3.1 Ruch krzywoliniowy
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1
- Wektory składowe tworzą kąt prosty, co oznacza, że wektor wypadkowy jest przeciwprostokątną trójkąta prostokątnego o przyprostokątnych będących długościami składowych.
- Zadanie można rozwiązać na dwa sposoby: wyznaczając najpierw długości poszczególnych wektorów z układu równań lub stosując wzory skróconego mnożenia bezpośrednio do sumy i różnicy.
Dane:
\(|\vec{u}| + |\vec{v}| = 14\text{ cm}\)
\(|\vec{u}| - |\vec{v}| = 2\text{ cm}\)
\(\angle(\vec{u}, \vec{v}) = 90^\circ\)
Szukane:
\(|\vec{w}| = ?\) (dla \(\vec{w} = \vec{u} + \vec{v}\))
-
Rysunek pomocniczy i analiza relacji geometrycznej między wektorami wyjściowymi:
Wektory \(\vec{u}\) oraz \(\vec{v}\) są do siebie prostopadłe. Zaczepiamy je we wspólnym punkcie początkowym. Na tym etapie znamy jedynie relacje algebraiczne między ich długościami oraz kąt prosty między nimi. -
Sposób I – Wyznaczenie długości wektorów składowych z układu równań i twierdzenie Pitagorasa:
Zapisujemy układ równań dany w treści zadania: $$\begin{cases} |\vec{u}| + |\vec{v}| = 14 \\[6pt] |\vec{u}| - |\vec{v}| = 2 \end{cases}$$ Dodajemy oba równania stronami, co pozwala wyeliminować wielkość \(|\vec{v}|\): $$\begin{aligned} 2|\vec{u}| &= 16 \\[8pt] |\vec{u}| &= 8\text{ cm} \end{aligned}$$ Podstawiamy obliczoną długość \(|\vec{u}|\) do pierwszego równania: $$\begin{aligned} 8 + |\vec{v}| &= 14 \\[8pt] |\vec{v}| &= 6\text{ cm} \end{aligned}$$ Ponieważ wektory są ułożone pod kątem prostym (\(\vec{u} \perp \vec{v}\)), długość ich sumy geometrycznej obliczamy z twierdzenia Pitagorasa: $$\begin{aligned} |\vec{w}|^2 &= |\vec{u}|^2 + |\vec{v}|^2 \\[8pt] |\vec{w}|^2 &= 8^2 + 6^2 \\[8pt] |\vec{w}|^2 &= 64 + 36 = 100 \\[8pt] |\vec{w}| &= \sqrt{100} = 10\text{ cm} \end{aligned}$$ -
Sposób II – Wykorzystanie tożsamości algebraicznej bez obliczania pojedynczych długości:
Dla wektorów prostopadłych zachodzi zależność: $$|\vec{w}|^2 = |\vec{u}|^2 + |\vec{v}|^2$$ Rozpisujemy sumę kwadratów sumy oraz różnicy długości wektorów przy użyciu wzorów skróconego mnożenia: $$\begin{aligned} (|\vec{u}| + |\vec{v}|)^2 + (|\vec{u}| - |\vec{v}|)^2 &= \left(|\vec{u}|^2 + 2|\vec{u}||\vec{v}| + |\vec{v}|^2\right) + \left(|\vec{u}|^2 - 2|\vec{u}||\vec{v}| + |\vec{v}|^2\right) \\[8pt] &= 2\left(|\vec{u}|^2 + |\vec{v}|^2\right) \\[8pt] &= 2|\vec{w}|^2 \end{aligned}$$ Przekształcamy powyższy związek, wyznaczając bezpośrednio kwadrat długości wektora wypadkowego: $$\begin{aligned} |\vec{w}|^2 &= \dfrac{(|\vec{u}| + |\vec{v}|)^2 + (|\vec{u}| - |\vec{v}|)^2}{2} \\[8pt] |\vec{w}|^2 &= \dfrac{14^2 + 2^2}{2} = \dfrac{196 + 4}{2} = \dfrac{200}{2} = 100 \\[8pt] |\vec{w}| &= \sqrt{100} = 10\text{ cm} \end{aligned}$$ -
Rysunek wynikowy z wyznaczonym wektorem wypadkowym:
Po dopełnieniu wektorów \(\vec{u}\) oraz \(\vec{v}\) do prostokąta, wektor wypadkowy \(\vec{w}\) stanowi jego przekątną o długości \(10\text{ cm}\).
Długość wektora wypadkowego wynosi \(|\vec{w}| = 10\text{ cm}\).
Zadanie 2
Wektor różnicy: \(\vec{u} - \vec{v} = [4, 0]\), jego długość: \(|\vec{u} - \vec{v}| = 4\)
- Współrzędne sumy i różnicy wektorów obliczamy poprzez dodawanie lub odejmowanie odpowiadających sobie współrzędnych \(x\) oraz \(y\).
- Długość wektora \(\vec{w} = [x_w, y_w]\) wyznaczamy z twierdzenia Pitagorasa: \(|\vec{w}| = \sqrt{x_w^2 + y_w^2}\).
- Dodawanie wektorów (metoda trójkąta): Aby dodać wektor \(\vec{v}\) do \(\vec{u}\), do końca wektora \(\vec{u}\) doklejamy początek wektora \(\vec{v}\). Wektor sumy łączy początek \(\vec{u}\) z końcem \(\vec{v}\).
- Odejmowanie wektorów: Wykorzystujemy zależność \(\vec{u} - \vec{v} = \vec{u} + (-\vec{v})\). Do końca wektora \(\vec{u}\) doklejamy wektor przeciwny \(-\vec{v}\) (o tym samym zwrocie i kierunku, lecz przeciwnej orientacji).
-
Rysunek pomocniczy i analiza stanu wyjściowego:
W układzie współrzędnych nanosimy punkt początkowy \(A = (-2, -1)\) oraz wyjściowe wektory \(\vec{u} = [2, 3]\) i \(\vec{v} = [-2, 3]\) zaczepione w punkcie \(A\). -
Sposób I – Wyznaczenie współrzędnych i długości wektorów metodą algebraiczną:
Wektor sumy \(\vec{s} = \vec{u} + \vec{v}\) otrzymujemy przez dodanie odpowiednich współrzędnych wektorów \(\vec{u} = [2, 3]\) i \(\vec{v} = [-2, 3]\): $$\begin{aligned} \vec{s} &= [u_x + v_x,\, u_y + v_y] \\[8pt] &= [2 + (-2),\, 3 + 3] \\[8pt] &= [0,\, 6] \end{aligned}$$ Obliczamy długość wektora sumy: $$|\vec{s}| = \sqrt{0^2 + 6^2} = \sqrt{36} = 6$$ Wektor różnicy \(\vec{w} = \vec{u} - \vec{v}\) otrzymujemy przez odjęcie odpowiadających sobie współrzędnych: $$\begin{aligned} \vec{w} &= [u_x - v_x,\, u_y - v_y] \\[8pt] &= [2 - (-2),\, 3 - 3] \\[8pt] &= [2 + 2,\, 0] \\[8pt] &= [4,\, 0] \end{aligned}$$ Obliczamy długość wektora różnicy: $$|\vec{w}| = \sqrt{4^2 + 0^2} = \sqrt{16} = 4$$ Wyznaczamy współrzędne końców obu wektorów zaczepionych w punkcie \(A = (-2, -1)\):
Dla sumy \(\vec{s} = [0, 6]\): $$B_s = (-2 + 0,\, -1 + 6) = (-2,\, 5)$$ Dla różnicy \(\vec{w} = [4, 0]\): $$B_w = (-2 + 4,\, -1 + 0) = (2,\, -1)$$ -
Dodawanie wektorów (doklejenie drugiego wektora do końca pierwszego):
Aby geometrycznie wyznaczyć sumę \(\vec{u} + \vec{v}\), do końca wektora \(\vec{u}\) (punkt \((0, 2)\)) doklejamy wektor \(\vec{v} = [-2, 3]\). Końcem tak powstałego ciągu jest punkt \((-2, 5)\). Wektor łączący punkt startowy \(A\) z tym końcem to wektor sumy \(\vec{u} + \vec{v} = [0, 6]\). -
Odejmowanie wektorów (doklejenie wektora przeciwnego \(- \vec{v}\)):
Różnicę przedstawiamy jako dodawanie wektora przeciwnego: \(\vec{u} - \vec{v} = \vec{u} + (-\vec{v})\). Skoro \(\vec{v} = [-2, 3]\), to wektor do niego przeciwny wynosi \(-\vec{v} = [2, -3]\).
Do końca wektora \(\vec{u}\) (punkt \((0, 2)\)) doklejamy wektor \(-\vec{v}\), który przesuwa nas do punktu \((2, -1)\). Wektor łączący punkt startowy \(A\) z punktem końcowym to wektor różnicy \(\vec{u} - \vec{v} = [4, 0]\). -
Zestawienie wynikowe obu wektorów we wspólnym początku \(A\):
Po wyznaczeniu wektorów przenosimy je do wspólnego punktu zaczepienia \(A = (-2, -1)\), zgodnie z treścią zadania.
Wektor sumy: \(\vec{u} + \vec{v} = [0, 6]\), jego długość: \(|\vec{u} + \vec{v}| = 6\)
Wektor różnicy: \(\vec{u} - \vec{v} = [4, 0]\), jego długość: \(|\vec{u} - \vec{v}| = 4\)
Zadanie 3
a) Podaj oznaczenia stref magazynowych (literę kolumny i numer rzędu), w których znajdują się wózek niebieski oraz wózek pomarańczowy.
b) Przyjmując dolny lewy narożnik siatki stref za początek układu współrzędnych \((0,0)\), wyznacz składowe początkowych wektorów położenia obu pojazdów: \([r_{Nx}, r_{Ny}]\) dla wózka niebieskiego oraz \([r_{Px}, r_{Py}]\) dla wózka pomarańczowego. Oblicz wartości (długości) obu wektorów.
c) Wózek niebieski zrealizował transport palety i przemieścił się do strefy G7. Ustal współrzędne jego położenia końcowego oraz oblicz wartość wektora przemieszczenia tego wózka.
b) Wektor wózka niebieskiego: \([r_{Nx}, r_{Ny}] = [3\text{ m},\; 4\text{ m}]\), jego długość: \(r_N = 5\text{ m}\).
Wektor wózka pomarańczowego: \([r_{Px}, r_{Py}] = [8\text{ m},\; 6\text{ m}]\), jego długość: \(r_P = 10\text{ m}\).
c) Współrzędne położenia końcowego wózka niebieskiego: \([x_{N2}, y_{N2}] = [7\text{ m},\; 7\text{ m}]\). Wartość wektora przemieszczenia: \(|\Delta \vec{r}_N| = 5\text{ m}\).
- Każda litera kolumny odpowiada kolejnej liczbie na poziomej osi \(x\) (A = 1, B = 2, C = 3, itd.), a numer rzędu wyznacza wartość na pionowej osi \(y\).
- Współrzędne wektora położenia \(\vec{r}\) obiektu to po prostu współrzędne punktu, w którym się znajduje, mierzone od początku układu \((0,0)\).
- Wartość (długość) wektora wyznaczamy bezpośrednio z twierdzenia Pitagorasa: \(r = \sqrt{r_x^2 + r_y^2}\).
- Wektor przemieszczenia \(\Delta \vec{r}\) łączy punkt początkowy z końcowym: \(\Delta \vec{r} = [x_2 - x_1,\; y_2 - y_1]\), a jego wartość to długość odcinka między tymi punktami.
Dane:
Położenie początkowe wózka niebieskiego (N): \(x_{N1} = 3\text{ m}\), \(y_{N1} = 4\text{ m}\)
Położenie początkowe wózka pomarańczowego (P): \(x_{P1} = 8\text{ m}\), \(y_{P1} = 6\text{ m}\)
Położenie końcowe wózka niebieskiego (N): \(x_{N2} = 7\text{ m}\), \(y_{N2} = 7\text{ m}\) (strefa G7)
Szukane:
Oznaczenia stref wyjściowych: \(\text{strefa}_N = ?\), \(\text{strefa}_P = ?\)
Wektory położenia początkowego i ich wartości: \(\vec{r}_{N1} = [r_{Nx}, r_{Ny}] = ?\), \(r_{N1} = ?\), \(\vec{r}_{P1} = [r_{Px}, r_{Py}] = ?\), \(r_{P1} = ?\)
Położenie końcowe oraz wartość przemieszczenia: \([x_{N2}, y_{N2}] = ?\), \(|\Delta \vec{r}_N| = ?\)
-
Rysunek pomocniczy i analiza położeń wyjściowych w kartezjańskim układzie współrzędnych:
Na planie hali początek układu współrzędnych \((0,0)\) znajduje się w dolnym lewym rogu. Każda strefa ma wymiar \(1\text{ m} \times 1\text{ m}\). Litery kolumn A–H odpowiadają współrzędnym poziomym: $$A = 1\text{ m},\; B = 2\text{ m},\; C = 3\text{ m},\; D = 4\text{ m},\; E = 5\text{ m},\; F = 6\text{ m},\; G = 7\text{ m},\; H = 8\text{ m}$$ Rzędy 1–8 odpowiadają bezpośrednio współrzędnym pionowym \(y = 1, 2, \dots, 8\text{ m}\). Wektory położenia początkowego poprowadzone są z punktu \((0,0)\) do środków odpowiednich stref. -
Wyznaczenie sektorów oraz współrzędnych i wartości wektorów położenia (podpunkty a i b):
Odczytujemy położenia wyjściowe wózków:
• Wózek niebieski (N) znajduje się w kolumnie C i rzędzie 4, co oznacza strefę C4.
• Wózek pomarańczowy (P) znajduje się w kolumnie H i rzędzie 6, co oznacza strefę H6.
Współrzędne wektorów położenia początkowego wynoszą zatem: $$\vec{r}_{N1} = [r_{Nx},\; r_{Ny}] = [3\text{ m},\; 4\text{ m}]$$ $$\vec{r}_{P1} = [r_{Px},\; r_{Py}] = [8\text{ m},\; 6\text{ m}]$$ Wartości (długości) obu wektorów obliczamy ze wzoru na długość wektora w przestrzeni dwuwymiarowej: $$r = \sqrt{r_x^2 + r_y^2}$$ Dla wózka niebieskiego: $$\begin{aligned} r_{N1} &= \sqrt{3^2 + 4^2} \\[8pt] &= \sqrt{9 + 16} \\[8pt] &= \sqrt{25} = 5\text{ m} \end{aligned}$$ Dla wózka pomarańczowego: $$\begin{aligned} r_{P1} &= \sqrt{8^2 + 6^2} \\[8pt] &= \sqrt{64 + 36} \\[8pt] &= \sqrt{100} = 10\text{ m} \end{aligned}$$ -
Wyznaczenie wektora przemieszczenia wózka niebieskiego i jego interpretacja graficzna (podpunkt c):
Wózek niebieski dotarł do strefy G7. Litera G oznacza 7. kolumnę (\(x_{N2} = 7\text{ m}\)), a cyfra 7 oznacza 7. rząd (\(y_{N2} = 7\text{ m}\)).
Współrzędne końcowe wózka niebieskiego to: $$[x_{N2},\; y_{N2}] = [7\text{ m},\; 7\text{ m}]$$ Wektor przemieszczenia \(\Delta \vec{r}_N\) określa zmianę położenia od punktu początkowego \((x_{N1}, y_{N1})\) do punktu końcowego \((x_{N2}, y_{N2})\): $$\begin{aligned} \Delta \vec{r}_N &= [x_{N2} - x_{N1},\; y_{N2} - y_{N1}] \\[8pt] &= [7 - 3,\; 7 - 4] \\[8pt] &= [4\text{ m},\; 3\text{ m}] \end{aligned}$$ Wartość wektora przemieszczenia możemy wyznaczyć dwoma równoważnymi sposobami:
Sposób I – Z definicji długości wektora o danych składowych: $$\begin{aligned} |\Delta \vec{r}_N| &= \sqrt{(\Delta x)^2 + (\Delta y)^2} \\[8pt] &= \sqrt{4^2 + 3^2} \\[8pt] &= \sqrt{16 + 9} \\[8pt] &= \sqrt{25} = 5\text{ m} \end{aligned}$$ Sposób II – Z twierdzenia Pitagorasa w geometrycznym trójkącie przesunięcia:
Składowe przemieszczenia tworzą przyprostokątne trójkąta prostokątnego o długościach \(\Delta x = 4\text{ m}\) oraz \(\Delta y = 3\text{ m}\). Długość przeciwprostokątnej (przemieszczenie wypadkowe \(d\)) wynosi: $$d^2 = 4^2 + 3^2 = 25 \implies d = \sqrt{25} = 5\text{ m}$$
a) Wózek niebieski: strefa C4. Wózek pomarańczowy: strefa H6.
b) \(\vec{r}_{N1} = [3\text{ m},\; 4\text{ m}]\), \(r_{N1} = 5\text{ m}\)
\(\vec{r}_{P1} = [8\text{ m},\; 6\text{ m}]\), \(r_{P1} = 10\text{ m}\)
c) Współrzędne końcowe: \([x_{N2}, y_{N2}] = [7\text{ m},\; 7\text{ m}]\), przemieszczenie: \(|\Delta \vec{r}_N| = 5\text{ m}\).
Zadanie 4
Wartość wektora prędkości średniej: \(|\vec{v}_{\text{śr}}| = 0\text{ }\dfrac{\text{km}}{\text{h}}\)
- Zwróć uwagę na fundamentalną różnicę definicyjną: średnia wartość prędkości (szybkość średnia) jest skalarem zależnym od całkowitej długości pokonanej drogi i pełnego czasu, natomiast wektor prędkości średniej zależy wyłącznie od wektora przemieszczenia wypadkowego między położeniem początkowym a końcowym.
- Do całkowitego czasu ruchu należy bezwzględnie wliczyć czas trwania postoju (rozładunku przesyłek).
- Ponieważ dwa pierwsze odcinki są do siebie prostopadłe, odległość w linii prostej na trasie powrotnej wyznacz z twierdzenia Pitagorasa.
Dane:
\(s_1 = 6\text{ km}\)
\(t_1 = 20\text{ min} = \dfrac{20}{60}\text{ h} = \dfrac{1}{3}\text{ h}\)
\(s_2 = 8\text{ km}\)
\(t_2 = 40\text{ min} = \dfrac{40}{60}\text{ h} = \dfrac{2}{3}\text{ h}\)
\(t_{\text{postój}} = 1{,}5\text{ h} = \dfrac{3}{2}\text{ h}\)
\(t_3 = 30\text{ min} = \dfrac{30}{60}\text{ h} = \dfrac{1}{2}\text{ h}\)
\(\alpha = 90^\circ\) (kąt między alejami 1 i 2)
Szukane:
\(s_3 = ?\)
\(s_c = ?\)
\(t_c = ?\)
\(v_{\text{śr}} = ?\)
\(|\vec{v}_{\text{śr}}| = ?\)
-
Rysunek pomocniczy i analiza etapów przemieszczenia:
Ruch kuriera rozpoczyna się w punkcie początkowym (Baza), prowadzi pionowo wzdłuż odcinka 1 o długości \(s_1\), a następnie pod kątem prostym poziomo wzdłuż odcinka 2 o długości \(s_2\) do punktu doręczeń. Powrót odbywa się po przeciwprostokątnej trójkąta prostokątnego (odcinek 3 o nieznanej początkowo długości \(s_3\)). -
Obliczenie długości drogi powrotnej \(s_3\), całkowitej drogi \(s_c\) i czasu \(t_c\):
Ponieważ trasa z bazy do punktu doręczeń tworzy trójkąt prostokątny o przyprostokątnych \(s_1\) i \(s_2\), długość bezpośredniej drogi powrotnej wyznaczamy z twierdzenia Pitagorasa: $$ \begin{aligned} s_3 &= \sqrt{s_1^2 + s_2^2} \\[8pt] &= \sqrt{6^2 + 8^2} \\[8pt] &= \sqrt{36 + 64} = \sqrt{100} = 10\text{ km} \end{aligned} $$ Całkowita droga pokonana przez kuriera jest sumą długości wszystkich przebytych odcinków: $$ \begin{aligned} s_c &= s_1 + s_2 + s_3 \\[8pt] &= 6\text{ km} + 8\text{ km} + 10\text{ km} = 24\text{ km} \end{aligned} $$ Całkowity czas uwzględnia czasy przejazdu poszczególnych etapów oraz czas postoju na rozładunek: $$ \begin{aligned} t_c &= t_1 + t_2 + t_{\text{postój}} + t_3 \\[8pt] &= \dfrac{1}{3}\text{ h} + \dfrac{2}{3}\text{ h} + 1{,}5\text{ h} + 0{,}5\text{ h} \\[8pt] &= 1\text{ h} + 2\text{ h} = 3\text{ h} \end{aligned} $$ -
Wyznaczenie średniej wartości prędkości oraz wektora prędkości średniej:
Średnia wartość prędkości (szybkość średnia) jest skalarem wyrażającym stosunek całkowitej przebytej drogi do całkowitego czasu ruchu: $$ v_{\text{śr}} = \dfrac{s_c}{t_c} = \dfrac{24\text{ km}}{3\text{ h}} = 8\text{ }\dfrac{\text{km}}{\text{h}} $$ Wektor prędkości średniej jest ilorazem wektora całkowitego przemieszczenia \(\Delta \vec{r}\) i czasu: $$ \vec{v}_{\text{śr}} = \dfrac{\Delta \vec{r}}{t_c} $$ Wypadkowe przemieszczenie \(\Delta \vec{r}\) to wektor łączący punkt startowy z punktem końcowym. Ponieważ kurier powrócił do punktu wyjścia (bazy), jego położenie początkowe i końcowe są identyczne, co oznacza, że wektor przemieszczenia jest wektorem zerowym: $$ \Delta \vec{r} = \vec{r}_1 + \vec{r}_2 + \vec{r}_3 = \vec{0} $$ Wobec tego wartość wektora prędkości średniej wynosi: $$ |\vec{v}_{\text{śr}}| = \dfrac{|\Delta \vec{r}|}{t_c} = \dfrac{0\text{ km}}{3\text{ h}} = 0\text{ }\dfrac{\text{km}}{\text{h}} $$
Średnia wartość prędkości: \(v_{\text{śr}} = 8\text{ }\dfrac{\text{km}}{\text{h}}\)
Wartość wektora prędkości średniej: \(|\vec{v}_{\text{śr}}| = 0\text{ }\dfrac{\text{km}}{\text{h}}\)
Zadanie 5
- Żagiel ustawiony prostopadle do osi bojera przejmuje pęd od tej części strumienia powietrza, która porusza się równolegle do kadłuba.
- Rozłóż wektor prędkości wiatru \(\vec{v}_w\) na dwie składowe prostokątne: wzdłużną (równoległą do osi symetrii ślizgu) oraz poprzeczną (ślizgającą się wzdłuż żagla).
- Składowa wzdłużna wyznacza maksymalną prędkość teoretyczną bez oporów. Ostateczną prędkość bojera otrzymasz, pomniejszając tę wartość o straty wywołane oporami (\(20\%\)).
Dane:
\(v_w = 10\text{ m/s}\) — prędkość wiatru względem podłoża
\(\alpha = 60^\circ\) — kąt między wektorem prędkości wiatru a osią wzdłużną bojera
\(\eta = 20\% = 0{,}20\) — względny spadek prędkości wywołany siłami oporu ruchu
Szukane:
\(v_b = ?\) — prędkość bojera mierzona wzdłuż jego osi podłużnej
-
Rysunek pomocniczy i analiza geometryczna układu wyjściowego:
Wektor prędkości wiatru \(\vec{v}_w\) dociera do jednostki od strony rufy pod kątem \(\alpha = 60^\circ\) względem kierunku ruchu. Ponieważ bom z żaglem tworzy kąt prosty z osią bojera, płaszczyzna żagla jest ustawiona poprzecznie do kierunku przemieszczania się. Składowa wiatru skierowana prostopadle do żagla działa dokładnie wzdłuż osi kadłuba i stanowi czynnik napędowy. -
Wyznaczenie składowej prędkości wiatru równoległej do osi bojera:
Sposób I (Rozkład wektora prędkości na osie w układzie współrzędnych):
Przyjmując oś \(X\) pokrywającą się z osią podłużną kadłuba, rzutujemy wektor prędkości wiatru \(\vec{v}_w\) na ten kierunek: $$ \begin{aligned} v_\parallel &= v_w \cdot \cos\alpha \\[8pt] v_\parallel &= 10\text{ m/s} \cdot \cos 60^\circ \\[8pt] v_\parallel &= 10\text{ m/s} \cdot 0{,}5 = 5\text{ m/s} \end{aligned} $$
Sposób II (Analiza funkcji trygonometrycznych w trójkącie prostokątnym składowych):
Wektor prędkości wiatru \(\vec{v}_w\) tworzy przeciwprostokątną trójkąta prostokątnego, w którym przyprostokątna leżąca przy kącie \(\alpha\) odpowiada składowej wzdłużnej \(v_\parallel\), natomiast przyprostokątna leżąca naprzeciw kąta odpowiada składowej poprzecznej \(v_\perp\). Z definicji funkcji cosinus: $$ \cos\alpha = \dfrac{v_\parallel}{v_w} \implies v_\parallel = v_w \cdot \cos\alpha = 10 \cdot \dfrac{1}{2} = 5\text{ m/s} $$ -
Uwzględnienie oporów ruchu i obliczenie prędkości bojera:
Gdyby nie występowały żadne opory ruchu, bojer poruszałby się z pełną prędkością równą wzdłużnej składowej wiatru (\(v_\parallel\)). Zgodnie z treścią zadania opory powodują spadek prędkości o \(\eta = 20\%\) w stosunku do tej składowej: $$ \begin{aligned} v_b &= v_\parallel \cdot (1 - \eta) \\[8pt] &= 5\text{ m/s} \cdot (1 - 0{,}20) \\[8pt] &= 5\text{ m/s} \cdot 0{,}80 \\[8pt] &= 4\text{ m/s} \end{aligned} $$ -
Interpretacja wektorowa rozwiązania (rysunek wynikowy):
Poniższy wykres na siatce kratek (gdzie 1 kratka odpowiada \(1\text{ m/s}\)) przedstawia rozkład wektora prędkości wiatru na składową wzdłużną \(v_\parallel = 5\text{ m/s}\) oraz wyliczoną ostateczną prędkość bojera \(v_b = 4\text{ m/s}\).
Prędkość bojera równoległa do jego osi wynosi \(v_b = 4\text{ m/s}\).
Grupa B
Zadanie 1
Zadanie 2
Wektor różnicy: \(\vec{k} - \vec{m} = [0, 4]\), jego długość: \(|\vec{k} - \vec{m}| = 4\)
Zadanie 3
a) Odczytaj z siatki radaru oznaczenia sektorów (literę kolumny i numer rzędu), w których znajdują się kuter patrolowy oraz łódź ratownicza.
b) Wyznacz składowe początkowych wektorów położenia obu jednostek: \([r_{Px}, r_{Py}]\) dla kutra patrolowego oraz \([r_{Rx}, r_{Ry}]\) dla łodzi ratowniczej, przyjmując dolny lewy narożnik siatki radaru za początek układu współrzędnych \((0,0)\). Oblicz wartości obu wektorów położenia.
c) Łódź ratownicza odebrała wezwanie asysty technicznej i przemieściła się bezpośrednio do sektora B6. Określ współrzędne jej położenia końcowego oraz oblicz wartość wektora przemieszczenia tej łodzi.
b) Wektor kutra patrolowego: \([r_{Px}, r_{Py}] = [6\text{ km},\; 8\text{ km}]\), jego wartość: \(r_P = 10\text{ km}\).
Wektor łodzi ratowniczej: \([r_{Rx}, r_{Ry}] = [6\text{ km},\; 3\text{ km}]\), jej wartość: \(r_R = 3\sqrt{5}\text{ km} \approx 6{,}71\text{ km}\).
c) Współrzędne położenia końcowego łodzi ratowniczej: \([x_{R2}, y_{R2}] = [2\text{ km},\; 6\text{ km}]\). Wartość wektora przemieszczenia: \(|\Delta \vec{r}_R| = 5\text{ km}\).
Zadanie 4
Wartość wektora prędkości średniej: \(|\vec{v}_{\text{śr}}| = 0\text{ }\dfrac{\text{km}}{\text{h}}\)
