Liikekaaviot, jotka tunnetaan myös kinemaattisina käyrinä, ovat yleinen tapa kuvata liikettä fysiikassa. Kolme liikekaaviota, jotka lukion fysiikan opiskelijan on tiedettävä, ovat:
- Sijainti vs. aika (xvs.t)
- Nopeus vs. aika (vvs.t)
- Kiihtyvyys vs. aika (avs.t)
Jokainen näistä kaavioista auttaa kertomaan kohteen liikkeen. Lisäksi, kun kohteen sijainti, nopeus ja kiihtyvyys piirretään samalla aikavälillä, kunkin kaavion muodot liittyvät tietyllä ja ennustettavalla tavalla.
Liikkekaavioiden määrittäminen
Kaikkien liikekaavioiden x-akseli on aina aika sekunteina mitattuna. Akseli on siten aina merkittyts.
Jokaisen kuvaajan y-akseli on sijainti metreinä, merkittyx(m); nopeus metreinä sekunnissa, merkittyv(neiti); tai kiihtyvyys metreinä sekunnissa neliö, merkittya(neiti2)
Vinkkejä
Varo sijainti-akselin etikettiäx(m) - "x" tarkoittaa siirtymää, ei "x-akseli"!
Liikkekaaviot luonnostellaan usein (vaikkakaan ei aina) aina piirtämättä tiettyjä pisteitä, vaan ne esittävät yleistä muotoa, joka kuvaa kohteen suhteellista liikettä.
Sijainti-aika-kaaviot
Kohteen sijainti voi olla positiivinen tai negatiivinen viitekehyksestä riippuen. Mitä kaavio näyttää, koordinaattitason on oltava sama.
Harkitaan esimerkkiä lapsesta, joka ajaa pitkin suoraa viivaa polkupyörällä itään ja sitten länteen. Soita itään positiiviseen suuntaan ja länteen negatiiviseen suuntaan.
Tässä on kaavio hänen ratsastuksestaan:
•••Dana Chen | Tutkiminen
Hänen matkansa ensimmäiset viisi sekuntia (alkaent= 0 -t= 5), hän liikkui tasaisella nopeudella itään. Tämän osoittaa suora, kasvava viiva sijainti-aika-kuvaajan positiivisessa kvadrantissa. Toinen tapa ajatella sitä on, että hänen asemansa onkasvaa positiivisesti.
Seuraavien kolmen sekunnin aikana (t= 5 -t= 8), hän pysähtyi tauolle. Hänen asemansa ei muutu tällä ajanjaksolla, mikä osoitetaan tasaisella vaakasuoralla viivalla, joka on juuttunut +10 metrin korkeuteen.
Lopuksi tyttö polkupyörällä matkansa viimeisessä osassa (t= 8 -t= 15) alkaa kiihtyä takaisin länteen. Tämä osoitetaan viivalla, joka ei ole vakio (kaareva) ja menee graafin negatiiviseen kvadranttiin. Viivan kaltevuus kasvaa ajan myötä,negatiiviseen suuntaan, mikä osoittaa, että hänen nopeutensa kasvaa, kun hän peittää enemmän maata joka sekunti.
Huomaa, että kun hän ylittää x-akselin, hän on ohittanut paikan, josta hän aloitti.
Nopeus-aika-kaaviot
Paikka-aika-kaaviot johtavat suoraan nopeus-aika-kaavioihin: Paikka-aika-viivan kaltevuus osoittaa kohteen nopeuden samalla aikavälillä. Tämä on järkevää, koska asema vs. aika on vain yksi tapa sanoa metriä sekunnissa - nopeuden määritelmä.
Tällöin ainoa ero on y-akselilla.
Harkitse samaa tyttöä polkupyörällä kuin viimeisessä osassa. Matkansa ensimmäiset viisi sekuntia hän matkusti 10 metriä viidessä sekunnissa tai 2 metriä sekunnissa.
Piirtääksesi hänen nopeutensa samalla aikavälillä, etsi sitten 2 m / s y-akselilta ja piirrä tasainen viiva viiden ensimmäisen sekunnin ajan. Muista, että hänen nopeutensa ei muuttunut, joten tämän kaavion kaltevuus on nolla. (Mikä tarkoittaa, että hänen kiihtyvyytensä kuvaajan tällä aikavälillä pitäisi olla vielä helpompaa - jatka lukemista.)
•••Dana Chen | Tutkiminen
Sitten seuraavien kolmen sekunnin aikana hän ei liikkunut ollenkaan, joten hänen nopeutensa laski äkillisesti nollaan. (Realistisesti kyllä, hänen on täytynyt hidastua nopeudesta 2 m / s arvoon 0 m / s yli hetkessä. Mutta tässä yksinkertaisuuden vuoksi ajattele, että hänen nopeutensa muuttui välittömästi.)
Tietysti, jos hänen nopeutensa on nolla, se tarkoittaaei käyrääkaaviossa kyseisellä aikavälillä. Toisin sanoen käyrä on nyt suoraan x-akselin päällä.
Lopulta tyttö alkoi kiihtyä ja palasi kotiin. Tässä nopeuskaavio on mielenkiintoinen.
Olettaen, että hänellä olijatkuva kiihtyvyys- toisin sanoen joka toinen sekunti hän kasvatti nopeuttaan samalla määrällä kuin toinen aikaisemmin - tämä tarkoittaa, että hänen nopeutensa kasvoi tasaisella nopeudella. Käänne tässä skenaariossa on, että hän myösmuuttanut suuntaa.
Vinkkejä
Muista, negatiivinen nopeusei tarkoita hidastumista(se on negatiivinen kiihtyvyys). Se tarkoittaa liikkumista negatiiviseen suuntaan!
Kaiken kaikkiaan se tarkoittaa nopeuden ja ajan kuvaajaa hänen ajonsa viimeiselle osalle (t= 8 -t= 15) täytyy näyttää asuora viiva, jossa hänen nopeutensa kasvaa negatiivisesti.Toisin sanoen suora viiva, joka liikkuu x-akselilta kohdassat= 8 sekuntia diagonaalissa kohti kaavion oikeaa alakulmaa.
Kiihtyvyys-aika-kaaviot
Nämä ovat usein hankalia opiskelijoille; muista vain kiihtyvyyden merkitys:nopeuden muutos.
Vartenensimmäiset kahdeksan sekuntiahänen ratsastuksestaan, tytönnopeus ei muuttunut. (Jättäen jälleen huomiotta hänen hetkellisen siirtymän 2 m / s: sta pysähtymiseen.)
Se tarkoittaaensimmäisten kahdeksan sekunnin aikana hänen kiihtyvyytensä oli nolla.
Liikkekaavion tekeminen tälle, missä y-akseli näkyy nytkiihtyvyysm / s2, on siksi melko yksinkertainen:
•••Dana Chen | Tutkiminen
Muista nyt hänen matkansa viimeinen osa, että hänen nopeutensa olikasvaa tasaisella nopeudella negatiiviseen suuntaan. Koska nopeus kasvaaon kiihtyvyys, kiihtyvyys-aika-käyrän negatiivisen kvadrantin tulisi olla tasainen viiva kahdeksasta sekunnista eteenpäin.
Realistisemmat liikekartat
Todellisessa maailmassa kiihtyvyys ei usein ole vakio. Kiihtyvyys-aika-kaaviossa tämä näyttäisi olevan kaareva viiva.
Tähän menevien vastaavien sijainti-aika- ja nopeus-aikakaavioiden laskeminen on tyypillisesti ei-laskupohjaisen fysiikan kurssin puitteissa. Opiskelijoiden odotetaan ymmärtävän, että kaareva viiva ei ole vakio, ja että kaavio osoittaa amuuttuva kiihtyvyys.
Vinkkejä
Testaa itsesi: Kuinka tarkistaisit jokaista edellistä kuvaajaa (sijainti-aika, nopeus-aika ja kiihtyvyys-aika), jotta tytön pyörä hidastaisi realistisemmin ennen taukoa? Kokeile ennen kuin jatkat!
Sijainnin kuvaajan tulisi näyttää suunnilleen samanlaiselta kuin aikaisemmin, mutta terävät kulmat on tasoitettava. Sama tapahtuisi nopeuskaavion kanssa - karkeat kulmat tasoittuvat. Mutta lisäksi nopeuskäyrän hetkellisestä hyppystä 2 m / s: sta 0 m / s: ksi tulee tasainen, viisto linja, jolla on suuri negatiivinen kaltevuus pystysuoran viivan sijaan.
Kiihtyvyyskaaviossa noin viiden sekunnin kohdalla jyrkkä käyrä putoaisi negatiiviselle alueelle ennen paluuta 0: een osoittamaan negatiivisen kiihtyvyyden, joka vaaditaan pysähtymiseen. Ja kahdeksan sekunnin kohdalla tapahtuva hyppy sen sijaan, että se olisi pystysuora, käyristyy yksinkertaisesti viivaksi, jolla on suuri negatiivinen kaltevuus ja joka sitten tasoituu tasaisesti -0,5 m / s / s.