ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Dynamikaklasa 1 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/1/fizyka/uklady-nieinercjalne-i-sily-bezwladnosci/

Fizyka · Dynamika · kl. 1 · zakres rozszerzony

Układy nieinercjalne i siły bezwładności

W ruszającej windzie czujesz się ciężej, bo opisujesz świat z układu, który przyspiesza – i wtedy przydają się siły bezwładności.

ok. 4 min czytania10 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Układ inercjalny i nieinercjalny

  • Układ inercjalny: ciało bez siły wypadkowej spoczywa w nim lub porusza się ze stałą prędkością (w przybliżeniu układ związany z Ziemią). Nieinercjalny przyspiesza względem inercjalnego: ruszający autobus, hamująca winda, karuzela.
  • Z peronu widać zwykłą bezwładność: pasażer hamującego autobusu porusza się dalej z dawną prędkością. Pasażer w autobusie opisuje to siłą „do przodu”.
peron – układ inercjalnyakulka stoi, autobus odjeżdżaautobus – układ nieinercjalnyakulka toczy się do tyłubrak siły poziomej: I zasadaFbFb = −m · a (siła pozorna)
Ruszający autobus widziany z peronu i z wnętrza
  • Oznaczenia: Fb – siła bezwładności [N]; m – masa ciała [kg]; a – przyspieszenie układu względem układu inercjalnego [m/s²].
Zapamiętaj

Fb = −⁠m · a. Siła bezwładności ma wartość m · a i zwrot przeciwny do przyspieszenia układu.

  • To siła pozorna: nie wywiera jej żadne ciało, więc nie ma siły reakcji. Stosujesz ją tylko w opisie z wnętrza przyspieszającego układu.

2Winda i przeciążenie

spoczynekmN = mgprzyspiesza w góręmaN > mgprzyspiesza w dółmaN < mgswobodny spadekmaN = 0Nmgprzyspieszenie windy
Nacisk na człowieka w windzie w czterech sytuacjach
  • Oznaczenia: N – nacisk (reakcja podłogi) [N]; g – przyspieszenie ziemskie [m/s²]; n – przeciążenie (bez jednostki).
Zapamiętaj

Przyspieszenie windy skierowane w górę: N = m · (g + a). Skierowane w dół: N = m · (g − a). Przeciążenie n = N przez m · g.

  • Liczy się zwrot przyspieszenia, a nie ruchu: winda hamująca podczas jazdy w dół też ma przyspieszenie skierowane w górę.
  • Swobodny spadek (a = g w dół): N = 0, czyli nieważkość. Grawitacja działa nadal, znika tylko nacisk.
  • Przykład. Dane: m = 70 kg, winda rusza w górę z a = 2 m/s², g = 9,81 m/s².
  • Wzór: N = m · (g + a).
  • Obliczenia: N = 70 kg · (9,81 + 2) m/s² ≈ 827 N; n = 827 N przez 70 kg · 9,81 m/s² ≈ 1,2.
  • Odpowiedź: nacisk wynosi ok. 827 N, czyli 1,2 razy więcej niż w spoczynku.
Sprawdź, czy rozumiesz

Winda rusza w górę z przyspieszeniem 2 m/s². Z jaką siłą człowiek o masie 60 kg naciska na podłogę (g = 10 m/s²)?

3Siła odśrodkowa i siła Coriolisa

  • W układzie obracającym się (karuzela, wirówka) na ciało działa siła odśrodkowa Fod = m · ω2 · r (ω – prędkość kątowa układu [rad/s], r – odległość od osi [m]). Obserwator z zewnątrz jej nie wprowadza: dla niego wypadkowa rzeczywistych sił jest siłą dośrodkową.
  • (dodatkowo) Siła Coriolisa działa na ciało poruszające się względem obracającego się układu; na półkuli północnej odchyla ruch w prawo.
Uwaga na błąd

Mit: „woda w wannie wiruje w różne strony na różnych półkulach przez siłę Coriolisa”. W małym naczyniu ta siła jest znikoma, decyduje kształt naczynia.

✎Ściąga: Układy nieinercjalne i siły bezwładności

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • Fb = −⁠m · a. Siła bezwładności ma wartość m · a i zwrot przeciwny do przyspieszenia układu.
  • Przyspieszenie windy skierowane w górę: N = m · (g + a). Skierowane w dół: N = m · (g − a). Przeciążenie n = N przez m · g.
  • Układ inercjalny: ciało bez siły wypadkowej spoczywa w nim lub porusza się ze stałą prędkością (w przybliżeniu układ związany z Ziemią). Nieinercjalny przyspiesza względem inercjalnego: ruszający autobus, hamująca winda, karuzela.
  • Oznaczenia: Fb – siła bezwładności [N]; m – masa ciała [kg]; a – przyspieszenie układu względem układu inercjalnego [m/s²].
  • Oznaczenia: N – nacisk (reakcja podłogi) [N]; g – przyspieszenie ziemskie [m/s²]; n – przeciążenie (bez jednostki).
  • Przykład. Dane: m = 70 kg, winda rusza w górę z a = 2 m/s², g = 9,81 m/s².

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Winda rusza w górę z przyspieszeniem 2 m/s². Z jaką siłą człowiek o masie 60 kg naciska na podłogę (g = 10 m/s²)?

    1. A0 N
    2. B720 N
    3. C600 N
    4. D480 N
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 720 N – N = m · (g + a) = 60 kg · 12 m/s² = 720 N.

  2. Winda jadąca w dół hamuje z opóźnieniem 3 m/s². Z jaką siłą człowiek o masie 60 kg naciska na podłogę (g = 10 m/s²)?

    1. A780 N
    2. B600 N
    3. C420 N
    4. D180 N
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: 780 N – Przy hamowaniu w czasie jazdy w dół przyspieszenie jest skierowane w górę, więc N = 60 kg · 13 m/s² = 780 N.

  3. Co dzieje się z naciskiem w windzie w swobodnym spadku?

    1. AN jest ujemne
    2. BN rośnie dwukrotnie
    3. CN = 0, nieważkość
    4. DN = m · g
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: N = 0, nieważkość – Przy a = g w dół N = m · (g − g) = 0, choć siła ciężkości nadal działa.

  4. Jaką wartość i zwrot ma siła bezwładności w układzie poruszającym się z przyspieszeniem a?

    1. Am · a, zgodnie z a
    2. Bm · a, przeciwnie do a
    3. Cm · g, przeciwnie do a
    4. Dm · g, zawsze pionowo w dół
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: m · a, przeciwnie do a – Fb = −⁠m · a: wartość m · a, a minus oznacza zwrot przeciwny do przyspieszenia układu.

  5. Czemu siła bezwładności nazywana jest pozorną?

    1. ABo nie można zmierzyć jej skutków
    2. BBo nie wywiera jej żadne ciało i nie ma siły reakcji
    3. CBo działa tylko w próżni
    4. DBo jest bardzo mała
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: Bo nie wywiera jej żadne ciało i nie ma siły reakcji – Pojawia się dopiero w opisie z układu nieinercjalnego, a jej sprawcą nie jest żadne ciało.

  6. Pasażer hamującego autobusu „leci do przodu”. Jak to opisze obserwator stojący na peronie?

    1. APasażer porusza się dalej z dotychczasową prędkością, bo nic go dostatecznie nie hamuje
    2. BDziała na pasażera siła bezwładności popychająca go do przodu
    3. CPcha go powietrze z tyłu autobusu
    4. DDziała na pasażera siła odśrodkowa
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: Pasażer porusza się dalej z dotychczasową prędkością, bo nic go dostatecznie nie hamuje – W układzie inercjalnym nie ma sił bezwładności – ciało po prostu zachowuje prędkość (I zasada dynamiki).

  7. Jakie przeciążenie odczuwa człowiek, gdy N = 1,2 · m · g?

    1. A12
    2. B9,81
    3. C0,8
    4. D1,2
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 1,2 – n = N : (m · g) = 1,2, czyli nacisk jest o 20% większy niż w spoczynku.

  8. Ciało o masie 2 kg siedzi na karuzeli 3 m od osi, a karuzela obraca się z prędkością kątową 2 rad/s. Jaka siła odśrodkowa działa na nie w układzie karuzeli?

    1. A48 N
    2. B6 N
    3. C12 N
    4. D24 N
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 24 N – Fod = m · ω² · r = 2 kg · 4 rad²/s² · 3 m = 24 N.

Cały dział „Dynamika”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 1

Badania w fizycePomiary i niepewność pomiarowaNiepewności pomiarowe i dopasowanie prostejWielkości wektorowe i skalarneAnaliza danych i wykresyNarzędzia matematyczne w fizyceRachunek wektorowy i trygonometriaPodstawowe pojęcia kinematykiPrędkośćRównanie ruchu i ruch względnyPrzyspieszenieRuch jednostajny prostoliniowyRuch prostoliniowy zmiennyRuch zmienny – wykresy a(t), zadania i przyspieszenie w ruchu krzywoliniowymRuch po okręguPrędkość kątowa i ruch po okręgu ze zmienną prędkościąRzut poziomy i rzut ukośnyDoświadczenia z kinematykiSiła i jej cechyRodzaje siłZasady dynamiki NewtonaTarcieRównia pochyła i zadania z tarciemSiła dośrodkowaDynamika ruchu po okręguDoświadczenia z dynamikiPraca mechanicznaMocEnergia mechaniczna i jej zasada zachowaniaPraca siły zmiennej, twierdzenie o pracy i energiiMoc w ruchu i sprawność urządzeńPęd, zasada zachowania pędu i zderzeniaDoświadczenia: praca, moc, energiaCiśnienieSiła wyporu i prawo ArchimedesaCiśnienie całkowite, naczynia połączone i pływanie ciałDoświadczenia z hydrostatykiPrawo powszechnego ciążeniaPrzyspieszenie grawitacyjne i prawa KepleraUkład Słoneczny, Galaktyka i WszechświatPrędkości kosmiczne i ruch satelitówSatelity, nieważkość i przeciążenieBryła sztywna i moment siłyMoment bezwładności i dynamika ruchu obrotowegoEnergia kinetyczna ruchu obrotowegoPlanowanie doświadczeńPrzeprowadzanie pomiarówAnaliza wynikówWybrane doświadczenia w klasie 1Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego wahadłem