ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Bryła sztywnaklasa 2 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/2/fizyka/kinematyka-ruchu-obrotowego-i-analogie-do-ruchu-postepowego/

Fizyka · Bryła sztywna · kl. 2 · zakres rozszerzony

Kinematyka ruchu obrotowego i analogie do ruchu postępowego

Ruch obrotowy opisujemy tym samym schematem co ruch po prostej – wystarczy zamienić drogę na kąt, a prędkość na prędkość kątową.

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

1Bryła sztywna i jej ruchy

  • Bryła sztywna to model ciała, w którym odległości między dowolnymi punktami się nie zmieniają (ciało się nie odkształca).
  • Ruch postępowy: wszystkie punkty mają takie same tory i w danej chwili takie same prędkości, np. wysuwana szuflada.
  • Ruch obrotowy: wszystkie punkty poruszają się po okręgach wokół wspólnej osi, np. łopatki wentylatora. Toczenie koła to złożenie obu ruchów.

2Opis obrotu

  • Oznaczenia: φ – kąt obrotu [rad]; ω – prędkość kątowa [rad/s]; ε – przyspieszenie kątowe [rad/s²]; t – czas [s]; T – okres [s]; f – częstotliwość [Hz]; r – odległość punktu od osi [m]; v – prędkość liniowa [m/s]; as, ar – przyspieszenie styczne i dośrodkowe [m/s²].
  • Pełny obrót to 2π rad. ω = Δφ przez Δt, przy stałej ω: ω = 2π przez T = 2πf. Przyspieszenie kątowe: ε = Δω przez Δt.
Zapamiętaj

Wszystkie punkty bryły mają te same φ, ω i ε, ale różne v: v = ω · r, as = ε · r, ar = ω² · r = v² przez r.

Orvasarωv = ω · ras = ε · rar = ω² · rω i ε – wspólnedla całej bryły
Prędkość i przyspieszenia punktu odległego o r od osi
Sprawdź, czy rozumiesz

Punkt w odległości 0,3 m od osi przy ω = 10 rad/s ma przyspieszenie dośrodkowe

3Analogie

Ruch postępowyRuch obrotowy
położenie x [m]kąt φ [rad]
prędkość v [m/s]prędkość kątowa ω [rad/s]
przyspieszenie a [m/s²]przyspieszenie kątowe ε [rad/s²]
masa m; F = m · amoment bezwładności I; M = I · ε
pęd p = m · v; F = Δp przez Δtmoment pędu L = I · ω; M = ΔL przez Δt
Ek = m v² przez 2Ek = I ω² przez 2
  • Przy stałym ε: ω = ω0 + ε · t oraz φ = ω0 · t + ε · t² przez 2 – jak v = v0 + a · t i x = v0 · t + a · t² przez 2.

4Przykład

  • Dane: koło rusza ze spoczynku (ω0 = 0), ε = 2 rad/s², t = 5 s, punkt w odległości r = 0,3 m od osi.
  • Wzory: ω = ε · t; φ = ε · t² przez 2; v = ω · r; as = ε · r; ar = ω² · r.
  • Obliczenia: ω = 10 rad/s; φ = 25 rad ≈ 4 obroty (25 : 2π); v = 3 m/s; as = 0,6 m/s²; ar = 100 · 0,3 m/s² = 30 m/s².
  • Odpowiedź: po 5 s koło ma ω = 10 rad/s i wykonało ok. 4 obroty, a punkt ma v = 3 m/s i ar = 30 m/s².
Uwaga na błąd

Wstawianie kątów w stopniach lub obrotach do wzorów z ω i ε. Kąt musi być w radianach (1 obrót = 2π rad).

Sprawdź, czy rozumiesz

Odpowiednikiem masy m w ruchu obrotowym jest

✎Ściąga: Kinematyka ruchu obrotowego i analogie do ruchu postępowego

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • Wszystkie punkty bryły mają te same φ, ω i ε, ale różne v: v = ω · r, as = ε · r, ar = ω² · r = v² przez r.
  • Bryła sztywna to model ciała, w którym odległości między dowolnymi punktami się nie zmieniają (ciało się nie odkształca).
  • Ruch postępowy: wszystkie punkty mają takie same tory i w danej chwili takie same prędkości, np. wysuwana szuflada.
  • Ruch obrotowy: wszystkie punkty poruszają się po okręgach wokół wspólnej osi, np. łopatki wentylatora. Toczenie koła to złożenie obu ruchów.
  • Oznaczenia: φ – kąt obrotu [rad]; ω – prędkość kątowa [rad/s]; ε – przyspieszenie kątowe [rad/s²]; t – czas [s]; T – okres [s]; f – częstotliwość [Hz]; r – odległość punktu od osi [m]; v – prędkość liniowa [m/s]; as, ar – przyspieszenie styczne i dośrodkowe [m/s²].
  • Dane: koło rusza ze spoczynku (ω0 = 0), ε = 2 rad/s², t = 5 s, punkt w odległości r = 0,3 m od osi.
  • Wzory: ω = ε · t; φ = ε · t² przez 2; v = ω · r; as = ε · r; ar = ω² · r.
  • Obliczenia: ω = 10 rad/s; φ = 25 rad ≈ 4 obroty (25 : 2π); v = 3 m/s; as = 0,6 m/s²; ar = 100 · 0,3 m/s² = 30 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. Ile radianów ma jeden pełny obrót?

    1. A1 rad
    2. B360 rad
    3. Cπ rad
    4. D2π rad
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 2π rad – Kąt pełny to 360°, czyli 2π rad ≈ 6,28 rad.

  2. Jak prędkość liniowa punktu bryły zależy od prędkości kątowej?

    1. Av = ω / r
    2. Bv = ω · r²
    3. Cv = ω + r
    4. Dv = ω · r
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: v = ω · r – Prędkość liniowa rośnie z odległością od osi, a ω jest wspólna dla całej bryły.

  3. Koło obraca się z częstotliwością f = 5 Hz. Ile wynosi ω?

    1. A5 rad/s
    2. B5π rad/s
    3. C10π rad/s
    4. D2,5 rad/s
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 10π rad/s – ω = 2πf = 2π · 5 rad/s = 10π rad/s ≈ 31,4 rad/s.

  4. Prędkość kątowa koła rośnie jednostajnie z 4 rad/s do 10 rad/s w ciągu 3 s. Ile wynosi ε?

    1. A4,7 rad/s²
    2. B18 rad/s²
    3. C2 rad/s²
    4. D3,3 rad/s²
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 2 rad/s² – ε = Δω/Δt = (10 − 4)/3 rad/s² = 2 rad/s².

  5. Odpowiednikiem masy m w ruchu obrotowym jest

    1. Amoment bezwładności I
    2. Bmoment siły M
    3. Cprędkość kątowa ω
    4. Dmoment pędu L
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: moment bezwładności I – W równaniu M = I · ε moment bezwładności gra rolę masy z F = m · a.

  6. Odpowiednikiem pędu p = m · v w ruchu obrotowym jest

    1. Amoment siły M = I · ε
    2. Bprzyspieszenie kątowe ε
    3. Cenergia kinetyczna Iω²/2
    4. Dmoment pędu L = I · ω
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: moment pędu L = I · ω – Masę zastępuje I, a prędkość – ω.

  7. Koło rusza ze spoczynku z ε = 2 rad/s². Ile wynosi ω po 5 s?

    1. A50 rad/s
    2. B2,5 rad/s
    3. C10 rad/s
    4. D25 rad/s
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 10 rad/s – ω = ε · t = 2 · 5 rad/s = 10 rad/s.

  8. Punkt w odległości 0,3 m od osi przy ω = 10 rad/s ma przyspieszenie dośrodkowe

    1. A3 m/s²
    2. B300 m/s²
    3. C30 m/s²
    4. D9 m/s²
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 30 m/s² – ar = ω² · r = 100 · 0,3 m/s² = 30 m/s²; 3 m/s² to błędne ω · r.

Cały dział „Bryła sztywna”: 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 2