Sari la conținut
Lecția 1 · Fizică

Cinematica punctului material

Înveți să descrii mișcarea rectilinie uniformă și uniform variată cu ajutorul vitezei, accelerației și ecuațiilor mișcării, inclusiv căderea liberă.

Începător25 minClasa a IX-a
Pe această pagină
  1. Noțiuni de bază
  2. Mișcarea rectilinie uniformă (MRU)
  3. Mișcarea rectilinie uniform variată (MRUV)
  4. Exemple rezolvate
  5. Greșeli frecvente
  6. Pe scurt
  7. Testul de la final

Fie că e vorba de un tren care pleacă din gară, de o minge aruncată în sus sau de o mașină care frânează la semafor, întrebările sunt aceleași: unde se află corpul, cât de repede se mișcă și cât de repede își schimbă viteza? Cinematica descrie mișcarea fără să se întrebe de ce are loc. Acesta este primul capitol de mecanică din clasa a IX-a și baza pentru tot ce urmează.

Noțiuni de bază

  • Punctul material este un corp ale cărui dimensiuni pot fi neglijate în problema studiată.
  • Sistemul de referință este format dintr-un corp de referință, un sistem de axe și un ceas. Mișcarea este relativă: un pasager stă pe loc față de tren, dar se mișcă față de peron.
  • Traiectoria este linia descrisă de corp în timpul mișcării.
  • Distanța parcursă este lungimea drumului; deplasarea este diferența dintre poziția finală și cea inițială, Δx=x−x0\Delta x = x - x_0. Dacă pleci de acasă și te întorci, distanța nu este zero, dar deplasarea este.

Viteza medie:

vm=ΔxΔt,[v]SI=m/s.v_m = \frac{\Delta x}{\Delta t}, \qquad [v]_{SI} = \text{m/s}.

Accelerația medie:

am=ΔvΔt,[a]SI=m/s2.a_m = \frac{\Delta v}{\Delta t}, \qquad [a]_{SI} = \text{m/s}^2.

Conversie utilă: 1 m/s=3,6 km/h1\ \text{m/s} = 3{,}6\ \text{km/h}, deci din km/h în m/s împarți la 3,63{,}6.

Mișcarea rectilinie uniformă (MRU)

Viteza este constantă, iar accelerația este zero. Legea mișcării:

x=x0+v (t−t0)x = x_0 + v\,(t - t_0)

De obicei se alege t0=0t_0 = 0, iar atunci x=x0+vtx = x_0 + v t.

Mișcarea rectilinie uniform variată (MRUV)

Accelerația este constantă. Pentru t0=0t_0 = 0:

v=v0+atv = v_0 + a t x=x0+v0t+at22x = x_0 + v_0 t + \frac{a t^2}{2}

Eliminând timpul, obții formula lui Galilei:

v2=v02+2a Δxv^2 = v_0^2 + 2a\,\Delta x

Mișcarea este accelerată când viteza și accelerația au același sens și încetinită când au sensuri opuse (în calcule, aa are semn opus vitezei).

Căderea liberă este o MRUV cu a=g≈9,8 m/s2a = g \approx 9{,}8\ \text{m/s}^2, în absența frecării cu aerul. În probleme se folosește adesea g=10 m/s2g = 10\ \text{m/s}^2. Pentru un corp lăsat liber de la înălțimea hh:

h=gt22,v=gt,v2=2gh.h = \frac{g t^2}{2}, \qquad v = g t, \qquad v^2 = 2 g h.

Exemple rezolvate

Exemplul 1: mișcare uniformă

O mașină merge cu viteza constantă de 72 km/h72\ \text{km/h}. Ce distanță parcurge în 15 s15\ \text{s}?

Transformăm viteza: v=723,6=20 m/sv = \frac{72}{3{,}6} = 20\ \text{m/s}. Atunci

d=vt=20 m/s⋅15 s=300 m.d = v t = 20\ \text{m/s} \cdot 15\ \text{s} = 300\ \text{m}.

Exemplul 2: frânare

O mașină cu viteza v0=20 m/sv_0 = 20\ \text{m/s} frânează uniform și se oprește după 40 m40\ \text{m}. Află accelerația și durata frânării.

La oprire v=0v = 0. Din formula lui Galilei:

0=v02+2a d⇒a=−v022d=−40080=−5 m/s2.0 = v_0^2 + 2a\,d \quad \Rightarrow \quad a = -\frac{v_0^2}{2d} = -\frac{400}{80} = -5\ \text{m/s}^2.

Semnul minus arată că accelerația are sens opus vitezei. Durata frânării, din v=v0+atv = v_0 + a t:

0=20−5t⇒t=4 s.0 = 20 - 5t \quad \Rightarrow \quad t = 4\ \text{s}.

Verificare: d=v0t+at22=80−40=40 md = v_0 t + \frac{a t^2}{2} = 80 - 40 = 40\ \text{m}.

Exemplul 3: cădere liberă

O piatră este lăsată liber de pe o clădire înaltă de 20 m20\ \text{m}. Neglijând frecarea cu aerul și luând g=10 m/s2g = 10\ \text{m/s}^2, află timpul de cădere și viteza la sol.

t=2hg=4010=2 s,v=gt=10⋅2=20 m/s.t = \sqrt{\frac{2h}{g}} = \sqrt{\frac{40}{10}} = 2\ \text{s}, \qquad v = g t = 10 \cdot 2 = 20\ \text{m/s}.

Verificare: v2=2gh=400v^2 = 2gh = 400, deci v=20 m/sv = 20\ \text{m/s}.

Greșeli frecvente

  • Unități amestecate. Viteza în km/h și timpul în secunde nu se înmulțesc direct. Treci totul în SI înainte de calcul.
  • Viteza medie ca medie aritmetică. Dacă parcurgi jumătate din drum cu 30 km/h30\ \text{km/h} și jumătate cu 60 km/h60\ \text{km/h}, viteza medie este 40 km/h40\ \text{km/h}, nu 4545. Viteza medie este întotdeauna distanța totală împărțită la timpul total.
  • Semnul accelerației la frânare. La mișcarea încetinită aa are semn opus vitezei. Dacă pui aa pozitiv, mașina „accelerează” în calcule.
  • Uitarea factorului 12\frac{1}{2}. În x=v0t+at22x = v_0 t + \frac{a t^2}{2}, termenul cu accelerația este împărțit la 22.
  • Distanță vs. deplasare. La o mișcare dus-întors, deplasarea poate fi zero chiar dacă ai parcurs mulți metri.

Pe scurt

  • Viteza măsoară cât de repede se schimbă poziția; accelerația, cât de repede se schimbă viteza.
  • MRU: x=x0+vtx = x_0 + vt. MRUV: v=v0+atv = v_0 + at, x=x0+v0t+at22x = x_0 + v_0 t + \frac{at^2}{2}, v2=v02+2aΔxv^2 = v_0^2 + 2a\Delta x.
  • Căderea liberă este o MRUV cu accelerația gg.
  • Lucrează în unități SI și alege de la început sensul pozitiv al axei.

Verifică ce ai învățat

5 întrebări. Lecția se consideră terminată când obții cel puțin 60%.

Salvează-ți progresul. Poți rezolva testul și fără cont, dar progresul și XP-ul se salvează doar dacă ești autentificat.

Autentifică-te

Întrebarea 1 din 5

Cât înseamnă 90 km/h90\ \text{km/h} în m/s\text{m/s}?

Cinematica punctului material · Teachify