Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby udostępnić materiał Dodaj całą stronę do teczki

Jak wykazać, że znajdujesz się w ruchu lub spoczynku? Odpowiesz: „To proste! Kiedy siedzę w ławce, znajduję się w spoczynku. Gdy idę pieszo, jadę rowerem lub samochodem – poruszam się”. Zapominasz jednak o tym, że Ziemia wiruje wokół własnej osi i obiega Słońce, które porusza się wokół środka naszej Galaktyki. Wszystkie galaktyki zaś oddalają się od siebie. Czy zatem pojęcie spoczynku w ogóle istnieje?

R1BIBNMMuJJa3
Samolot odrzutowy leci z prędkością kilkuset kilometrów na godzinę, jednak pasażerowie odczuwają jego ruch tylko podczas startów, lądowań i ewentualnych turbulencji podczas drogi.
Źródło: dostępny w internecie: https://pixabay.com/.
Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:
  • jak stwierdzić, że wszystko wokół nas jest w bezustannym ruchu: cząsteczki, z których zbudowane są ciała, Ziemia i planety krążące wokół Słońca, a także my sami, gdy idziemy lub jedziemy;

  • jak obliczyć prędkość ciał – dzielić drogę przez czas jej przebycia.

Nauczysz się
  • podawać definicję ruchu;

  • posługiwać wielkościami opisującymi ruch ciała;

  • posługiwać pojęciem układu odniesienia w opisie ruchu;

  • podawać i opisywać przykłady względności ruchu w bliskim i dalszym otoczeniu;

  • dzielić ruchy na prostoliniowe i krzywoliniowe, a także podawać przykłady takich ruchów.

Pomyśl: jesteś teraz w ruchu czy w spoczynku?

R13v3dulPc1h8
Względem krzesła pozostajesz w spoczynku. Czy znajdujesz się w spoczynku również względem Słońca?
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY-SA 3.0.

Jestem w ruchu czy w spoczynku?

Wszystko wokół nas jest w nieustannym ruchu i ulega ciągłym zmianom. Słynne panta rhei („wszystko płynie”) Heraklita z EfezuHeraklit z EfezuHeraklita z Efezu mogłoby stać się mottem kinematykikinematykakinematyki – działu fizyki zajmującego się ruchem punktu materialnegopunkt materialnypunktu materialnego. Nieustannie obserwujemy ruch i sami się poruszamy.

Rg1hzqmFubgxQ
Animacja przedstawia dwie kolejki torowe. Tło jasne. Tory ułożone równolegle. Pierwsza kolejka porusza się w prawo, druga (ta niżej) w lewo. W pierwszej scenie w obu kolejkach widać maszynistów. W pierwszej kolejce, w jednym z wagonów, widać pasażerkę. Kolejki przejeżdżają, mijając się. W drugiej scenie kolejki również przejeżdżają, tym razem szybciej. Gdy znajdują się na tej samej wysokości, kolejki zostają zatrzymane. Znajdujące się w nich osoby (maszyniści i pasażerka) zostają zaakcentowani migoczącymi okręgami.
RMqPleqGfCupD
Ćwiczenie 1
Odpowiedz, które stwierdzenia uczniów są prawdziwe, a które fałszywe. Przy każdym zdaniu w tabeli zaznacz „Prawda” albo „Fałsz”. Pasażer porusza się względem maszynisty swojego pociągu. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Pasażer porusza się względem maszynisty pociągu nadjeżdżającego z przeciwka. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Siedząc na fotelu w poruszającym się pociągu, pasażer pozostaje w spoczynku względem wszystkich osób podróżujących w obu pociągach. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz

Kiedy jedziemy autobusem, mijamy przydrożne latarnie i znaki drogowe, a równocześnie znajdujemy się w spoczynku względem innych pasażerów.

W pierwszym przypadku naszym układem odniesieniaukład odniesieniaukładem odniesienia są znaki i latarnie, w drugim – pojazd.

Zapamiętaj!

Układ odniesienia to dowolnie wybrane ciało lub ciała, względem których określamy zmiany położenia badanego ciała.

Względność ruchu

Ruch i spoczynek to pojęcia względne. Możemy poruszać się względem niektórych układów odniesienia, a jednocześnie pozostawać w spoczynku względem innych.

Ciała mogą pozostawać w spoczynku względem jednego układu odniesienia, a względem innego się poruszać. Zasadę tę nazywamy względnością ruchuwzględność ruchuwzględnością ruchu.

Zapamiętaj!

Ruch jest pojęciem względnym. Polega on na zmianie położenia ciała względem wybranego układu odniesienia; zmiana ta zachodzi w czasie.

R10WLsXuYpMaX
Ćwiczenie 2
Oceń, czy poniższe stwierdzenia są prawdziwe czy fałszywe. Zaznacz wszystkie stwierdzenia prawdziwe. Możliwe odpowiedzi: 1. Względność ruchu wynika z faktu, że nie istnieje ruch absolutny ani absolutny spoczynek, 2. Względność ruchu polega na tym, że ciało może być zarówno w ruchu, jak i w spoczynku, w zależności od wybranego układu odniesienia, 3. Względność ruchu polega na tym, że jego opis nie zależy od wybranego układu odniesienia.

Pomyśl: jak określić położenie ciała?

R1Pgua8nUoBUj
Jak określić położenie piłki względem narożnika? Ilu liczb do tego potrzebujemy?
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY-SA 3.0.

Układ współrzędnych

Aby opisać ruch, należy powiązać go z układem odniesienia i wybrać układ współrzędnych. W trakcie dalszej nauki będziesz korzystać głównie z prostokątnego układu współrzędnychprostokątny układ współrzędnych (nazywany kartezjańskim)prostokątnego układu współrzędnych.

R1Upd0ciJGHSj
Materiał dotyczący układu współrzędnych.

Układ współrzędnych prostokątnych na płaszczyźnie ma wyraźnie zaznaczony początek, który jest punktem przecięcia dwóch osi liczbowych. Każda z osi musi być opisana i zakończona strzałką.

R17eVYcS2Ypkt
Prostokątny układ współrzędnych
Prostokątny układ współrzędnych na płaszczyźnie
2
Ćwiczenie 3

Punkt  umieszczony jest na osi liczbowej, która rośnie w prawo i ma współrzędne .

R1WSDsvimCu7P
Wybierz współrzędne punktu A wiedząc, że jest położony 9 jednostek niżej niż punkt D. Możliwe odpowiedzi: 1. A2, 2. A4, 3. A3, 4. A9, 5. A2, 1

Na rysunku poniżej przedstawiono oś liczbową z zaznaczonymi punktami. Odczytaj współrzędne tych punktów.

Rje7TZwPE6XjR
Rpqk2TkbsShc5
Wybierz współrzędne punktu A. Możliwe odpowiedzi: 1. A=(2), 2. A=(4), 3. A=(2,0), 4. A=(4,1), 5. A=(2,1)
R67zD0ibTbejp
Wybierz współrzędne punktu B. Możliwe odpowiedzi: 1. B, 2. C, 3. D
RIA4IA56PgoaN
Wybierz współrzędne punktu C. Możliwe odpowiedzi: 1. C2, 2. C2, 3. C2, 4. C2, 5. C2
Ćwiczenie 4

Zawodnik na szkolnym boisku piłkarskim o wymiarach 100 m × 70 m wykonuje rzut z autu w połowie odległości pomiędzy końcem boiska, a linią środkową. Skorzystaj z ilustracji poniżej i narysuj w zeszycie prostokątny układ współrzędnych. Zaznacz na nim współrzędne położenia piłki i bramkarzy obu drużyn.

  1. tak, żeby początek układu współrzędnych znajdował się na środku boiska,

  2. tak, żeby początek układu współrzędnych znajdował się w lewym dolnym rogu boiska.

R1XrpcwZNvw2z

Obejrzyj fotografie i zastanów się, czy pociąg, pasażer karuzeli i kierowca samochodu wyścigowego poruszają się po linii prostej, czy też – krzywej?

Wielkości opisujące ruch

Obserwując ruch danego ciała, zauważamy zmianę jego położenia zachodzącą wraz z upływem czasu. Linia, jaką zakreśla poruszające się ciało, nazywana jest torem ruchuTor ruchutorem ruchu. Rysunek poniżej przedstawia tor ruchu bakterii E. coli, obserwowany pod mikroskopem.

RlvYEC8egxWEB
Tor ruchu bakterii E. coli, obserwowany pod mikroskopem
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY-SA 3.0.
Tor ruchu
Tor ruchu

– linia, którą „zakreśla” poruszające się ciało.

Ruch krzywoliniowy
Ruch krzywoliniowy

– ruch, którego torem jest linia krzywa.

Ruch ciała, którego torem jest linia prosta, nazywamy ruchem prostoliniowymruch prostoliniowyruchem prostoliniowym. Takim ruchem porusza się np. lecący samolot.

R1HQlsa9iM4R0
Smugi kondensacyjne ilustrują tor ruchu lecącego samolotu
Źródło: dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org/, licencja: CC BY-SA 3.0.

Gdy wybieramy się w podróż samochodem, analizujemy mapę i wyznaczamy dokładną trasę podróży. Przyjrzyjmy się tej części mapy, na której widać odcinek łączący Katowice z Bytomiem.

R1bTihUcLT7SL
Droga to długość toru ruchu ciała
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY-SA 3.0.

Długość fragmentu toru w fizyce nazywana jest drogądrogadrogą i oznaczana jest małą literą s.

Zapamiętaj!

Długość toru ruchu to droga s. Jednostką podstawową drogi w układzie SI jest metr.

Wektor zmieniający się w czasie i opisujący przemieszczenie ciała względem pewnego układu odniesienia, nazywamy wektorem przemieszczeniaiHApspHTPv_d777e267wektorem przemieszczenia.

Ciekawostka

Gdy ciało porusza się po torze zamkniętym, droga, którą przebędzie, będzie równa długości krzywej, po której porusza się ciało. Natomiast przemieszczenie wyniesie zero, ponieważ punkt startowy jest tym samym punktem co punkt końcowy podróży – wektor przemieszczenia ma swój początek i koniec w tym samym punkcie. Oznacza to, że długość wektora wynosi zero.

RJOqOlRHQmNc5
Ćwiczenie 5
Dokończ zdanie, wybierając poprawną odpowiedź.
Torem ruchu nazywamy: Możliwe odpowiedzi: 1. linię, którą zakreśla poruszające się ciało., 2. drogę przebytą przez ciało., 3. odległość pomiędzy punktem, z którego ciało rozpoczęło ruch, a punktem, w którym ruch zakończyło., 4. linię prostą zakreśloną przez poruszające się ciało.
iHApspHTPv_d777e267

Podsumowanie

  • Układ odniesienia to dowolnie wybrane ciało lub ciała, względem których określamy zmiany położenia badanego ciała.

  • Ruch polega na zmianie położenia ciała względem wybranego układu odniesienia. Ta zmiana zachodzi w czasie.

  • Ruch jest względny, ponieważ to samo ciało (np. człowiek siedzący w jadącym samochodzie) względem jednego uładu odniesienia (np. drzewa) jest w ruchu, a względem innego (np. samochodu) – w spoczynku.

  • Aby szczegółowo opisać ruch za pomocą zależności matematycznych, należy powiązać go z układem odniesienia i wybrać układ współrzędnych.

  • Podstawowe wielkości fizyczne opisujące ruch to:

    • tor ruchu;

    • prędkość;

    • droga.

  • Jednostką drogi s w układzie SI jest metr.

R1D6OyhHGXtgN
Ćwiczenie 6
Wybierz trzy przykłady w których podane dwa ciała są względem siebie w ruchu. Możliwe odpowiedzi: 1. Dwóch pasażerów siedzących w tym samym wagonie, jeden na jego początku drugi na końcu., 2. Samochód wyprzedzający ciężarówkę., 3. Dwa lecące z tą samą prędkością i w tym samym kierunku samoloty., 4. Pasażer czekający na autobus i przejeżdżający obok tramwaj., 5. Obraz i ściana na której wisi., 6. Biegnący w swoją stronę piłkarze.
Ćwiczenie 7
RT8whtdA2sePy
W której sytuacji droga pokonana przez ciało jest różna od przemieszczenia, które wynosi 0? Możliwe odpowiedzi: 1. Dziecko siedzące na karuzeli po jednym obrocie karuzeli.
Ćwiczenie 8

Podaj po dwa przykłady ruchu prostoliniowego i ruchu krzywoliniowego.

RSkyG9vuxrdbU
(Uzupełnij).

Zadania podsumowujące

RAB9nCvyOyQde
Ćwiczenie 9
Oceń, czy poniższe zdania są prawdziwe czy fałszywe. Zaznacz zdanie prawdziwe. Możliwe odpowiedzi: 1. Ruch to zmiana położenia ciała względem wybranego układu odniesienia., 2. Jeśli ciało znajduje się w spoczynku względem pewnego układu odniesienia, to także musi się znajdować w spoczynku względem innych układów odniesienia., 3. To, czy ciało jest w ruchu, czy w spoczynku, nie zależy od wybranego układu odniesienia.
R1BZHEwM7YvcH
Ćwiczenie 10
Na czym polega względność ruchu? Zaznacz poprawne odpowiedzi. Możliwe odpowiedzi: 1. W zależności od układu odniesienia ciało jest w spoczynku lub w ruchu., 2. Ciała pozostają zawsze w spoczynku., 3. Ciała pozostają w ciągłym ruchu bez względu na wybór układu odniesienia., 4. Opis ruchu ciała zależy od przyjętego układu odniesienia., 5. Ciało pozostając w spoczynku względem pewnego układu odniesienia, względem innego może się poruszać., 6. Jeśli ciało pozostaje w spoczynku względem pewnego układu odniesienia, względem każdego innego musi się poruszać.

Słownik

droga
droga

długość toru ruchu s, po którym porusza się ciało.

kinematyka
kinematyka

dział fizyki opisujący ruch ciał, uwzględniający ich prędkość i tor ruchu; nie zajmuje się natomiast przyczynami ruchu, czyli siłami.

przemieszczenie
przemieszczenie

wielkość wektorowa; wektor przemieszczenia ma swój początek w położeniu początkowym ciała, a koniec – w położeniu końcowym.

punkt materialny
punkt materialny

pojęcie używane w fizyce w stosunku do ciał o bardzo małych rozmiarach lub rozmiarach znacznie mniejszych w porównaniu do odległości do tych ciał. Opisujemy ruch punktu materialnego jako całości - przykładem może być lecący na dużej wysokości samolot, jeżeli w opisie ruchu nie uwzględniamy np. ruchu śmigieł.

ruch prostoliniowy
ruch prostoliniowy

ruch, którego torem jest linia prosta.

układ odniesienia
układ odniesienia

ciało lub ciała, względem których opisuje się położenie poruszającego się ciała.

prostokątny układ współrzędnych (nazywany kartezjańskim)
prostokątny układ współrzędnych (nazywany kartezjańskim)

układ współrzędnych utworzony przez osie liczbowe, które są do siebie prostopadłe i przecinają się w punkcie wyznaczającym początek układu współrzędnych.

względność ruchu
względność ruchu

ruch lub spoczynek w zależności od wyboru układu odniesienia.

Biogramy

Heraklit z EfezuPersjaEfez
R1Rt3fgw25nqo
Heraklit z Efezu – twórca koncepcji ciągłej zmiany
Źródło: dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org/, licencja: CC BY 4.0.

Heraklit z Efezu

Filozof grecki zaliczany do jońskich filozofów przyrody. Urodzony w mieście Efez, w Jonii, u wybrzeży Azji Mniejszej. Autor pism kosmologicznych. Najbardziej znanym elementem filozofii Heraklita jest koncepcja zmiany jako centralnego elementu świata (panta rhei – „wszystko płynie”), którą odddaje słynne zdanie myśliciela: „Niepodobna wstąpić dwukrotnie do tej samej rzeki” (bo już napłynęły do niej inne wody).

Heraklit z EfezuPersjaEfez
R1Rt3fgw25nqo
Heraklit z Efezu – twórca koncepcji ciągłej zmiany
Źródło: dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org/, licencja: CC BY 4.0.

Heraklit z Efezu

Filozof grecki zaliczany do jońskich filozofów przyrody. Urodzony w mieście Efez, w Jonii, u wybrzeży Azji Mniejszej. Autor pism kosmologicznych. Najbardziej znanym elementem filozofii Heraklita jest koncepcja zmiany jako centralnego elementu świata (panta rhei – „wszystko płynie”), którą odddaje słynne zdanie myśliciela: „Niepodobna wstąpić dwukrotnie do tej samej rzeki” (bo już napłynęły do niej inne wody).

Aplikacje dostępne w
Pobierz aplikację ZPE - Zintegrowana Platforma Edukacyjna na androida