W kolejnych przykładach przeanalizujemy różne wzory znalezione w podręcznikach do fizyki, chemii czy matematyki. Skupimy się na przekształcaniu ich tak, by wyrazić jedną z niewiadomych za pomocą pozostałych.
W tym materiale nie zajmujemy się zjawiskami czy prawami, które opisują poszczególne wzory - skupiamy się na ich zapisie i przekształceniach algebraicznych, czyli zajmujemy się samymi wzorami. Nie będziemy też zapisywać wszelkich warunków na istnienie, określać dziedzinydziedzina wzoru matematycznego, chemicznego lub fizycznegodziedziny - uznajemy, że wszystkie operacje wykonujemy przy założeniu, że wielkości występujące we wzorach przyjmują wartości liczbowe, które umożliwiają wykonanie odpowiednich działań. Spełnienie założeń wynika często z właściwości fizycznych czy geometrycznych - na przykład wiele wielkości przyjmuje tylko wartości dodatnie.
Ważne!
Zasady wyznaczania niewiadomej ze wzorów matematycznych, fizycznych, chemicznych:
Pamiętaj o ujednoliceniu jednostek występujących we wzorze.
Postaraj się doprowadzić do tego, by szukana wielkość występowała we wzorze tylko w jednym miejscu. Może pomóc m.in. wyłączanie wspólnego czynnika przed nawias lub wykonanie jakiegoś działania na obu stronach równania (np. obustronne pomnożenie przez odpowiedni czynnik).
Przykład 1
Ze wzoru na ciśnienie wyznaczmy wielkości i .
R1aSoAEPsk5QZ
Aby wyznaczyć zmienną F we wzorze , możemy skorzystać z pomocniczego trójkąta. Narysowano trójkąt równoboczny, który podzielono na trzy części. Poziomą, czerwoną linią połączono środki ramion, wychodzących z jednego wierzchołka. Ze środka czerwonej linii poprowadzono zieloną pionową linię do podstawy trójkąta. Nad czerwoną linią znajduje się duża litera F. Po lewej stronie linii zielonej, znajduje się mała litera p. Po prawej stronie linii zielonej, znajduje się duża litera S. Pozioma czerwona linia wewnątrz trójkąta odpowiada dzieleniu, a pionowa zielona linia mnożeniu. Po zakryciu zmiennej, którą chcemy wyznaczyć, dwie pozostałe zmienne wraz z odpowiednią linią wyznaczająca działanie, tworzą szukany wzór. Zakrywając literę F, pozostają nam litery p i S, oddzielone pionową linią. Stąd szukany wzór to . Następnie aby wyznaczyć zmienną S we wzorze , rozważmy skonstruowany trójkąt pomocniczy. Po zakryciu wyznaczonej zmiennej S, pozostaje zmienna F nad czerwoną linią, oraz zmienna p pod nią. Czerwona linia oznacza dzielenie, więc powstaje wzór .
Aby wyznaczyć zmienną F we wzorze , możemy skorzystać z pomocniczego trójkąta. Narysowano trójkąt równoboczny, który podzielono na trzy części. Poziomą, czerwoną linią połączono środki ramion, wychodzących z jednego wierzchołka. Ze środka czerwonej linii poprowadzono zieloną pionową linię do podstawy trójkąta. Nad czerwoną linią znajduje się duża litera F. Po lewej stronie linii zielonej, znajduje się mała litera p. Po prawej stronie linii zielonej, znajduje się duża litera S. Pozioma czerwona linia wewnątrz trójkąta odpowiada dzieleniu, a pionowa zielona linia mnożeniu. Po zakryciu zmiennej, którą chcemy wyznaczyć, dwie pozostałe zmienne wraz z odpowiednią linią wyznaczająca działanie, tworzą szukany wzór. Zakrywając literę F, pozostają nam litery p i S, oddzielone pionową linią. Stąd szukany wzór to . Następnie aby wyznaczyć zmienną S we wzorze , rozważmy skonstruowany trójkąt pomocniczy. Po zakryciu wyznaczonej zmiennej S, pozostaje zmienna F nad czerwoną linią, oraz zmienna p pod nią. Czerwona linia oznacza dzielenie, więc powstaje wzór .
Przykład 2
Ze wzoru na prędkość w ruchu jednostajnie zmiennym wyznaczmy wielkości , , .
R1JSmBVxXQMy6
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie v-v0. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość a, natomiast po prawej zapisano wielkość t. Zakrywamy v i otrzymujemy wzór v=v0+at. Po przekształceniu otrzymujemy wzór v=v0+at, oraz v0=v-at. Aby wyznaczyć wielkość a, przekształcamy wzór v=v0+at i otrzymujemy at=v-v0, a następnie a=v-v0/t. Aby wyznaczyć wielkość t, przekształcamy wzór v=v0+at i otrzymujemy at=v-v0, a następnie t=v-v0/a. Wszystkie otrzymane wzory, można również odczytać bezpośrednio z trójkąta, zakrywając odpowiednie wielkości.
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie v-v0. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość a, natomiast po prawej zapisano wielkość t. Zakrywamy v i otrzymujemy wzór v=v0+at. Po przekształceniu otrzymujemy wzór v=v0+at, oraz v0=v-at. Aby wyznaczyć wielkość a, przekształcamy wzór v=v0+at i otrzymujemy at=v-v0, a następnie a=v-v0/t. Aby wyznaczyć wielkość t, przekształcamy wzór v=v0+at i otrzymujemy at=v-v0, a następnie t=v-v0/a. Wszystkie otrzymane wzory, można również odczytać bezpośrednio z trójkąta, zakrywając odpowiednie wielkości.
Przykład 3
Ze wzoru na przyspieszenie wyznaczmy wielkości , , i .
R15lpnHwit7na
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie . Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość a, natomiast po prawej zapisano wielkość t. Wyznaczono wielkość . Z trójkąta odczytano wzór . Poniżej zapisano przekształcenia , oraz . Następnie wyznaczono wielkość . Z trójkąta odczytano wzór . Poniżej zapisano przekształcenia , oraz . Następnie wyznaczono wartość . Odczytano . Poniżej zapisano przekształcenia , oraz . Ostatnią wyznaczoną wielkością jest . Odczytano . Poniżej zapisano przekształcenia , oraz .
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie . Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość a, natomiast po prawej zapisano wielkość t. Wyznaczono wielkość . Z trójkąta odczytano wzór . Poniżej zapisano przekształcenia , oraz . Następnie wyznaczono wielkość . Z trójkąta odczytano wzór . Poniżej zapisano przekształcenia , oraz . Następnie wyznaczono wartość . Odczytano . Poniżej zapisano przekształcenia , oraz . Ostatnią wyznaczoną wielkością jest . Odczytano . Poniżej zapisano przekształcenia , oraz .
Przykład 4
Ze wzoru na moment bezwładności rury cylindrycznej wyznaczmy wielkości i ( wyznaczamy analogicznie).
R23kfIwXyHVM4
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie 2I. Poniżej, po lewej stronie zaznaczono wielkość m, natomiast po prawej zapisano wyrażenie . Wyznaczono wartość m. Zapisano następujące przekształcenia. . Następnie . Otrzymano wzór . Następnie wyznaczono wartość . Zapisano kolejno przekształcenia. . Następnie , oraz . Następnie zapisano . Otrzymano wzór .
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie 2I. Poniżej, po lewej stronie zaznaczono wielkość m, natomiast po prawej zapisano wyrażenie . Wyznaczono wartość m. Zapisano następujące przekształcenia. . Następnie . Otrzymano wzór . Następnie wyznaczono wartość . Zapisano kolejno przekształcenia. . Następnie , oraz . Następnie zapisano . Otrzymano wzór .
Przykład 5
Ze wzoru opisującego opór zastępczy trzech oporników połączonych równolegle wyznaczmy wielkości i .
R1bwaTlHPVlpI
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wartość jeden. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość R, natomiast po prawej zapisano wyrażenie . Wyznaczono wartość R. Zapisano . Wynik możemy zapisać w postaci . Poniżej narysowano kolejny trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wartość jeden. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość R, natomiast po prawej zapisano wyrażenie . Obok trójkąta zapisano . Wynik możemy zapisać bez użycia ułamków piętrowych w następujący sposób. . Przekształcając, otrzymujemy . Następnie wyznaczono wartość . przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wartość jeden. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość , natomiast po prawej zapisano wyrażenie . Obok zapisano . Następnie . Po przekształceniu otrzymano oraz .
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wartość jeden. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość R, natomiast po prawej zapisano wyrażenie . Wyznaczono wartość R. Zapisano . Wynik możemy zapisać w postaci . Poniżej narysowano kolejny trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wartość jeden. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość R, natomiast po prawej zapisano wyrażenie . Obok trójkąta zapisano . Wynik możemy zapisać bez użycia ułamków piętrowych w następujący sposób. . Przekształcając, otrzymujemy . Następnie wyznaczono wartość . przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wartość jeden. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość , natomiast po prawej zapisano wyrażenie . Obok zapisano . Następnie . Po przekształceniu otrzymano oraz .
Przykład 6
Ze wzoru na poziom natężenia dźwięku wyznaczmy wielkość .
RlD4h5am2RzOF
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wielkość I. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość , natomiast po prawej zapisano wyrażenie . Wyznaczono wielkość I. Zapisano , a następnie . Skorzystajmy z definicji logarytmu. . Otrzymujemy .
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wielkość I. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość , natomiast po prawej zapisano wyrażenie . Wyznaczono wielkość I. Zapisano , a następnie . Skorzystajmy z definicji logarytmu. . Otrzymujemy .
W kolejnych przykładach utrudnieniem będzie fakt, że szukana niewiadoma występuje we wzorze więcej niż raz.
Przykład 7
Ze wzoru na sprawność silnika cieplnego wyznaczmy wielkości i .
RIfqMWQi1z8yn
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie . Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość , natomiast po prawej stronie zapisano wielkość . Wyznaczono wielkość . Zapisano . Następnie zapisano . Po przekształceniu otrzymano . Następnie wyznaczymy . W tym przypadku nie możemy skorzystać z pomocniczego trójkąta. Wyznaczamy wzór stosując odpowiednie przekształcenia. . Następnie , oraz . Po przekształceniu otrzymujemy . Wyznaczyliśmy .
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie . Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość , natomiast po prawej stronie zapisano wielkość . Wyznaczono wielkość . Zapisano . Następnie zapisano . Po przekształceniu otrzymano . Następnie wyznaczymy . W tym przypadku nie możemy skorzystać z pomocniczego trójkąta. Wyznaczamy wzór stosując odpowiednie przekształcenia. . Następnie , oraz . Po przekształceniu otrzymujemy . Wyznaczyliśmy .
Przykład 8
Ze wzoru na drogę w ruchu jednostajnie zmiennym wyznaczmy wielkości , oraz .
R1VTSgQARO918
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie . Poniżej natomiast po prawej stronie zapisano wielkość . Wyznaczono wielkość . Zapisano . Następnie , oraz . Po przekształceniach otrzymano . Następnie wyznaczono wielkość a. Przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie . Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość a, natomiast po prawej stronie zapisano wielkość . Obok zapisano wzór . Następnie wykonano kolejne przekształcenia. , oraz . Otrzymano . Następnie wyznaczymy wielkość t. Zapiszemy równanie kwadratowe z niewiadomą t. . Rozwiązujemy, pamiętając, że jest to możliwe przy odpowiednich założeniach. Uwzględniamy tylko dodatnią wartość t. Zapisujemy. Delta, równa się, . Pierwiastek drugiego stopnia z delta, równa się, . Otrzymujemy .
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie . Poniżej natomiast po prawej stronie zapisano wielkość . Wyznaczono wielkość . Zapisano . Następnie , oraz . Po przekształceniach otrzymano . Następnie wyznaczono wielkość a. Przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie . Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość a, natomiast po prawej stronie zapisano wielkość . Obok zapisano wzór . Następnie wykonano kolejne przekształcenia. , oraz . Otrzymano . Następnie wyznaczymy wielkość t. Zapiszemy równanie kwadratowe z niewiadomą t. . Rozwiązujemy, pamiętając, że jest to możliwe przy odpowiednich założeniach. Uwzględniamy tylko dodatnią wartość t. Zapisujemy. Delta, równa się, . Pierwiastek drugiego stopnia z delta, równa się, . Otrzymujemy .
Słownik
dziedzina wzoru matematycznego, chemicznego lub fizycznego
dziedzina wzoru matematycznego, chemicznego lub fizycznego
zbiór, wszystkich możliwych wartości jakie mogą przyjąć zmienne występujące we wzorze