Ruch jednostajny prostoliniowy

W fizyce ruch to zmiana położenia ciała w czasie względem wybranego punktu odniesienia. Na przykład autobus porusza się względem przystanku, ale pasażer siedzący w autobusie może być w spoczynku względem fotela.

Ruch prostoliniowy to ruch po linii prostej. Ruch jednostajny oznacza, że w równych odstępach czasu ciało pokonuje równe drogi. Gdy połączymy te dwie cechy, otrzymujemy ruch jednostajny prostoliniowy.

W takim ruchu ciało porusza się po prostej i ma stałą prędkość. To znaczy, że nie przyspiesza i nie zwalnia.

Droga to długość toru, który przebyło ciało. Oznaczamy ją literą $s$. Czas oznaczamy literą $t$. Prędkość oznaczamy literą $v$ i obliczamy ze wzoru $v = \frac{s}{t}$.

Z tego wzoru wynikają też dwa inne bardzo ważne przekształcenia:

• $s = v \cdot t$
• $t = \frac{s}{v}$

Trzeba dobrze dobierać jednostki. Drogę mierzymy na przykład w metrach $m$ albo kilometrach $km$, czas w sekundach $s$ albo godzinach $h$, a prędkość najczęściej w $\frac{m}{s}$ lub $\frac{km}{h}$.

Jeżeli jednostki nie pasują do siebie, wynik wyjdzie błędny. Na przykład nie można bez zastanowienia dzielić kilometrów przez sekundy, jeśli w zadaniu oczekuje się wyniku w $\frac{m}{s}$.

Aby stwierdzić, czy ciało porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym, sprawdzamy dwie rzeczy. Po pierwsze, czy porusza się po torze prostym. Po drugie, czy w równych odstępach czasu pokonuje równe drogi.

Przykładem może być samochód jadący prostym odcinkiem drogi ze stałą prędkością albo taśma produkcyjna przesuwająca przedmioty równym tempem. Nie będzie to natomiast samochód, który rusza spod świateł i coraz szybciej jedzie, ani rower, który zwalnia przed zakrętem.

W zadaniach bardzo często trzeba zamieniać jednostki. W fizyce szkolnej najwygodniej jest liczyć drogę w metrach, czas w sekundach, a prędkość w $\frac{m}{s}$.

Najważniejsze zależności:

• $1\,km = 1000\,m$
• $1\,h = 3600\,s$
• $1\,\min = 60\,s$

Przy zamianie $\frac{km}{h}$ na $\frac{m}{s}$ trzeba pamiętać, że kilometr zamieniamy na metry, a godzinę na sekundy. To często zmienia wynik bardziej, niż uczniowie się spodziewają.

Wykres drogi od czasu pokazuje, jak zmienia się droga wraz z upływem czasu. W ruchu jednostajnym prostoliniowym wykres $s(t)$ jest rosnącą linią prostą. Oznacza to, że droga przyrasta równomiernie.

Im bardziej stroma taka prosta, tym większa prędkość. Gdy dwie osoby ruszą w tym samym czasie, osoba o większej prędkości będzie miała na wykresie bardziej nachyloną linię.

Wykres prędkości od czasu w takim ruchu ma postać linii poziomej, bo prędkość jest stała. Jeśli na wykresie prędkość rośnie lub maleje, to nie jest już ruch jednostajny prostoliniowy.

Najpierw trzeba wypisać dane i sprawdzić jednostki. Potem wybieramy odpowiedni wzór: $v = \frac{s}{t}$, $s = v \cdot t$ albo $t = \frac{s}{v}$.

Dobrze jest postępować krok po kroku:

• zapisz dane z jednostkami,
• w razie potrzeby zamień jednostki,
• podstaw do wzoru,
• oblicz wynik,
• podaj odpowiedź z jednostką.

Warto też zastanowić się, czy wynik ma sens. Jeśli pieszy miałby poruszać się z prędkością większą niż samochód, to najpewniej w obliczeniach pojawił się błąd.

Najczęstsze pomyłki to: mylenie drogi z czasem, użycie złego wzoru oraz brak zamiany godzin na sekundy lub kilometrów na metry.