Pohybové grafy, známé také jako kinematické křivky, jsou běžným způsobem diagramu pohybu ve fyzice. Tři pohybové grafy, které student fyziky na střední škole potřebuje znát, jsou:
- Pozice vs. čas (Xvs.t)
- Rychlost vs. čas (protivs.t)
- Zrychlení vs. čas (Avs.t)
Každý z těchto grafů pomáhá vyprávět příběh pohybu objektu. Navíc, když jsou poloha, rychlost a zrychlení objektu grafovány ve stejném časovém intervalu, tvary každého grafu se vztahují konkrétním a předvídatelným způsobem.
Nastavení pohybových grafů
Osa x na všech grafech pohybu je vždy čas, měřený v sekundách. Osa je tedy vždy označenat(s).
Osa y na každém grafu je označena v metrechX(m); rychlost v metrech za sekundu, označenáproti(slečna); nebo zrychlení v metrech za sekundu na druhou, označenéA(slečna2)
Tipy
Dejte si pozor na štítek polohy osyX(m) - „x“ znamená posunutí, nikoli „osa x“!
Pohybové grafy jsou často (i když rozhodně ne vždy) načrtnuty bez grafu konkrétních bodů, místo toho ukazují obecný tvar, který popisuje relativní pohyb objektu.
Grafy pozice a času
Poloha objektu může být kladná nebo záporná v závislosti na referenčním rámci. Ať už diagram ukazuje cokoli, rovina souřadnic se musí shodovat.
Uvažujme o příkladu dítěte, které na kole jede po přímce na východ a poté na západ. Volejte na východ kladným směrem a na západ záporným směrem.
Zde je graf její jízdy:
•••Dana Chen | Vědění
Prvních pět sekund jízdy (odt= 0 ažt= 5), pohybovala se konstantní rychlostí na východ. To je naznačeno přímkou, rostoucí čarou v kladném kvadrantu grafu polohy a času. Další způsob, jak o tom přemýšlet, je, že její pozice jepozitivně roste.
V příštích třech sekundách (t= 5 ažt= 8), zastavila se na přestávku. Její poloha se v tomto časovém období nemění, což je naznačeno konstantní vodorovnou čarou zaseknutou ve vzdálenosti +10 m.
Nakonec dívka na kole v poslední části jízdy (t= 8 ažt= 15) začíná zrychlovat zpět směrem na západ. To je naznačeno čárou, která není konstantní (zakřivená) a směřuje do záporného kvadrantu grafu. Sklon čáry se časem zvyšuje,v záporném směru, což ukazuje, že její rychlost se zvyšuje, když každou sekundu pokrývá více půdy.
Všimněte si, že když překročí osu x, prošla kolem místa, kde začala.
Grafy rychlosti a času
Grafy polohy a času vedou přímo k grafům rychlosti a času: Sklon přímky polohy a času ukazuje rychlost objektu ve stejném časovém intervalu. To dává smysl, protože pozice vs. čas je jen další způsob, jak říkat metry za sekundu - definice rychlosti.
V tomto případě je jediný rozdíl v tom, co jde na ose y.
Vezměme si stejnou dívku na kole jako v poslední části. Během prvních pěti sekund své jízdy urazila 10 metrů za pět sekund nebo 2 metry za sekundu.
Chcete-li zobrazit její rychlost ve stejném časovém intervalu, najděte na ose y 2 m / s a prvních pět sekund nakreslete rovnou čáru. Pamatujte, že její rychlost se nezměnila, takže sklon v tomto grafu je nulový. (Což znamená, že grafy jejího zrychlení v tomto časovém intervalu by měly být ještě jednodušší - pokračujte ve čtení.)
•••Dana Chen | Vědění
Pak se další tři sekundy vůbec nehýbala, takže její rychlost náhle klesla na nulu. (Realisticky ano, musela zpomalit z 2 m / s na 0 m / s za více než okamžik. Ale kvůli jednoduchosti zde zvažte, že se její rychlost okamžitě změnila.)
Samozřejmě, pokud je její rychlost nulová, znamená to, že by měla býtžádná křivkav grafu za daný časový interval. Jinými slovy, křivka je nyní přímo nad osou x.
Nakonec dívka nabrala rychlost a vrátila se domů. Zde je graf rychlosti zajímavý.
Za předpokladu, že mělakonstantní zrychlení- to znamená, že každou sekundu zvyšovala svou rychlost o stejnou částku jako ta předchozí - to znamená, že její rychlost rostla konstantní rychlostí. Twist v tomto scénáři je, že ona takézměnil směr.
Tipy
Pamatujte, negativní rychlostneznamená zpomalení(to je negativní zrychlení). Znamená to pohybovat se záporným směrem!
Dohromady to znamená graf rychlosti a času pro poslední segment její jízdy (t= 8 ažt= 15) musí ukázat apřímka, kde její rychlost negativně roste.Jinými slovy, přímka pohybující se od osy x vt= 8 sekund v úhlopříčce směrem dolů do pravého dolního rohu grafu.
Grafy zrychlení a času
Ty jsou pro studenty často obtížné; jen si pamatujte význam zrychlení:změna rychlosti.
Proprvních osm sekundjejí jízda, ta dívkarychlost se nemění. (Opět ignorujeme její okamžitý posun z 2 m / s na zastavený.)
To znamenáprvních osm sekund byla její akcelerace nulová.
Vytvoření pohybového grafu, kde se nyní zobrazuje osa yakceleracev m / s2, je tedy docela jednoduchý:
•••Dana Chen | Vědění
Nyní, na poslední část jízdy, si vzpomeňte, že její rychlost bylarostoucí konstantní rychlostí v záporném směru. Od zvýšení rychlostije zrychlení, graf zrychlení a času by měl mít v negativním kvadrantu od osmi sekund rovnou čáru.
Realističtější pohybové mapy
Ve skutečném světě zrychlení často není konstantní. Na grafu doby zrychlení by to vypadalo jako zakřivená čára.
Výpočet odpovídajících grafů polohy a času a rychlosti a času, který s tím souvisí, je obvykle nad rámec kurzu fyziky, který není založen na počtu. Očekává se, že si studenti uvědomí, že zakřivená čára není konstantní a že graf ukazuje aměnící se zrychlení.
Tipy
Otestujte se: Jak byste revidovali každý z předchozích grafů (čas-poloha, čas-rychlost a čas zrychlení), abyste realističtěji ukázali, jak dívčin kolo zpomaluje před svou přestávkou? Vyzkoušejte to, než budete číst dál!
Graf polohy by měl vypadat zhruba podobně jako předtím, ale s vyhlazenými ostrými rohy. Totéž by se stalo s grafem rychlosti - drsné rohy budou vyhlazeny. Okamžitý skok na grafu rychlosti z 2 m / s na 0 m / s se navíc stává hladkou šikmou přímkou s velkým záporným sklonem místo svislé.
Na grafu zrychlení by se kolem pětisekundové značky strmá křivka ponořila do záporné oblasti, než se vrátí zpět na 0, což indikuje záporné zrychlení potřebné k zastavení. A skok, který nastane na 8sekundové značce, místo toho, aby byl vertikální, by se jednoduše zakřivil do čáry s velkým negativním sklonem, který se potom plynule vyrovná rychlostí -0,5 m / s / s.