Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.
1Formulės ir metodai
Kinematika
Greitis
v = v0 + a·t
Poslinkis
s = v0·t + ½·a·t²
Be laiko
v² = v0² + 2·a·s
Vienetai
1 m/s = 3,6 km/h
Metodas
Išvardykite, ką žinote: v₀, v, a, t ir s, su vienetais.
Pasirinkite lygtį, kurioje yra trys žinomi dydžiai ir ieškomasis.
Pasirinkite vieną teigiamą kryptį, o priešingos krypties dydžiams suteikite minuso ženklą.
Išspręskite ir patikrinkite, ar atsakymas fiziškai prasmingas.
Niutono dėsniai
Antrasis dėsnis
ΣF = m·a
Svoris
W = m·g
Kinetinė trintis
Ff = μ·N
Nuokalnėje
išilgai: m·g·sin θ, statmenai: m·g·cos θ
Metodas
Nubraižykite laisvojo kūno diagramą su visomis kūną veikiančiomis jėgomis.
Pasirinkite teigiamą kryptį judėjimo kryptimi.
Jėgas išskaidykite į dedamąsias išilgai judėjimo ir statmenai jam (nuokalnėje: m·g·sin θ išilgai, m·g·cos θ į nuokalnę).
Išilgai judėjimo taikykite ΣF = m·a; trintis lygi μ·N ir nukreipta prieš judėjimą.
Sviedinio judėjimas
Dedamosios
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Padėtis
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Didžiausias aukštis
H = h + vy²/(2g)
Nuotolis (lygus paviršius)
R = v0²·sin 2θ/g
Metodas
Pradinį greitį išskaidykite į dedamąsias: vx = v₀·cos θ ir vy = v₀·sin θ.
Horizontalusis judėjimas vyksta pastoviu greičiu; vertikaliojo judėjimo pagreitis yra −g.
Skrydžio laiką raskite iš vertikaliojo judėjimo.
Šį laiką naudokite horizontaliajame judėjime nuotoliui rasti.
Judėjimas apskritimu
Įcentrinis pagreitis
a = v²/r = ω²·r
Įcentrinė jėga
F = m·v²/r
Kampinis greitis
ω = v/r = 2π/T
Horizontalus posūkis, trintis
vmax = √(μ·g·r)
Darbas ir energija
Kinetinė energija
Ek = ½mv²
Potencinė energija
Ep = mgh
Energijos balansas
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Trinties darbas
W = μ·N·d
Galia
P = W/t
Judesio kiekis ir susidūrimai
Judesio kiekis
p = m·v
Tvermė
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Absoliučiai netamprus smūgis
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
Jėgos impulsas
J = F·Δt = m·Δv
Metodas
Pasirinkite teigiamą kryptį ir kiekvienam greičiui suteikite ženklą.
Užrašykite bendrą judesio kiekį prieš susidūrimą: Σm·v.
Po absoliučiai netampraus susidūrimo kūnai juda kartu; tampriajame susidūrime išlieka ir kinetinė energija.
Prilyginkite judesio kiekį prieš susidūrimą judesio kiekiui po jo ir išspręskite.
Spyruoklės ir švytuoklės
Svarelis ant spyruoklės
T = 2π·√(m/k)
Švytuoklė
T = 2π·√(L/g)
Kampinis dažnis
ω = √(k/m) = 2π/T
Didžiausi greitis ir pagreitis
vmax = A·ω, amax = A·ω²
Energija
E = ½·k·A²
2Uždaviniai
1.KinematikaVidutinis
100 km/h greičiu važiuojantis automobilis stabdo pastoviu 8 m/s² lėtėjimu, kol sustoja. Raskite stabdymo kelią s.
v₀ = 100 km/ha = −8 m/s²v = 0
s = m
2.KinematikaSunkus
Kamuolys metamas vertikaliai aukštyn 19 m/s greičiu nuo stogo, esančio 40 m virš žemės, krašto. Oro pasipriešinimo nepaisykite, g = 9,81 m/s². Raskite didžiausią aukštį hmax virš žemės.
v₀ = 19 m/sh₀ = 40 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Niutono dėsniaiVidutinis
3 kg kūnas slysta žemyn nuokalne, pasvirusia 35° kampu į horizontą. Kinetinės trinties koeficientas yra 0,25. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite kūno pagreitį a išilgai nuokalnės.
m = 3 kgθ = 35°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Niutono dėsniaiSunkus
Dvi kaladėlės ant lygių grindų sujungtos lengvu horizontaliu siūlu. Horizontali 150 N jėga traukia priekinę 1 kg kaladėlę; 9 kg kaladėlė velkama iš paskos. Abiejų kaladėlių kinetinės trinties koeficientas 0,2. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite jungiamojo siūlo įtempimo jėgą T.
m1 = 9 kgm2 = 1 kgF = 150 Nμ = 0,2g = 9,81 m/s²
T = N
5.Sviedinio judėjimasVidutinis
Kamuolys metamas 45° kampu į horizontą nuo lygios žemės. Oro pasipriešinimo nepaisykite. Raskite didžiausią aukštį H, kurį pasiekia kamuolys.
v0 = 34 m/sθ = 45°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Sviedinio judėjimasSunkus
Kamuolys metamas 20° kampu į horizontą nuo 5 m aukščio uolos viršaus. Oro pasipriešinimo nepaisykite. Raskite skrydžio laiką t, kol kamuolys atsitrenks į žemę.
v0 = 22 m/sθ = 20°h = 5 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Judėjimas apskritimuVidutinis
Atrakcione „rotorius“ žmonės stovi prie vertikalaus 3,2 m spindulio cilindro sienos. Kai jis sukasi pakankamai greitai, grindys nusileidžia, o žmones išlaiko trintis. Statinės trinties koeficientas 0,4. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite mažiausią sukimosi dažnį n apsisukimais per minutę.
r = 3,2 mμs = 0,4g = 9,81 m/s²
n = rpm
8.Judėjimas apskritimuSunkus
1,4 kg rutuliukas ant lengvo 1,2 m ilgio siūlo sukamas vertikaliu apskritimu. Žemiausiame taške jo greitis 10,5 m/s. Nepaisykite oro pasipriešinimo ir imkite g = 9,81 m/s². Raskite siūlo įtempimo jėgą Ttop aukščiausiame taške.
Kūnas be pradinio greičio slysta nuokalne, pasvirusia 30° kampu į horizontą. Kinetinės trinties koeficientas yra 0,4. Raskite jo greitį v, nuslydus 12 m nuokalne.
θ = 30°μ = 0,4d = 12 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Darbas ir energijaSunkus
0,5 kg kūnas be pradinio greičio paleidžiamas 5 m aukštyje ant lygios rampos. Apačioje jis kerta šiurkščią horizontalią 1 m ilgio juostą (μ = 0,15) ir tada užvažiuoja ant spyruoklės (k = 1500 N/m) lygiu paviršiumi. Raskite didžiausią spyruoklės suspaudimą x.
m = 0,5 kgh = 5 mL = 1 mμ = 0,15k = 1500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Judesio kiekis ir susidūrimaiVidutinis
1,5 kg vežimėlis, judantis 11 m/s greičiu, absoliučiai tampriai centriškai susiduria su stovinčiu 5 kg vežimėliu ant bėgelio be trinties. Raskite pirmojo vežimėlio greitį v′1 po susidūrimo (teigiamą jo pradine judėjimo kryptimi).
m1 = 1,5 kgm2 = 5 kgv1 = 11 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Judesio kiekis ir susidūrimaiSunkus
1400 kg automobilis atsitrenkia į stovintį 1200 kg automobilį. Sukibę automobiliai nuslysta 10 m ir sustoja. Kinetinės trinties tarp padangų ir kelio koeficientas 0,8. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite pirmojo automobilio greitį v1 prieš pat susidūrimą.
1,9 kg krovinys ant spyruoklės, kurios k = 150 N/m, svyruoja ant paviršiaus be trinties 6 cm amplitude. Raskite jo greitį v, kai jis yra 3 cm atstumu nuo pusiausvyros padėties.
m = 1,9 kgk = 150 N/mA = 6 cmx = 3 cm
v = m/s
14.Spyruoklės ir švytuoklėsSunkus
2,1 kg krovinys pritvirtinamas prie neištemptos vertikalios spyruoklės, kurios k = 450 N/m, apatinio galo ir paleidžiamas be pradinio greičio. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite didžiausią krovinio greitį vmax.
m = 2,1 kgk = 450 N/mg = 9,81 m/s²
vmax = m/s
3Tirpalai
1.Kinematika
Atsakymas: s = 48,23 m
Judėjimas pastoviu pagreičiu: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² ir v² = v₀² + 2·a·s. Pasirinkite lygtį, į kurią įeina trys žinomi dydžiai ir ieškomasis, ir ženklus derinkite su viena teigiama kryptimi.
Vienetai
v₀ = 100/3,6 = 27,78 m/s
Stabdymo kelias
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 27,78²/(2·8) = 48,23 m
Atsakymas
s = 48,23 m
2.Kinematika
Atsakymas: hmax = 58,4 m
Judėjimas pastoviu pagreičiu: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² ir v² = v₀² + 2·a·s. Pasirinkite lygtį, į kurią įeina trys žinomi dydžiai ir ieškomasis, ir ženklus derinkite su viena teigiama kryptimi.
Pakilimas virš stogo
0 = v₀² − 2·g·Δh → Δh = 19²/(2·9,81) = 18,4 m
Aukštis virš žemės
hmax = 40 + 18,4 = 58,4 m
Atsakymas
hmax = 58,4 m
3.Niutono dėsniai
Atsakymas: a = 3,618 m/s²
Antrasis Niutono dėsnis: kūną veikiančių jėgų atstojamoji lygi jo masės ir pagreičio sandaugai, ΣF = m·a. Nubraižykite laisvojo kūno diagramą, pasirinkite teigiamą kryptį judėjimo kryptimi ir sudėkite visas jėgas ta kryptimi: veikiančias jėgas, judėjimui priešingą trintį μ·N ir sunkio jėgos dedamąsias.
Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.
Kai abiejų kaladėlių μ vienodas, trintis išnyksta: T = F·m₁/(m₁ + m₂).
5.Sviedinio judėjimas
Atsakymas: H = 29,46 m
Sviedinio judėjimas: be oro pasipriešinimo x = vxt ir y = h + vyt − ½gt². Abi kryptys nepriklausomos, jas sieja tik tas pats laikas.
Išskaidykite pradinį greitį
Horizontalusis greitis pastovus; vertikalusis judėjimas turi pastovų pagreitį g = 9,81 m/s² žemyn.
vx = v0·cos θ = 34·cos 45° = 24,04 m/s
vy = v0·sin θ = 34·sin 45° = 24,04 m/s
Aukščiausias taškas
Viršuje vertikalusis greitis lygus nuliui: vy² = 2gH.
H = vy²/(2g) = 24,04²/(2·9,81) = 29,46 m
Atsakymas
H = 29,46 m
6.Sviedinio judėjimas
Atsakymas: t = 2,035 s
Sviedinio judėjimas: be oro pasipriešinimo x = vxt ir y = h + vyt − ½gt². Abi kryptys nepriklausomos, jas sieja tik tas pats laikas.
Išskaidykite pradinį greitį
Horizontalusis greitis pastovus; vertikalusis judėjimas turi pastovų pagreitį g = 9,81 m/s² žemyn.
vx = v0·cos θ = 22·cos 20° = 20,67 m/s
vy = v0·sin θ = 22·sin 20° = 7,524 m/s
Skrydžio laikas
Išspręskite y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 ir imkite teigiamą šaknį.
0 = 5 + 7,524·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (7,524 + √(56,62 + 98,1))/9,81 = 2,035 s
Atsakymas
t = 2,035 s
7.Judėjimas apskritimu
Atsakymas: n = 26,44 rpm
Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.
Žmogų veikiančios jėgos
N = m·ω²·r
μ·N = m·g → μ·ω²·r = g
Kampinis greitis
ω = √(g/(μ·r)) = √(9,81/(0,4·3,2)) = 2,768 rad/s
Sukimosi dažnis
n = ω·60/(2π) = 26,44 rpm
Atsakymas
n = 26,44 rpm
8.Judėjimas apskritimu
Atsakymas: Ttop = 59,95 N
Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.
Greitis viršuje
Kinetinė energija 2r aukštyje virsta potencine energija.
vtop² = 10,5² − 4·9,81·1,2 = 63,16 m²/s²
Jėgos viršuje
Įtempimo ir sunkio jėgos abi nukreiptos žemyn, į centrą.
T + m·g = m·vtop²/r
T = 1,4·63,16/1,2 − 1,4·9,81 = 59,95 N
Atsakymas
Ttop = 59,95 N
9.Darbas ir energija
Atsakymas: v = 6,013 m/s
Darbo ir energijos principas: kinetinės energijos pokytis lygus visų jėgų darbui. Sunkį ir spyruokles užrašius kaip potencinę energiją (mgh ir ½kx²), gaunamas balansas: pradinė energija = galutinė energija + trinčiai prarasta energija (μN·d).
Energijos balansas nuokalne
Kūnas nusileidžia d·sin θ aukščiu, o trintis atima μmg·cos θ·d. Masė susiprastina.
½v² = g·d·(sin θ − μ·cos θ)
v = √(2·9,81·12·(0,5 − 0,4·0,866)) = 6,013 m/s
Atsakymas
v = 6,013 m/s
10.Darbas ir energija
Atsakymas: x = 17,81 cm
Darbo ir energijos principas: kinetinės energijos pokytis lygus visų jėgų darbui. Sunkį ir spyruokles užrašius kaip potencinę energiją (mgh ir ½kx²), gaunamas balansas: pradinė energija = galutinė energija + trinčiai prarasta energija (μN·d).
Energija po šiurkščios juostos
Rampa lygi, todėl energiją atima tik juosta.
mgh − μmgL = 4,905·(5 − 0,15·1) = 23,79 J
Didžiausias suspaudimas
½kx² = 23,79 → x = √(2·23,79/1500) = 0,1781 m = 17,81 cm
Atsakymas
x = 17,81 cm
11.Judesio kiekis ir susidūrimai
Atsakymas: v′1 = −5,923 m/s
Judesio kiekio tvermės dėsnis: kai susidūrimo metu neveikia išorinės jėgos, bendras judesio kiekis Σm·v prieš susidūrimą lygus bendram judesio kiekiui po jo. Greitis turi kryptį, todėl pasirinkite teigiamą kryptį, o priešinga kryptimi nukreiptiems greičiams rašykite minuso ženklą. Tampriojo susidūrimo metu išlieka ir kinetinė energija; absoliučiai netampriojo – kūnai sukimba.
Tamprusis susidūrimas su stovinčiu kūnu
Kartu išsprendus judesio kiekio ir energijos tvermės lygtis, gaunami šie du rezultatai.
v′1 = (1,5 − 5)/(1,5 + 5)·11 = −5,923 m/s
v′2 = 2·1,5/(1,5 + 5)·11 = 5,077 m/s
Atsakymas
v′1 = −5,923 m/s
Minuso ženklas reiškia, kad pirmasis vežimėlis atšoka atgal.
12.Judesio kiekis ir susidūrimai
Atsakymas: v1 = 23,27 m/s
Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.
Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².
Kampinis dažnis
ω = √(150/1,9) = 8,885 rad/s
Greitis taške x
v = ω·√(A² − x²) = 8,885·√(0,06² − 0,03²) = 0,4617 m/s
Atsakymas
v = 0,4617 m/s
14.Spyruoklės ir švytuoklės
Atsakymas: vmax = 0,6702 m/s
Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².