Изабери решење задатка:

Задатак 1 (бесплатан)

Кратко решење

Куглица се пушта из мировања, па је њено кретање равномерно убрзано без почетне брзине, а за такво кретање важи \( s = \frac{1}{2}at^{2} \); одатле је \( a = \frac{2s}{t^{2}} \), а \( s \) и \( t \) су управо оно што у вежби меримо. Куглицу зато не смемо гурнути: гурањем јој дајемо почетну брзину, услов да је \( v_{0} \) једнако нули више не важи и формула би дала веће убрзање од стварног, уз то различито од мерења до мерења.

Детаљно решење

Какво је кретање куглице низ жљеб

Куглицу у вежби постављамо уз линију на дасци и пуштамо је да се сама креће, дакле она полази из мировања, па је почетна брзина једнака нули. Низ коси жљеб на куглицу стално делује део силе теже дуж жљеба, који је све време исти, па се брзина куглице равномерно повећава. Њено кретање је зато равномерно убрзано кретање без почетне брзине.

Извођење формуле

За равномерно убрзано кретање без почетне брзине пређени пут је \[ s = \frac{1}{2}at^{2}. \]Из ове једначине изразимо убрзање тако што обе стране помножимо са \( 2 \) и поделимо са \( t^{2} \):\[ a = \frac{2s}{t^{2}}. \]Пошто у вежби меримо баш пут \( s \) (метарском траком) и време \( t \) (штоперицом), ова формула нам омогућава да убрзање израчунамо из две величине које смо непосредно измерили. Као време узимамо средњу вредност три мерења \( t_{sr} \), па је \( a = \frac{2s}{t_{sr}^{2}} \).

Сме ли се куглица гурнути

Не сме. Куглицу треба само пажљиво пустити, без икаквог гурања.

Зашто не сме

Формула \( a = \frac{2s}{t^{2}} \) изведена је баш под условом да је почетна брзина једнака нули. Ако куглицу гурнемо, она креће са неком почетном брзином и за исто време пређе већи пут него када је само пуштена. Тада би нам формула дала вредност већу од стварног убрзања, па резултат мерења не би био тачан. Осим тога, ниједно гурање руком не би било исто као претходно, па би се три мерења за исти пут међусобно разликовала и њихова средња вредност не би имала смисла.

Кратак запис решења:

Зато што куглица полази из мировања, па из \( s = \frac{1}{2}at^{2} \) следи \( a = \frac{2s}{t^{2}} \) - и баш зато се не сме гурнути, јер би добила почетну брзину и резултат би био погрешан.

Најважније из лекције

Геометријско значење: Пређени пут на \(v-t\) графику одговара површини фигуре испод линије брзине.
Равномерно убрзано (\(v_0 = 0\)): \(s = \frac{a \cdot t^2}{2}\) (нпр. за \(a = 2\text{ m/s}^2, t = 3\text{ s} \implies s = 9\text{ m}\)).
Равномерно убрзано са \(v_0\): \(s = v_0 \cdot t + \frac{a \cdot t^2}{2}\).
Равномерно успорено: \(s = v_0 \cdot t - \frac{a \cdot t^2}{2}\).
Средња брзина: \(v_{sr} = \frac{v_0 + v}{2}\), па је \(s = v_{sr} \cdot t\).
Веза брзине и пута: \(v^2 = v_0^2 + 2a \cdot s\) (при убрзаном) односно \(v^2 = v_0^2 - 2a \cdot s\) (при успореном кретању).
Код било ког праволинијског кретања, пређени пут је бројно једнак површини фигуре ограничене линијом брзине на \(v-t\) графику, временском осом (\(t\)-осом) и одговарајућим тренуцима времена.
График зависности тренутне брзине од времена (v-t график) где је површина између линије графика и временске осе осенчена и означена као пређени пут s.
Код кретања сталном брзином фигура је правоугаоник странице \(v\) и \(t\), па је пут: \[ s = v \cdot t \]
Ако се тело креће сталном брзином \(v = 4\text{ m/s}\) током \(t = 5\text{ s}\), пређени пут одговара површини правоугаоника: \[ s = 4\text{ m/s} \cdot 5\text{ s} = 20\text{ m} \]
Када тело полази из мировања (\(v_0 = 0\)), његова брзина расте по закону \(v = a \cdot t\). На \(v-t\) графику површина испод праве линије има облик правоуглог троугла са основицом \(t\) и висином \(v = a \cdot t\).
\[ s = \frac{a \cdot t^2}{2} \] \(s\) – пређени пут (\(\text{m}\)), \(a\) – стално убрзање (\(\text{m/s}^2\)), \(t\) – време кретања (\(\text{s}\))
Ако су познати пређени пут \(s\) и време \(t\), убрзање тела се рачуна као: \[ a = \frac{2s}{t^2} \]
Тело креће из мировања и убрзава сталним убрзањем \(a = 2\text{ m/s}^2\) током \(t = 5\text{ s}\). Пређени пут је: \[ s = \frac{2\text{ m/s}^2 \cdot (5\text{ s})^2}{2} = \frac{2 \cdot 25}{2}\text{ m} = 25\text{ m} \]
Тело креће из мировања и за време од \(4\text{ s}\) пређе пут од \(8\text{ m}\). Израчунај убрзање тела.
Пошто је \(v_0 = 0\), користимо израз: \[ a = \frac{2s}{t^2} = \frac{2 \cdot 8\text{ m}}{(4\text{ s})^2} = \frac{16\text{ m}}{16\text{ s}^2} = 1\text{ m/s}^2 \]
Ако тело у тренутку почетка убрзавања већ поседује почетну брзину \(v_0\), укупан пређени пут једнак је збиру пута који би тело прешло крећући се брзином \(v_0\) и додатног пута услед убрзавања.
\[ s = v_0 \cdot t + \frac{a \cdot t^2}{2} \] \(v_0\) – почетна брзина (\(\text{m/s}\)), \(a\) – убрзање (\(\text{m/s}^2\)), \(t\) – време (\(\text{s}\))
На \(v-t\) графику укупна површина се састоји од правоугаоника површине \(v_0 \cdot t\) и правоуглог троугла изнад њега површине \(\frac{a \cdot t^2}{2}\).
Аутомобил се креће брзином од \(20\text{ m/s}\), а затим убрзава са \(a = 2\text{ m/s}^2\) током \(t = 8\text{ s}\): \[ s = 20\text{ m/s} \cdot 8\text{ s} + \frac{2\text{ m/s}^2 \cdot (8\text{ s})^2}{2} = 160\text{ m} + 64\text{ m} = 224\text{ m} \]
Код равномерно успореног кретања брзина тела се равномерно смањује са временом (\(v = v_0 - a \cdot t\)). Пређени пут се добија када се од правоугаоника почетне брзине одузме површина троугла успорења.
\[ s = v_0 \cdot t - \frac{a \cdot t^2}{2} \] \(v_0\) – почетна брзина (\(\text{m/s}\)), \(a\) – успорење (\(\text{m/s}^2\)), \(t\) – време успоравања (\(\text{s}\))
Тело са почетном брзином \(v_0 = 8\text{ m/s}\) успорава са \(a = 1\text{ m/s}^2\) током \(t = 5\text{ s}\): \[ s = 8\text{ m/s} \cdot 5\text{ s} - \frac{1\text{ m/s}^2 \cdot (5\text{ s})^2}{2} = 40\text{ m} - 12{,}5\text{ m} = 27{,}5\text{ m} \]
Код равномерно променљивог кретања (са сталним убрзањем), средња брзина једнака је аритметичкој средини почетне и крајње брзине: \[ v_{sr} = \frac{v_0 + v}{2} \] Пређени пут се може изразити и као: \( s = v_{sr} \cdot t = \frac{v_0 + v}{2} \cdot t \)
\[ v^2 = v_0^2 + 2a \cdot s \] Ова релација повезује почетну брзину \(v_0\), крајњу брзину \(v\), убрзање \(a\) и пут \(s\) без директног коришћења времена \(t\).
Ако тело полази из мировања (\(v_0 = 0\)), формуле добијају једноставнији облик: \[ v_{sr} = \frac{v}{2}, \quad v^2 = 2a \cdot s \]

Задаци за вежбање

Задатак 1 (лак): Бициклиста креће из мировања и креће се равномерно убрзано са убрзањем \(a = 1{,}5\text{ m/s}^2\). Колики пут ће прећи за првих \(6\text{ s}\)?
Пошто креће из мировања, \(v_0 = 0\): \[ s = \frac{a \cdot t^2}{2} \] \[ s = \frac{1{,}5\text{ m/s}^2 \cdot (6\text{ s})^2}{2} = \frac{1{,}5 \cdot 36}{2}\text{ m} = 1{,}5 \cdot 18\text{ m} = 27\text{ m} \] Одговор: Бициклиста ће прећи \(27\text{ m}\).
Задатак 2 (средњи): Аутомобил се креће брзином од \(10\text{ m/s}\), а затим почиње равномерно да убрзава сталним убрзањем од \(3\text{ m/s}^2\) у трајању од \(4\text{ s}\). Колики пут пређе током тог времена и колика му је средња брзина на том делу пута?
1. Рачунамо пређени пут: \[ s = v_0 \cdot t + \frac{a \cdot t^2}{2} = 10\text{ m/s} \cdot 4\text{ s} + \frac{3\text{ m/s}^2 \cdot (4\text{ s})^2}{2} = 40\text{ m} + \frac{3 \cdot 16}{2}\text{ m} = 40\text{ m} + 24\text{ m} = 64\text{ m} \] 2. Рачунамо средњу брзину: \[ v_{sr} = \frac{s}{t} = \frac{64\text{ m}}{4\text{ s}} = 16\text{ m/s} \] (Или преко крајње брзине: \(v = v_0 + a \cdot t = 10 + 3 \cdot 4 = 22\text{ m/s}\), па је \(v_{sr} = \frac{10 + 22}{2} = 16\text{ m/s}\).)
Одговор: Аутомобил пређе \(64\text{ m}\), а средња брзина је \(16\text{ m/s}\).
Задатак 3 (средњи): Возило које се креће брзином од \(20\text{ m/s}\) почиње равномерно да кочи успорењем \(2\text{ m/s}^2\). Колики пут возило пређе током првих \(5\text{ s}\) од почетка кочења?
Код равномерно успореног кретања користимо формулу: \[ s = v_0 \cdot t - \frac{a \cdot t^2}{2} \] \[ s = 20\text{ m/s} \cdot 5\text{ s} - \frac{2\text{ m/s}^2 \cdot (5\text{ s})^2}{2} = 100\text{ m} - \frac{2 \cdot 25}{2}\text{ m} = 100\text{ m} - 25\text{ m} = 75\text{ m} \] Одговор: Возило пређе \(75\text{ m}\).
Задатак 4 (тежак): Авион при слетању додирује писту брзином \(v_0 = 60\text{ m/s}\) и креће се успорено до потпуног заустављања (\(v = 0\)) на путу дужине \(s = 600\text{ m}\). Колико је успорење авиона и колико је трајало кочење?
1. Користимо везу између брзине, успорења и пута: \[ v^2 = v_0^2 - 2a \cdot s \] Пошто је крајња брзина \(v = 0\): \[ 0 = v_0^2 - 2a \cdot s \implies 2a \cdot s = v_0^2 \implies a = \frac{v_0^2}{2s} \] \[ a = \frac{(60\text{ m/s})^2}{2 \cdot 600\text{ m}} = \frac{3600}{1200}\text{ m/s}^2 = 3\text{ m/s}^2 \] 2. Време заустављања налазимо из израза за брзину успореног кретања (\(v = v_0 - a \cdot t\)): \[ 0 = v_0 - a \cdot t \implies t = \frac{v_0}{a} = \frac{60\text{ m/s}}{3\text{ m/s}^2} = 20\text{ s} \] Одговор: Успорење износи \(3\text{ m/s}^2\), а кочење је трајало \(20\text{ s}\).

Савладај
домаћи
уз хиљаде решења, лекција и тестова: