει σταθερή ένδειξη (εικόνα 2.25). Το μέτρο της ταχύτητας παραμένει σταθερό, ενώ η κατεύθυνσή της διαρκώς μεταβάλλεται.

Εάν είτε το μέτρο είτε η κατεύθυνση ή και τα δυο μεταβάλλονται, τότε το διάνυσμα της ταχύτητας μεταβάλλεται και λέμε ότι η ταχύτητα με την οποία κινείται το σώμα είναι μεταβαλλόμενη. Γενικά, η ταχύτητα με την οποία κινείται ένα σώμα μεταβάλλεται, όταν μεταβάλλεται η κατεύθυνσή της, όταν το σώμα σταματά ή ξεκινά, ή όταν αυξάνεται ή ελαττώνεται το μέτρο της. Ο οδηγός ενός αυτοκινήτου χρησιμοποιεί τρεις μηχανισμούς προκειμένου να μεταβάλλει την ταχύτητα του αυτοκινήτου. Ο πρώτος είναι το γκάζι, που χρησιμοποιείται για να διατηρηθεί σταθερό ή για να αυξηθεί το μέτρο της ταχύτητας. Ο δεύτερος είναι το φρένο, για να μειωθεί το μέτρο της ταχύτητας. Ο τρίτος είναι το τιμόνι, με το οποίο μεταβάλλεται η κατεύθυνση της ταχύτητας.

Εικόνα 2.25.

Το αυτοκίνητο κινείται στην κυκλική πλατεία. Το ταχύμετρο του δείχνει διαρκώς 60 km/h. Το μέτρο της ταχύτητας παραμένει σταθερό. Ωστόσο, η ταχύτητά του αυτοκινήτου μεταβάλλεται!

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΚΙΝΗΣΗ


Διαγράμματα και κινήσεις

Γνωρίζοντας το είδος της κίνησης ενός σώματος μπορούμε να κατασκευάσουμε το διάγραμμα ταχύτητας-χρόνου και θέσης-χρόνου. Όταν το κινητό εκτελεί διαδοχικά διαφορετικές κινήσεις, προκύπτει ένα σύνθετο διάγραμμα που αποτελείται από τα διαγράμματα των επιμέρους κινήσεων. Στο διάγραμμα της εικόνας 2.26, το κινητό ξεκινάει από την ηρεμία (υ = 0), η ταχύτητά του αρχικά αυξάνεται, στη συνέχεια σταθεροποιείται σε μια τιμή (12 m/s) και κατόπιν αρχίζει να ελαττώνεται και τελικά μηδενίζεται, γεγονός που σημαίνει ότι το κινητό σταματάει. Αυτό το διάγραμμα θα μπορούσε να παραστήσει την κίνηση ενός δρομέα σε αγώνα δρόμου από την αφετηρία μέχρι να σταματήσει μετά τον τερματισμό.

Αντίστροφα, από ένα διάγραμμα κίνησης μπορούμε να καθορίσουμε το είδος της κίνησης ή των κινήσεων στις οποίες συμμετέχει ένα σώμα. Για παράδειγμα, από το διάγραμμα θέσης-χρόνου που παριστάνεται στην εικόνα 2.27 και περιγράφει την κίνηση μιας μέλισσας από την κηρήθρα προς το άνθος και αντίστροφα, προκύπτει ότι η μέλισσα κινείται με σταθερή ταχύτητα στη συνέχεια σταματά και τέλος αρχίζει να κινείται προς στην αντίθετη κατεύθυνση και επιστρέφει στο σημείο εκκίνησης. Το αντίστοιχο διάγραμμα ταχύτητας σε συνάρτηση με το χρόνο της μέλισσας παριστάνεται στο σχήμα 2.28.

img

Εικόνα 2.26.

Η κούρσα των 100 μ.

Στο Παγκόσμιο πρωτάθλημα στίβου που πραγματοποιήθηκε το 1997 στην Αθήνα ο παγκόσμιος πρωταθλητής των 100 m Μώρις Γκρίν (Maurice Greene) ξεκινά τη χρονική στιγμή t=0 s και τα 3,5 πρώτα δευτερόλεπτα αυξάνει την ταχύτητά του (τμήμα Α). Στη συνέχεια, διατηρεί για περίπου 6.5 s σταθερή την ταχύτητά του (κινείται ευθύγραμμα και ομαλά) (τμήμα Β). Μετά το τέρμα της διαδρομής μειώνει την ταχύτητά του και σταματά (τμήμα Γ).

img

Εικόνα 2.27.

Το ταξίδι της μέλισσας

Η μέλισσα ξεκινά από την κηρήθρα της κινούμενη με σταθερή ταχύτητα και κατευθύνεται προς το πλησιέστερο άνθος που απέχει 8 m (τμήμα Α). Το ταξίδι της διαρκεί 2 s. Εκεί σταματά για 6 s και συλλέγει το νέκταρ (τμήμα Β). Στη συνέχεια, κινούμενη με ταχύτητα ίδιου μέτρου επιστρέφει στην κηρήθρα (τμήμα Γ).

 
img

Εικόνα 2.28.

Η ταχύτητα της μέλισσας

Μια μέλισσα κινείται ευθύγραμμα για 2 s και η μετατόπισή της από την κηρήθρα στο άνθος είναι Δx=+8 m. Επομένως η ταχύτητά της είναι:+4 m/s. Στη συνέχεια παραμένει ακίνητη στο άνθος, δηλαδή στη θέση x=+8 m για χρονικό διάστημα Δt=6 s και η ταχύτητά της είναι 0 m/s. Ακολούθως κινείται από το άνθος προς την κηρήθρα σε 2 s. Η μετατόπισή της τώρα είναι: Δx=-8 m και η ταχύτητά της: -4 m/s.

ΦΥΣΙΚΗ Β' ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ


Φυσική και Μετεωρολογία, Τεχνολογία και καθημερινή ζωή

Η ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΤΩΝ ΑΝΕΜΩΝ

img
img

Το 1805 ο Φράνσις Μποφόρ, ναύαρχος του βρετανικού πολεμικού ναυτικού, επινόησε την κλίμακα Μποφόρ και πρότεινε τη χρήση της ώστε να διευκολύνονται οι ναυτικοί στον προσδιορισμό της έντασης του ανέμου σε σχέση με τα αποτελέσματα που αυτός προκαλούσε στη θάλασσα. Αργότερα η κλίμακα αυτή υιοθετήθηκε από τη Διεθνή Μετεωρολογική επιτροπή, αφού προηγουμένως τροποποιήθηκε για να περιλαμβάνει και φαινόμενα της ξηράς. Άνεμος με ταχύτητα συγκρίσιμη με εκείνη ενός δρομέα ταχύτητας (περίπου 9 m/s) χαρακτηρίζεται μεγέθους 5. Άνεμος αυτής της έντασης προκαλεί έντονο κυματισμό στη θάλασσα και αυτή χαρακτηρίζεται ως ταραγμένη.

img

Άνεμος με ταχύτητα όση του γατόπαρδου (περίπου 105 km/h) χαρακτηρίζεται μεγέθους 11, όπως μια ισχυρή θύελλα. Η κλίμακα τερματίζεται στο 12 με ταχύτητες ανέμων ως 135 km/h, όπως αυτοί που πνέουν στη διάρκεια ενός τυφώνα. Όμως έχουν καταγραφεί ταχύτητες ανέμων πολύ πάνω από το ανώτερο όριο της κλίμακας, όπως 371 km/h στο όρος Ουάσιγκτον στην πολιτεία του Νιου Χαμσάιρ των Η.Π.Α.

- Αναζήτησε πληροφορίες για τον τρόπο με τον οποίο προσδιορίζεται η κλίμακα Μποφόρ και γίνεται η αντιστοίχησή της με τις μονάδες ταχύτητας στο διεθνές σύστημα μονάδων (SI). Συμπλήρωσε τη 2η στήλη του παρακάτω πίνακα:

Ένταση του ανέμου
στην κλίμακα Μποφόρ
Ταχύτητα του
ανέμου σε Km/h
Αποτελέσματα στη
θάλασσα
Αποτελέσματα
στην ξηρά
       

- Τι είναι το ανεμόμετρο; Κατασκεύασε ένα ανεμόμετρο με απλά υλικά.

Ερωτήσεις

 Χρησιμοποίησε και εφάρμοσε τις έννοιες που έμαθες:

  1. Συμπλήρωσε τις λέξεις που λείπουν από το παρακάτω κείμενο έτσι ώστε οι προτάσεις που προκύπτουν να είναι επιστημονικά ορθές:
    1. Η θέση ενός σώματος καθορίζεται σε σχέση με ένα …………………… ……………………Φυσικά μεγέθη τα οποία προσδιορίζονται μόνο από έναν αριθμό ονομάζονται ……………………Αντίθετα, τα μεγέθη (όπως η θέση) που ο προσδιορισμός τους εκτός από το ……………………, απαιτεί και την (κατεύθυνση) ονομάζονται …………………… συμβολίζονται με ένα …………………… και συμφωνούμε το μήκος του να είναι …………………… με το …………………… του μεγέθους.
    2. Στη γλώσσα που χρησιμοποιούμε στην καθημερινή μας ζωή ορίζουμε ως μέση ταχύτητα ……… …………… του μήκους της διαδρομής που διήνυσε το ένα κινητό σε ορισμένο …………………… προς το …………………… αυτό. Η ταχύτητα είναι …………………… μέγεθος και η μονάδα της στο διεθνές σύστημα μονάδων (SI) είναι το ……………………, δηλαδή …………………… ανά …………………… Ορίζουμε τη μέση …………………… ταχύτητα με βάση τη μετατόπιση ενός κινητού.
      Διανυσματική μέση ταχύτητα = ................................
      ................... διάστημα
      Εφόσον η μετατόπιση είναι διανυσματικό μέγεθος, και η μέση …………………… ταχύτητα είναι επίσης διανυσματικό μέγεθος. Η κατεύθυνσή της συμπίπτει με την κατεύθυνση της ……………………
    3. Σε κάθε ευθύγραμμη ομαλή κίνηση το διάγραμμα της θέσης σε συνάρτηση με το χρόνο είναι …………………… γραμμή και το διάγραμμα της ταχύτητας σε συνάρτηση με το χρόνο είναι μια …………………… γραμμή παράλληλη προς τον άξονα του ……………………

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΚΙΝΗΣΗ


  1. Να χαρακτηρίσεις τα παρακάτω μεγέθη ως μονόμετρα ή διανυσματικά: α) θέση, β) απόσταση, γ) μετατόπιση, δ) χρονικό διάστημα, ε) ταχύτητα.
  2. Στις παρακάτω ερωτήσεις να κυκλώσεις το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.
    1. Η μονάδα της ταχύτητας είναι: α) m/s, β) m2/s, γ) m/s2, d) m2/s2
    2. Ένας αριθμός αντιστοιχεί στο μέτρο της ταχύτητας και δίδεται σε Km/h. Κατά τη μετατροπή του σε Km/s προκύπτει αριθμός ο οποίος είναι: α) πάντα μικρότερος, β) ο ίδιος, γ) μερικές φορές μικρότερος, δ) ποτέ μικρότερος, ε) τίποτε από όλα αυτά.
    3. Η ταχύτητα 30 m/s είναι ίση με α) 0,03 Km/h, β) 108 Km/h, γ)108 m/min, δ)18 Km/h, ε) καμία από τις παραπάνω.
    4. Σε μια ευθύγραμμη ομαλή κίνηση η σχέση μεταξύ των μεγεθών ταχύτητα (υ), μετατόπιση (Δx) και χρονικό διάστημα (Δt) είναι:
      α) u=Δx·Δt, β)u=Δx/Δt, γ)u=Δt/Δx, δ)Δt=u·Δx
    5. Σε μια ευθύγραμμη ομαλή κίνηση το διάγραμμα θέσης (x) - χρόνου (t) είναι:
      α) ευθεία παράλληλη προς τον άξονα των χρόνων, β) ευθεία που περνάει από την αρχή των αξόνων, γ) τμήμα παραβολής

 Εφάρμοσε τις γνώσεις σου και γράψε τεκμηριωμένες απαντήσεις στις ερωτήσεις που ακολουθούν:

  1. Τι εννοούμε όταν λέμε ότι η κίνηση είναι σχετική;
  2. Η μέση ταχύτητα ενός σώματος που κινείται ευθύγραμμα είναι μηδέν σε κάποιο χρονικό διάστημα. Τι μπορείς να πεις για τη μετατόπισή του και το συνολικό μήκος της διαδρομής που έχει διανύσει σ’ αυτό το χρονικό διάστημα;
  3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ μέσης και στιγμιαίας ταχύτητας;
  4. Ποια ταχύτητα δείχνει το ταχύμετρο του αυτοκινήτου;
  5. Ένα αυτοκίνητο κινείται σε μια στροφή ενός δρόμου. Είναι δυνατόν η ταχύτητά του να διατηρείται σταθερή; Να δικαιολογήσεις την απάντησή σου.
  6. Αν το ταχύμετρο ενός αυτοκινήτου δείχνει 60 Km/h, μπορείς να συμπεράνεις αν η ταχύτητά του διατηρείται σταθερή; Ναι, όχι και γιατί;
ΠΙΝΑΚΑΣ 2.5.
Ταχύτητα σε Km/h Σώμα που κινείται
0,04 Αυτοκίνητο
3 Αεροπλάνο
100 Σαλιγκάρι
1.200 Άνθρωπος που βαδίζει
30.000 Φως
1.080.000.000 Δορυφόρος
  1. Με ποιους τρόπους μπορούμε να μεταβάλουμε τη στιγμιαία ταχύτητα ενός αυτοκινήτου;
  2. Αντιστοίχισε τις τιμές των ταχυτήτων της αριστερής στήλης με τις περιπτώσεις κίνησης της δεξιάς στήλης του πίνακα 2.5.

ΦΥΣΙΚΗ Β' ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ


Ασκήσεις
  1. Ο παρακάτω πίνακας αναφέρεται σε μια ευθύγραμμη ομαλή κίνηση:
    Χρόνος (t)
    s
    Μετατόπιση (Δx)
    m
    Ταχύτητα (υ)
    m/sec
    5 150  
    10    
      900  
    Να συμπληρώσεις τα κενά.
  2. Ο Κώστας Κεντέρης στους Ολυμπιακούς αγώνες του Σίδνεϋ έτρεξε την κούρσα των 200 m σε σχεδόν 20 s.
    α. Να υπολογίσεις τη μέση ταχύτητά του σε m/s και σε Km/h.
    β. Αν κατόρθωνε να διατηρεί σταθερή την παραπάνω ταχύτητα, σε πόσο χρόνο θα διένυε τα 5 Km;
  3. Ένα αυτοκίνητο κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου 15 m/s.
    α. Να κατασκευάσεις το διάγραμμα της ταχύτητας σε συνάρτηση με το χρόνο.
    β. Να υπολογίσεις τη μετατόπιση του αυτοκινήτου στο χρονικό διάστημα μεταξύ των χρονικών στιγμών t1 = 10 s και t2 = 20 s της κίνησης.
    γ. Να κατασκευάσεις το διάγραμμα της θέσης του αυτοκινήτου (από το σημείο αφετηρίας) σε συνάρτηση με το χρόνο.
  4. img
    Στην εικόνα της επόμενης σελίδας δίνεται το διάγραμμα της θέσης σε συνάρτηση με το χρόνο ενός δρομέα σκυταλοδρομίας από τη στιγμή που παρέλαβε τη σκυτάλη.
    α. Τι είδους κίνηση εκτελεί ο δρομέας;
    β. Πόση είναι η μετατόπισή του από τη χρονική στιγμή t1 = 10 s μέχρι t2 = 20 s;
    γ. Ποια χρονική στιγμή βρέθηκε στη θέση 45m από τη στιγμή που παρέλαβε τη σκυτάλη;
    δ. Να υπολογίσεις την ταχύτητα του δρομέα.
  5. Ένας ποδηλάτης κινείται με μέση ταχύτητα 5 m/s. Πόσο χρονικό διάστημα χρειάζεται για να διανύσει 9 Km;
  6. img
    Στη διπλανή εικόνα φαίνεται το διάγραμμα θέσης – χρόνου σε έναν ευθύγραμμο αγώνα δρόμου μεταξύ του παιδιού και του σκύλου του. Η Α γραμμή αντιστοιχεί στην κίνηση του παιδιού και η Β του σκύλου. Πόσο ήταν το μήκος της διαδρομής του αγώνα; Για πόσο χρονικό διάστημα το παιδί βρισκόταν μπροστά από το σκύλο του; Σε πόση απόσταση από την αφετηρία και ποια χρονική στιγμή συναντήθηκαν;
  7. Οι ανθρωπολόγοι πιστεύουν ότι ο πρώτος άνθρωπος στον πλανήτη εμφανίστηκε στην Αφρική. Στη συνέχεια, ο άνθρωπος μετανάστευσε στις άλλες ηπείρους. Αν υποθέσουμε ότι μπορούσαν να μετακινηθούν ένα χιλιόμετρο το χρόνο και ότι η Βόρεια Ευρώπη απέχει από την Αφρική 10.000 Km, πόσοι αιώνες χρειάστηκαν για να φθάσουν οι άνθρωποι στη Β. Ευρώπη;

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΚΙΝΗΣΗ


  1. Ένα ηλεκτροκίνητο τρενάκι / παιχνίδι κινείται κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής. Στο σχήμα παριστάνεται η θέση του τρένου σαν συνάρτηση του χρόνου.
    1. Ποιες είναι οι θέσεις του τρένου τις χρονικές στιγμές: t1 = 3 s, t2 = 5 s, t3 = 6 s, t4 = 7 s, t5 = 8 s.
    2. Να υπολογίσεις τη μετατόπιση του τρένου για τα χρονικά διαστήματα: 1 s - 3 s και 5 s - 6 s.
    3. Η φορά κίνησης του τρένου παρέμεινε η ίδια ή μεταβλήθηκε κατά τη διάρκεια της κίνησής του; Αν ναι, ποια χρονική στιγμή έγινε αυτό;
    4. Για ποιο χρονικό διάστημα το τρένο παρέμεινε ακίνητο;

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

  • Η θέση ενός αντικειμένου καθορίζεται σε σχέση με ένα σημείο αναφοράς.
  • Ένα μονόμετρο μέγεθος περιγράφεται από το μέτρο του, ενώ για την περιγραφή ενός διανυσματικού εκτός από το μέτρο του, απαιτείται και η κατεύθυνση.
  • Η απόσταση είναι μονόμετρο μέγεθος, ενώ η θέση είναι διανυσματικό.
  • Η ταχύτητα στην καθημερινή γλώσσα είναι μονόμετρο μέγεθος και ορίζεται ως το πηλίκο του μήκους της διαδρομής προς το αντίστοιχο χρονικό διάστημα.
  • Στη γλώσσα της φυσικής η μέση ταχύτητα είναι διανυσματικό μέγεθος και ορίζεται ως το πηλίκο της μετατόπισης (μεταβολή της θέσης) προς το αντίστοιχο χρονικό διάστημα.

ΒΑΣΙΚΟΙ ΟΡΟΙ

Σημείο αναφοράς Μετατόπιση Στιγμιαία ταχύτητα
Μονόμετρο μέγεθος Χρονική στιγμή Ομαλή κίνηση
Διανυσματικό μέγεθος Χρονικό διάστημα Διάγραμμα: θέσης-χρόνου
Θέση Μέση ταχύτητα Διάγραμμα: ταχύτητας-χρόνου
Μήκος διαδρομής