Drawing and analysing graphs of distancedistancedistance and velocityvelocityvelocity dependence of time in uniformly accelerated rectilinear motionuniformly accelerated rectilinear motionuniformly accelerated rectilinear motion
II. Solving problems using physical laws and relationships.
9) The student determines the change of speed and the magnitude of accelerationaccelerationacceleration from the graphs of the speed vs. time for uniformly variable (accelerated or decelerated) rectilinear motion.
- draws graphs of s(t), v(t) and a(t) for uniformly accelerated rectilinear motionuniformly accelerated rectilinear motionuniformly accelerated rectilinear motion,
- calculates based on graphs distance, acceleration and speed.
a) What quantities describe uniformly accelerated motion?
b) Present these quantities.
c) What graphs were there in uniformly rectilinear motion?
d) Draw the graphs of s(t) and v(t) in uniform rectilinear motion.
Answer:
a) Uniformly accelerated motion is described by a constant magnitude of accelerationaccelerationacceleration - a. The speed in this motion increases by the same amount at equal time intervals.
b) The final velocityvelocityvelocity, which the body, having the initial velocity , reached in uniformly accelerated rectilinear motion, we can determine from the formula:
where: - final speed of the body, - the acceleration of the body is constant, Δt - the time interval in which the body moved with the specified accelerationaccelerationacceleration
c) In uniform rectilinear motion to analyse the movement were used distance vs. time graphs and speed vs. time graphs.
1. What quantity is constant in uniform rectilinear motion, and what in uniformly accelerated motion? 2. Draw a graphgraphgraph of a(t) in motion with constant acceleration.
In the uniformly accelerated rectilinear motion, the acceleration magnitude is constant. In the uniform rectilinear motion the velocity magnitude is constant and the acceleration magnitude is constant and equals 0.
[Illustration 1]
The graph of the acceleration value vs. time is a straight line parallel to the time axis. It illustrates that in uniformly accelerated rectilinear motionuniformly accelerated rectilinear motionuniformly accelerated rectilinear motion, acceleration is constant.
In a uniformly rectilinear motion, the distance traveled is proportional to the time and in the uniformly accelerated rectilinear the speed value changes in direct proportion to the time.
[Illustration 2]
Task 4
Draw a graphgraphgraph of speed vs. time if the initial speed is different from zero in the case of uniformly accelerated motion.
[Illustration 3]
Conclusions:
- In the uniformly accelerated value motion, the speed of the body in the same time intervals increases, and so the subsequent distances covered by this body must also increase. - The graph of distance vs. time in uniformly accelerated rectilinear motion without initial speed is no longer a straight line. - The curve that makes this graph is a part of a parabola, i.e. a graph of the quadratic function .
[Illustration 4]
The distancedistancedistance in uniformly accelerated motion is a quadratic function of time. We can present it using the formula:
[Slideshow]
Task 5
The graphgraphgraph shows the dependence of speed on time in uniformly accelerated motion. What is the distance travelled by the body after 4 seconds?
- The graph of accelerationaccelerationacceleration vs. time is a straight line parallel to the time axis. This is because in uniformly accelerated motion the acceleration is constant.
- The area of the surface below the graph of speed vs. time in uniformly accelerated rectilinear motionuniformly accelerated rectilinear motionuniformly accelerated rectilinear motion is equal to the distance that the body travelled at a given time.
- If the body before the start of motion was in the rest state () and moves in a uniformly accelerated rectilinear motion, the distance is calculated using the formula:
where: s [m] - distancedistancedistance, a [] - acceleration, t [s] - time of motion.
- In uniformly accelerated rectilinear motion, the increase of the travelled distance in the subsequent seconds of motion are related to each other as the consecutive odd numbers.
Selected words and expressions used in the lesson plan
1. Jak zmienia się droga w zależności od czasu w ruchu jednostajnym prostoliniowym? A jak prędkość w ruchu jednostajnie przyspieszonym? 2. Narysuj wykres zależności v(t) w ruchu jednostajnie przyspieszonym.
- W ruchu jednostajnie przyspieszonym prędkość ciała w tych samych przedziałach czasu rośnie, a więc musi wzrastać także długość kolejnych odcinków drogi pokonywanej przez to ciało. - Wykres zależności drogi od czasu w ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym bez prędkości początkowej nie jest już linią prostą. - Krzywa, która tworzy ten wykres, to część paraboli, tj. wykresu funkcji kwadratowej .
m1a5e2ac5fee1919e_1528449000663_0
Rysowanie i analiza wykresów zależności drogi i prędkości od czasu w ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym
m1a5e2ac5fee1919e_1528449084556_0
Drugi
m1a5e2ac5fee1919e_1528449076687_0
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.
9) Uczeń wyznacza zmianę prędkości i przyspieszenie z wykresów zależności prędkości od czasu dla ruchu prostoliniowego jednostajnie zmiennego (przyspieszonego lub opóźnionego).
m1a5e2ac5fee1919e_1528449068082_0
45 minut
m1a5e2ac5fee1919e_1528449523725_0
Prezentacja wykresów opisujących ruch jednostajnie przyśpieszony prostoliniowy.
m1a5e2ac5fee1919e_1528449552113_0
1. Odczytywanie danych z wykresów ruchu jednostajnie przyśpieszonego prostoliniowego.
2. Sporządzanie wykresów s(t), v(t) i a(t) dla ruchu jednostajnie przyśpieszonego prostoliniowego.
3. Obliczanie na podstawie wykresów wartości drogi, przyśpieszenia i prędkości.
m1a5e2ac5fee1919e_1528450430307_0
Uczeń:
- sporządza wykresy s(t), v(t) i a(t) dla ruchu jednostajnie przyśpieszonego prostoliniowego,
- oblicza na podstawie wykresów wartości drogi, przyśpieszenia i prędkości.
m1a5e2ac5fee1919e_1528449534267_0
1. Uczenie się przez rozwiązywanie problemów.
2. Dyskusja rozwijająca się w toku wspólnego rozwiązywania problemu przez klasę lub grupę.
m1a5e2ac5fee1919e_1528449514617_0
1. Praca indywidualna.
2. Pogadanka.
m1a5e2ac5fee1919e_1528450127855_0
Polecenie 1
a) Jakie wielkości opisują ruch jednostajnie przyśpieszony? b) Przedstaw te wielkości. c) O jakich wykresach była mowa w ruchu jednostajnie prostoliniowym? d) Narysuj wykresy s(t) i v(t) w ruchu jednostajnym prostoliniowym.
Odpowiedź:
a) Ruch jednostajnie przyspieszony jest opisywany przez stałą wartość przyspieszenia - a. Prędkość w tym ruchu wzrasta o stałą wartość w jednakowych odstępach czasu. b) Prędkość końcową, jaką ciało mające prędkość początkową osiągnęło w ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym, możemy wyznaczyć ze wzoru:
gdzie: - prędkość końcowa ciała, - przyśpieszenie ciała, jest wartością stałą, ∆t - przedział czasu, w którym ciało poruszało się z podanym przyspieszeniem.
c) W ruchu jednostajnie prostoliniowym do analizy ruchu wykorzystywane były wykresy drogi, s w funkcji czasu, t oraz prędkości, v, w funkcji czasu t.
[Grafika interaktywna]
m1a5e2ac5fee1919e_1528446435040_0
Polecenie 2
1. Jaka wielkość ma wartość stałą w ruchu jednostajnie prostoliniowym, a jaka w ruchu jednostajnie przyśpieszonym? 2. Narysuj wykres zależności a(t) w ruchu ze stałym przyspieszeniem.
W ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym wartość przyspieszenia jest stała, a w ruchu jednostajnie prostoliniowym wartość prędkości jest stała.
[Ilustracja 1]
Wykresem zależności wartości przyspieszenia od czasu jest linia prosta równoległa do osi czasu. Obrazuje ona to, że w ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym przyspieszenie jest stałe.
Polecenie 3
1. Jak zmienia się droga w zależności od czasu w ruchu jednostajnym prostoliniowym? A jak prędkość w ruchu jednostajnie przyspieszonym? 2. Narysuj wykres zależności v(t) w ruchu jednostajnie przyspieszonym.
Odpowiedzi:
W ruchu jednostajnie prostoliniowym droga jest proporcjonalna do czasu a w jednostajnie przyśpieszonym prostoliniowym prędkość jest proporcjonalna do czasu.
[Ilustracja 2]
Polecenie 4
Narysuj wykres zależności prędkości od czasu jeżeli prędkość początkowa jest różna od zera w przypadku ruchu jednostajnie przyspieszonego.
[Ilustracja 3]
Wnioski:
- W ruchu jednostajnie przyspieszonym prędkość ciała w tych samych przedziałach czasu rośnie, a więc musi wzrastać także długość kolejnych odcinków drogi pokonywanej przez to ciało. - Wykres zależności drogi od czasu w ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym bez prędkości początkowej nie jest już linią prostą. - Krzywa, która tworzy ten wykres, to część paraboli, tj. wykresu funkcji kwadratowej .
[Ilustracja 4]
Droga w ruchu jednostajnie przyśpieszonym jest kwadratową funkcją czasu. Możemy ją przedstawić za pomocą wzoru:
[Slideshow]
Polecenie 5
Wykres przedstawia zależność prędkości od czasu w ruchu jednostajnie przyśpieszonym. Droga przebyta przez ciało po 4 sekundach ma wartość?
[Ilustracja 5]
a) 80 m b) 5 m c) 40 m d) 20 m
Odpowiedź
a) Fałsz. b) Fałsz. c) Prawda. d) Fałsz.
m1a5e2ac5fee1919e_1528450119332_0
- Wykresem zależności przyspieszenia od czasu jest linia prosta równoległa do osi czasu. Jest tak, ponieważ w ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym wartość przyspieszenia jest stała.
- Pole powierzchni zawarte pod wykresem zależności prędkości od czasu w ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym jest równe drodze, którą przebyło ciało w określonym czasie.
- Jeśli ciało przed rozpoczęciem ruchu znajdowało się w stanie spoczynku () i porusza się ruchem jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym, drogę oblicza się za pomocą wzoru:
:
gdzie: s [m] – droga, a [] – przyspieszenie, t [s] – czas ruchu ciała.
- W ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym przyrosty przebytej drogi w kolejnych sekundach ruchu mają się do siebie tak, jak następujące po sobie liczby nieparzyste.