Spis treści

Co to znaczy, że się poruszamy?

Czy można jednocześnie stać w miejscu i się poruszać? Owszem, można. Brzmi to dziwnie, ale to, czy jesteś w ruchu, czy pozostajesz w spoczynku, zależy od punktu widzenia. Jeśli jedziesz pociągiem, przemieszczasz się, czy nie? Przecież siedzisz w wagonie prawie nieruchomo, a jednak krajobraz za oknem się zmienia.

Czy jadąc kolejką górską poruszasz się, czy pozostajesz w spoczynku?

Źródło: dostępny w internecie: Pixabay, domena publiczna.

Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:

- czym jest i do czego służy znajdująca się na mapie skala.

Twoje cele

- Wyjaśnisz, na czym polega ruch.

- Obliczysz prędkość, z jaką porusza się dany obiekt.

- Opiszesz cechy ruchu względnego.

1. Co to jest ruch?

Gdy jedziemy autobusem i widzimy, jak zmienia się krajobraz za oknem, to myślimy, że się poruszamy. Rucruchh jest jednak względny, ponieważ ciało może być w ruchu jednostajnym względem jednego ciała (np. rosnących wzdłuż drogi drzew), w ruchu zmiennym względem drugiego ciała (np. innych pojazdów poruszających się na drodze) i  jednocześnie w spoczynku względem trzeciego ciała (np. innej osoby siedzącej w autobusie). Ruch polega więc na zmianie położenia ciała względem układu odniesienia zachodzącej z upływem czasu.

Jeśli chcemy opisać nasz ruch, musimy określić prędkość (v), czyli podzielić drogę (odległość) przez czas. Droga (s) to długość toru ruchu. Natomiast tor ruchu to linia, po której ciało się porusza. Podstawową jednostką miary w układzie SI drogi jest metr. Na co dzień używa się też wielokrotności metra (kilometr) lub jego części (centymetr, milimetr). Taki system pomiaru odległości nazywamy metrycznym.

Drogę przebywa się w określonym czasie (t). Czas to iloraz drogi przez prędkość.

Slajd 1 z 2

Słupki przy drogach ustawione są w równych, stumetrowych odstępach. Liczby na nich oznaczają odległość. Znajdujące się w centralnej części mniejsze liczby wskazują na kilometr drogi, a większe cyfry (znajdujące się niżej) metry drogi (podawane w setkach). Słupki ułatwiają oszacowanie odległości oraz przebytego dystansu. Pozwalają też wskazać dokładną lokalizację miejsca, gdzie znajduje się dany obiekt, lub miejsca, w którym doszło do wypadku.

Źródło: dostępny w internecie: Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.

Ciekawostka

W niektórych krajach istnieją inne niż system metryczny sposoby pomiaru odległości. Na przykład w Stanach Zjednoczonych używa się mili lądowej (jest to 1605 m), stopy (30,5 cm) i cala (2,54 cm).

Ćwiczenie 1

Spróbuj podać wzrost 1,64 m w stopach i calach. Czy są to wygodne w użyciu jednostki miary? Uzasadnij swoje stanowisko.

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

2. Poruszamy się czy nie?

Ćwiczenie 2

Odpowiedz, czy siedząc w jadącym autobusie poruszasz się, czy nie. Uzasadnij swoje zdanie.

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Czasami nie jesteśmy pewni, czy poruszamy się, czy też jesteśmy w spoczynku. W szczególności doznajemy takiego odczucia, gdy siedzimy w pociągu na stacji i za oknem widzimy drugi pociąg. W takiej sytuacji zastanawiamy się, czy pociąg za oknem ruszył, czy to my ruszyliśmy. Brakuje nam układu odniesienia, dzięki któremu moglibyśmy stwierdzić, co tak naprawdę jest w ruchu. Jest to względność ruchu.

Wyobraźmy sobie, że jedziemy windą. Winda przemieszcza się, ale my stoimy nieruchomo w jej wnętrzu. Czy w tym momencie się poruszamy, czy pozostajemy w stanie spoczynku? Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy ustalić układ odniesienia.

Film prezentuje, na czym polega względność ruchu.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/ROau0wIWOmSqcOtwiera się w nowym oknie

Przykład względności ruchu

Źródło: Marcin Sadomski, Tomorrow sp. z o.o., Kevin MacLeod (http://incompetech.com), licencja: CC BY 3.0.

Film prezentuje, na czym polega względność ruchu.

Inny przykład to satelity telekomunikacyjne. Anteny satelitarne służące do odbioru sygnału ustawione są w stałym położeniu, gdyż satelita znajduje się cały czas w tym samym miejscu na niebie. Czy to oznacza, że satelita się nie porusza? Odpowiedź brzmi: To zależy od wyboru układu odniesienia.

Film prezentuje, na czym polega względność ruchu.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RMzwwvKYljnzCOtwiera się w nowym oknie

Mimo że satelity telekomunikacyjne poruszają się z prędkością tysięcy kilometrów na godzinę, to względem Ziemi są nieruchome. Dlatego nazywa się je geostacjonarnymi

Źródło: Marcin Sadomski, Tomorrow sp. z o.o., Kevin MacLeod (http://incompetech.com), licencja: CC BY-SA 3.0.

Film prezentuje, na czym polega względność ruchu.

Teraz będziesz już umieć odpowiedzieć na pytanie, czy siedząc w jadącym pociągu, poruszasz się, czy nie. Względem peronu oczywiście poruszasz się, ale względem pociągu pozostajesz w stanie spoczynku.

Ćwiczenie 3

Zastanów się i odpowiedz, czy osoba siedząca jadącym w autobusie może powiedzieć, że autobus jest nieruchomy, a świat przesuwa się za oknem. Uzasadnij swoje zdanie.

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

3. Jak zmierzyć prędkość?

Jeśli znamy przebytą przez nas drogę i czas, w jakim ją pokonaliśmy, to możemy obliczyć prędkość naszego ruchu. Wystarczy, że przebytą drogę podzielimy przez czas jej pokonania. Prędkość informuje nas, jaką drogę przebyło ciało w jednostce czasu.

Jednostką prędkości jest metr na sekundę (m/s) np. podczas biegu. W życiu codziennym częściej jednak podajemy prędkość w kilometrach na godzinę (km/h) np. jazda samochodu, pociągu, gdyż trudno jest precyzyjnie zmierzyć odległość, jaką przebywamy w czasie jednej sekundy.

Jeśli porównuje się prędkości różnych obiektów, np. dwóch samochodów, należy je podać w jednakowych jednostkach. Co zatem zrobić, jeśli prędkość jednego z nich jest podana w m/s, a drugiego w km/h? To bardzo proste: pamiętaj, że kilometr to 1000 m, a godzina to 3600 s. Jeśli więc jedziesz na rowerze z prędkością 18 km/h, to znaczy, że twoja prędkość wynosi:

=

Jeśli takie przeliczanie wydaje ci się zbyt skomplikowane – masz całkowitą rację. Jest na to prostszy sposób.

Uwaga!

Jeśli chcemy zamienić prędkość wrażoną w km/h na m/s, dzielimy ją przez 3,6. Jeśli zaś mamy prędkość podaną w m/s, a chcemy ją zamienić na km/h, to mnożymy ją przez 3,6.

Wyznaczoną drogę pokonujemy z różną prędkością

Źródło: Andrzej Bogusz, licencja: CC BY 3.0.

Doświadczenie 1

Problem badawczy: Jaka jest prędkość marszu i biegu?

Hipoteza 1

Hipoteza 2

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Co będzie potrzebne

- miarka krawiecka lub taśma miernicza,

- zegarek ze stoperem lub aplikacja w smartfonie,

- druga osoba do pomocy.

Instrukcja

1. Używając miarki lub taśmy, odmierzcie z osobą z pary drogę wzdłuż prostej o długości 60 m.

2. Niech każdy z was (każda osoba z pary) pokona wyznaczony odcinek – pierwszy raz idąc z normalną dla siebie prędkością, a drugi raz biegnąc.

3. Kiedy jedna osoba będzie szła lub biegła, druga musi mierzyć czas.

4. Znając drogę i czas marszu oraz biegu, oblicz ich prędkości.

Wyniki:

Obliczenia:

Wnioski:

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ciekawostka

Najszybsi ludzie potrafią biec z prędkością około 38 km/h. Znacznie szybsze są wytwory naszej techniki: najszybszy samochód świata osiągnął 532 km/h, a pociąg – 600 km/h. Najszybciej w historii poruszali się astronauci lecący na Księżyc (misja Apollo10) – ich statek kosmiczny osiągnął prędkość 39 876 km/h.

4. Ruch jednostajny prostoliniowy i zmienny

Jeśli prędkość ruchu ma stałą wartość, to taki ruch nazywamy jednostajnym. W rzeczywistości występuje on rzadko. Często zmieniamy prędkość przemieszczania się. W takich sytuacjach mówimy, że występuje ruch niejednostajny - wartość prędkości zmienia się z upływem czasu. Może być on na przykład jednostajnie przyspieszony - jest to ruch w którym prędkość w każdej kolejnej sekundzie zwiększa się o taką samą wartość lub jednostajnie opóźniony, gdy prędkość w kolejnych sekundach ruchu maleje o taką samą wartość.

Aby ocenić wartość przyspieszenia, trzeba znać prędkość na początku i na końcu pomiaru oraz czas, w jakim ta zmiana prędkości nastąpiła. W wypadku samochodów często podaje się czas przyspieszenia od 0 do 100 km/h. Niektóre samochody sportowe przyspieszają od 0 do 100 km/h w niecałe trzy sekundy

Źródło: AngMoKio: Aleksandra Ryczkowska, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 2.5.

Ćwiczenie 4

Odpowiedz, czy chcąc obliczyć czas przejazdu samochodem między miastami, wystarczy podzielić drogę przez maksymalną dozwoloną prędkość. Uzasadnij swoje stanowisko.

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Podsumowanie

- Ruch to zmiana położenia ciała względem układu odniesienia zachodząca z upływem czasu.

- Droga to długość toru ruchu, a tor ruchu to linia, po której ciało się porusza.

- Znając drogę oraz czas, w jakim została pokonana, można obliczyć prędkość ruchu.

- Dane ciało może być w ruchu lub w spoczynku, w zależności od układu odniesienia.

Praca domowa

Ćwiczenie 1

Podaj przykłady względności ruchu. Wskaż co najmniej dwa przykłady ruchu jednostajnego oraz dwa przykłady ruchu zmiennego.

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 2

Dwa pojazdy wyruszają w tej samej chwili z jednego miejsca w inne, ale jadą różnymi drogami. W jakim przypadku możliwe jest, by pojazd jadący szybciej dotarł na miejsce później niż jadący wolniej?

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

droga

długość toru ruchu; mierzymy ją w metrach lub w innych, mniejszych albo większych jednostkach

prędkość

stosunek drogi pokonanej przez obiekt do czasu, w jakim została ona pokonana; wyrażamy ją w metrach na sekundę

ruch

zmiana położenia ciała względem układu odniesienia zachodząca z upływem czasu

ruch jednostajnie opóźniony

ruch, podczas którego prędkość w kolejnych sekundach maleje o taką samą wartość

ruch jednostajny prostoliniowy

ruch, podczas którego w tych samych przedziałach czasowych ciało pokonuje takie same odcinki drogi

ruch jednostajnie przyspieszony

ruch, podczas którego prędkość w kolejnych sekundach zwiększa się o taką samą wartość

ruch niejednostajny

ruch, podczas którego prędkość ma stałą wartość

układ odniesienia

punkt lub układ punktów w przestrzeni, względem których opisujemy ruch danego obiektu

układ SI

międzynarodowy układ jednostek miar

względność ruchu

właściwość ruchu polegająca na tym, że dane ciało może być w ruchu lub w spoczynku, w zależności od układu odniesienia

Zadania

Ćwiczenie 1

Wskaż, które zdania są prawdziwe, a które fałszywe.

Stwierdzenie

Prawda

Fałsz

Jeśli samochód mija rozmieszczone co 100m słupki przydrożne w kolejnych jednakowych odstępach czasu, to znaczy, że porusza się ruchem jednostajnym.

Jeśli będzie potrzebował coraz mniej czasu, aby mijać kolejne słupki, to będzie się poruszał ruchem opóźnionym.

Dzieląc odległość przez czas, w jakim została przebyta, uzyskujemy średnią prędkość, z jaką została pokonana.

Aby przeliczyć prędkość z m/s na km/h, wystarczy jej wartość podzielić przez 1000.

Są na świecie miejsca, gdzie odległości mierzy się w innych niż metr jednostkach miary.

Źródło: Dariusz Kajewski, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 2

Zaznacz zdania prawdziwe i fałszywe.

Stwierdzenie

Prawda

Fałsz

Stojąc na przystanku, znajduję się w spoczynku względem stojącej obok latarni.

Stojąc na przystanku, znajduję się w spoczynku względem nadjeżdżającego autobusu.

Autobus znajduje się w ruchu względem samochodów jadących w przeciwną stronę.

Jadący autobus znajduje się w spoczynku względem samochodów jadących dokładnie w tym samym kierunku i z tą samą prędkością.

Pasażerowie autobusu znajdują się w spoczynku względem tych na przystanku, gdyż porusza się autobus, a nie oni.

Źródło: Dariusz Kajewski, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 3

Zaznacz prawidłową odpowiedź. Rowerzysta porusza się ze średnią prędkością 18 km/h. Prędkość ta w jednostkach układu SI wynosi:

Zaznacz prawidłową odpowiedź.

- 18 m/s.

- 36 m/s.

- 5 m/s.

- 10 m/s.

Źródło: Dariusz Kajewski, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 4

Uzupełnij luki w tekście prawidłowymi wyrażeniami.

Jeśli prędkość ruchu ma stałą wartość, to taki ruch nazywamy    . W rzeczywistości występuje on    . Gdy wartość prędkości zmienia się     to wówczas występuje ruch    . Jest on na przykład     - wtedy gdy prędkość w każdej kolejnej sekundzie zwiększa się o taką samą wartość lub    , gdy prędkość w kolejnych sekundach ruchu     o taką samą wartość.

maleje     jednostajnie opóźniony     bardzo szybko     jednostajnym     jednostajny     niejednostajny     z upływem czasu     niejednostajnym     rośnie     jednostajnie przyspieszony     niejednostajnie przyspieszony     często     rzadko

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 5

Wskaż zdania prawdziwe i fałszywe.

Stwierdzenie

Prawda

Fałsz

Ruch ciała lub jego spoczynek zależy od punktu odniesienia.

Względność ruchu polega na tym, że ciało może być zarówno w ruchu, jak i w spoczynku, w zależności od wyboru innego ciała, względem którego określamy ruch.

Względność ruchu polega na tym, że jego opis nie zależy od wyboru ciała, względem którego określamy ruch.

Względność ruchu nie pozwala w żadnym wypadku określić prędkości danego ciała.

Względność ruchu polega na tym, że prędkość można określić albo w kilometrach na godzinę, albo w metrach na sekundę.

Źródło: Dariusz Kajewski, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 6

Wskaż poprawne opisy względności ruchu.

Zaznacz prawidłowe odpowiedzi.

- Względność ruchu polega na tym, że prędkość ruchu zmienia się.

- Względność ruchu to określenie, czy dane ciało jest w ruchu czy w spoczynku, w zależności od wyboru ciała, względem którego określamy ruch.

- Z powodu występowania zjawiska względności ruchu nie możemy wybrać dowolnego ciała, względem którego określamy ruch.

- Względność ruchu jest wtedy, gdy w każdej chwili możemy się zatrzymać.

- Jeśli dwa ciała poruszają się w tym samym kierunku i z tą samą prędkością, to względem siebie znajdują się w stanie spoczynku.

- Ze względnością ruchu mamy do czynienia, gdy zmienia się kierunek ruchu.

Źródło: Dariusz Kajewski, licencja: CC BY 3.0.

Notatnik

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.