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 p=FS wyznaczmy wielkości FS.

R1aSoAEPsk5QZ
Aby wyznaczyć zmienną F we wzorze p=FS, 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 F=p×S. Następnie aby wyznaczyć zmienną S we wzorze p=FS, 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 S=Fp.
Przykład 2

Ze wzoru na prędkość w ruchu jednostajnie zmiennym v=v0+at wyznaczmy wielkości v0, a, t.

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.
Przykład 3

Ze wzoru na przyspieszenie a=v2-v1t2-t1 wyznaczmy wielkości v1, v2, t1t2.

R15lpnHwit7na
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. Wyznaczono wielkość v1. Z trójkąta odczytano wzór a=v2-v1t2-t1. Poniżej zapisano przekształcenia v2-v1=at2-t1, oraz v1=v2-at2-t1. Następnie wyznaczono wielkość v2. Z trójkąta odczytano wzór a=v2-v1t2-t1. Poniżej zapisano przekształcenia v2-v1=at2-t1, oraz v2=v1+at2-t1. Następnie wyznaczono wartość t1. Odczytano a=v2-v1t2-t1. Poniżej zapisano przekształcenia t2-t1=v2-v1a, oraz t1=t2-v2-v1a. Ostatnią wyznaczoną wielkością jest t2. Odczytano a=v2-v1t2-t1. Poniżej zapisano przekształcenia t2-t1=v2-v1a, oraz t2=t1+v2-v1a.
Przykład 4

Ze wzoru na moment bezwładności rury cylindrycznej I=12mR12+R22 wyznaczmy wielkości mR1 (R2 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 R12+R22. Wyznaczono wartość m. Zapisano następujące przekształcenia. I=12mR12+R12. Następnie 2I=mR12+R22. Otrzymano wzór m=2IR12+R22. Następnie wyznaczono wartość R1. Zapisano kolejno przekształcenia. I=12mR12+R22. Następnie 2I=mR12+R22, oraz R12+R22=2Im. Następnie zapisano R12=2Im-R22. Otrzymano wzór R1=2Im-R22.
Przykład 5

Ze wzoru opisującego opór zastępczy trzech oporników połączonych równolegle 1R=1R1+1R2+1R3 wyznaczmy wielkości RR1.

R1bwaTlHPVlpI
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wartość jeden. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość R, natomiast po prawej zapisano wyrażenie 1R1+1R2+1R3. Wyznaczono wartość R. Zapisano 1R=1R1+1R2+1R3. Wynik możemy zapisać w postaci R=11R1+1R2+1R3. Poniżej narysowano kolejny trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wartość jeden. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość R, natomiast po prawej zapisano wyrażenie R2R3+R3R1+R1R2R1R2R3. Obok trójkąta zapisano 1R=1R1+1R2+1R3. Wynik możemy zapisać bez użycia ułamków piętrowych w następujący sposób. 1R=R2R3+R3R1+R1R2R1R2R3. Przekształcając, otrzymujemy R=R1R2R3R2R3+R3R1+R1R2. Następnie wyznaczono wartość R1. przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wartość jeden. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość R1, natomiast po prawej zapisano wyrażenie R2R3-RR3-RR2RR2R3. Obok zapisano 1R=1R1+1R2+1R3. Następnie 1R1=1R-1R2-1R3. Po przekształceniu otrzymano 1R1=R2R3-RR3-RR2RR2R3 oraz R1=RR2R3R2R3-RR3-RR2.
Przykład 6

Ze wzoru na poziom natężenia dźwięku L=10logII0 wyznaczmy wielkość I.

RlD4h5am2RzOF
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wielkość I. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość I0, natomiast po prawej zapisano wyrażenie 10L10. Wyznaczono wielkość I. Zapisano L=10logII0, a następnie logII0=L10. Skorzystajmy z definicji logarytmu. II0=10L10. Otrzymujemy I=I0×10L10.

W kolejnych przykładach utrudnieniem będzie fakt, że szukana niewiadoma występuje we wzorze więcej niż raz.

Przykład 7

Ze wzoru na sprawność silnika cieplnego η=Q1-Q2Q1 wyznaczmy wielkości Q2Q1.

RIfqMWQi1z8yn
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie . Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość η, natomiast po prawej stronie zapisano wielkość Q1. Wyznaczono wielkość Q2. Zapisano η=Q1-Q2Q1. Następnie zapisano Q1-Q2=η×Q1. Po przekształceniu otrzymano Q2=Q1-η×Q1. Następnie wyznaczymy Q1. W tym przypadku nie możemy skorzystać z pomocniczego trójkąta. Wyznaczamy wzór stosując odpowiednie przekształcenia. η=Q1-Q2Q1. Następnie Q1-Q2=η×Q1, oraz Q1-η×Q1=Q2. Po przekształceniu otrzymujemy Q11-η=Q2. Wyznaczyliśmy Q1=Q21-η.
Przykład 8

Ze wzoru na drogę w ruchu jednostajnie zmiennym s=v0t+12at2 wyznaczmy wielkości v0, a oraz t.

R1VTSgQARO918
Na ilustracji przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie 2s-at2. Poniżej natomiast po prawej stronie zapisano wielkość 2t. Wyznaczono wielkość v0. Zapisano s=v0t+12at2. Następnie v0t=s-12at2, oraz 2v0t=2s-at2. Po przekształceniach otrzymano v0=2s-at22t. Następnie wyznaczono wielkość a. Przedstawiono skonstruowany trójkąt pomocniczy. Przy wierzchołku zapisano wyrażenie 2s-v0t. Poniżej, po lewej stronie zapisano wielkość a, natomiast po prawej stronie zapisano wielkość t2. Obok zapisano wzór s=v0t+12at2. Następnie wykonano kolejne przekształcenia. 12at2=s-v0t, oraz at2=2s-v0t. Otrzymano a=2s-v0tt2. Następnie wyznaczymy wielkość t. Zapiszemy równanie kwadratowe z niewiadomą t. at2+2v0t-2s=0. Rozwiązujemy, pamiętając, że jest to możliwe przy odpowiednich założeniach. Uwzględniamy tylko dodatnią wartość t. Zapisujemy. Delta, równa się, 4v02+8as. Pierwiastek drugiego stopnia z delta, równa się, 2v02+2as. Otrzymujemy t=v02+2as-v0a.

Słownik

dziedzina wzoru matematycznego, chemicznego lub fizycznego
dziedzina wzoru matematycznego, chemicznego lub fizycznego

zbiór, wszystkich możliwych wartości jakie mogą przyjąć zmienne występujące we wzorze