2.4. Ruch jednostajny prostoliniowy

Kartkówka

Grupa A

Zadanie 1

Podczas prac wyburzeniowych w kamieniołomie wyznaczono strefę bezpiecznego schronienia w odległości \(s = 45\text{ m}\) od miejsca założenia ładunku. Pirotechnik po zainicjowaniu zapłonu oddala się w kierunku schronu ruchem jednostajnym ze stałą prędkością \(v_2 = 10{,}8\text{ }\dfrac{\text{km}}{\text{h}}\). Ładunek ma zostać zdetonowany za pomocą specjalnego lontu prochowego, który spala się powoli i jednostajnie z prędkością \(v_1 = 2\text{ }\dfrac{\text{cm}}{\text{s}}\). Oblicz, jaką co najmniej długość musi mieć ten lont, aby pracownik zdążył bezpiecznie dotrzeć do schronu przed nastąpieniem wybuchu.

Zadanie 2

Na prostoliniowym torze testowym o długości \(d = 1200\text{ m}\) odbywały się próby czasowe dwóch pojazdów elektrycznych. Sędzia pomiarowy uruchomił stoper w chwili, gdy pierwszy pojazd mijał znacznik \(720\text{ m}\) od linii startu, a drugi pojazd znajdował się na pozycji \(480\text{ m}\). Oba pojazdy poruszały się ruchem jednostajnym prostoliniowym: prędkość pierwszego pojazdu wynosiła \(v_1 = 21{,}6\text{ km/h}\), a prędkość drugiego wynosiła \(v_2 = 28{,}8\text{ km/h}\). Chwilę włączenia stopera przyjmij jako \(t_1 = 0\).

a) Ułóż równania ruchu \(x(t)\) dla obu pojazdów.

b) W jednym układzie współrzędnych sporządź wykresy zależności współrzędnej położenia od czasu dla obu pojazdów.

c) Z otrzymanych wykresów odczytaj, który z pojazdów zwycięży w tej próbie i jaki przedział czasu będzie dzielić drugi pojazd od zwycięzcy.
START META x [m] 0 200 400 600 800 1000 1200 x1(0) = 720 m v1 x2(0) = 480 m v2

Zadanie 3

Podczas zawodów lekkoatletycznych wystrzał z pistoletu startowego rejestruje mikrofon stanowiskowy, a relacja jest transmitowana na żywo przez fale radiowe. Ustal, kto usłyszy ten huk wcześniej: kibic siedzący na koronie trybun w odległości \(s_k = 68\text{ m}\) od startera, czy radiosłuchacz przebywający w domu oddalonym o \(s_r = 600\text{ km}\) od stadionu. Przyjmij, że fala radiowa rozchodzi się z prędkością \(v_r = 3 \cdot 10^5\text{ km/s}\), natomiast prędkość dźwięku w powietrzu wynosi \(v_d = 340\text{ m/s}\). Wyznacz czasy dotarcia obu sygnałów oraz oblicz różnicę tych czasów (zaniedbaj czas przetwarzania sygnału przez urządzenia elektroniczne).

Zadanie 4

Rowerzysta porusza się wzdłuż prostego odcinka wydzielonej ścieżki rowerowej. Jego współrzędna położenia w funkcji czasu zmienia się zgodnie z zależnością: $$x(t) = -60 + 5t$$ przy czym wszystkie wielkości fizyczne wyrażone są w jednostkach układu SI.

a) Wyznacz współrzędną położenia początkowego rowerzysty (dla chwili \(t_1 = 0\text{ s}\)) oraz wartość jego prędkości.
b) Ustal, po jakim czasie od momentu rozpoczęcia pomiaru współrzędna położenia rowerzysty osiągnie wartość zero.
c) Oblicz współrzędną położenia rowerzysty po upływie czasu \(t_2 = 20\text{ s}\) i wyznacz długość drogi, jaką pokonał on w tym czasie.

Zadanie 5

Wzdłuż prostego kanału wodnego płyną w tym samym kierunku dwaj kajakarze: Kamil i Wojtek. W chwili początkowej płynący z tyłu Kamil mija boję nawigacyjną z oznaczeniem \(3\text{ km}\), natomiast znajdujący się przed nim Wojtek mija w tym samym momencie boję z napisem \(7\text{ km}\). Od tego momentu obaj poruszają się ze stałymi prędkościami: Wojtek \(v_1 = 6\text{ km/h}\), a Kamil \(v_2 = 14\text{ km/h}\).

Rozpatrz ruch kajakarzy w dwóch różnych układach odniesienia:
• Układ I – o początku w początkowym położeniu Kamila (przy boi \(3\text{ km}\)),
• Układ II – o początku w początkowym położeniu Wojtka (przy boi \(7\text{ km}\)).

a) Zapisz równania ruchu obu kajakarzy w obu przyjętych układach odniesienia.

b) Oblicz czas, po jakim Kamil dogoni Wojtka, oraz wyznacz współrzędną miejsca spotkania w każdym z układów odniesienia (podaj także, przy której boi kilometrowej na kanale nastąpi spotkanie).

c) Naszkicuj wykresy zależności położenia od czasu \(x(t)\) dla obu kajakarzy w obu układach odniesienia.

d) Porównaj wartości czasu i współrzędnych położenia wyznaczone dla obu układów odniesienia i sformułuj wnioski dotyczące względności ruchu.

Grupa B

Zadanie 1

Podczas poligonowych ćwiczeń strażak odpala na otwartej przestrzeni świecę dymną przy użyciu wolnopalnego lontu. Po zainicjowaniu zapłonu ratownik natychmiast wycofuje się truchtem na wyznaczoną bezpieczną odległość \(s = 40\text{ m}\), poruszając się ze stałą prędkością \(v_2 = 14{,}4\text{ }\dfrac{\text{km}}{\text{h}}\). Płomień lontu przemieszcza się ruchem jednostajnym z prędkością \(v_1 = 2{,}5\text{ }\dfrac{\text{cm}}{\text{s}}\). Ustal, jaką minimalną długość powinien mieć ten lont, aby strażak zdołał dotrzeć na wymaganą odległość przed rozpoczęciem dymienia świecy.

Zadanie 2

Dwaj rolkarze rywalizowali na prostoliniowej alei sportowej o długości \(d = 800\text{ m}\). W momencie włączenia pomiaru czasu (\(t_1 = 0\)) pierwszy rolkarz znajdował się w odległości \(440\text{ m}\) od linii startu, poruszając się ze stałą prędkością \(v_1 = 14{,}4\text{ km/h}\). Drugi rolkarz minął w tym samym momencie punkt położony w odległości \(320\text{ m}\) od startu, jadąc ze stałą prędkością \(v_2 = 21{,}6\text{ km/h}\).

a) Ułóż równania ruchu obu rolkarzy.

b) W jednym układzie współrzędnych sporządź wykresy zależności współrzędnej położenia od czasu dla obu zawodników.

c) Z otrzymanych wykresów odczytaj, który z rolkarzy zwycięży w tej rywalizacji i z jaką przewagą czasową w stosunku do drugiego zawodnika przekroczy linię mety.
START META x [m] 0 100 200 300 400 500 600 700 800 x1(0) = 440 m v1 x2(0) = 320 m v2

Zadanie 3

W trakcie plenerowego festiwalu muzycznego dźwięk uderzenia w talerz perkusyjny jest jednocześnie transmitowany na żywo przez stację radiową. Ustal, kto zarejestruje ten dźwięk wcześniej: widz znajdujący się na końcu widowni amfiteatru w odległości \(s_w = 85\text{ m}\) od estrady, czy odbiorca transmisji radiowej mieszkający w odległości \(s_s = 450\text{ km}\) od sceny. Przyjmij prędkość rozchodzenia się fal radiowych równą \(v_r = 3 \cdot 10^5\text{ km/s}\), a prędkość dźwięku w powietrzu \(v_d = 340\text{ m/s}\) (pomiń opóźnienia aparatury nadawczo-odbiorczej). Wyznacz czasy dotarcia obu sygnałów i określ, o ile sekund wcześniej usłyszy go jedna z tych osób.

Zadanie 4

Wózek laboratoryjny przemieszcza się po prostej poziomej prowadnicy. Zmianę położenia wózka w czasie opisano zależnością: $$x(t) = -30 + 6t$$ w której czas oraz współrzędna położenia podane są w jednostkach układu SI.

a) Podaj współrzędną położenia początkowego wózka (w chwili \(t_1 = 0\text{ s}\)) oraz określ prędkość jego ruchu.
b) Oblicz, po jakim czasie od włączenia stopera wózek znajdzie się w początku układu współrzędnych (\(x = 0\text{ m}\)).
c) Wyznacz współrzędną położenia wózka po upływie \(t_2 = 15\text{ s}\) i oblicz drogę pokonaną przez wózek w tym czasie.

Zadanie 5

Dwaj motocykliści, Damian i Robert, poruszają się w tym samym kierunku prostym odcinkiem szosy ze stałymi prędkościami. W chwili przyjętej jako początkowa (\(t = 0\)) jadący z tyłu Damian mija pikietaż drogowy z tablicą \(9\text{ km}\), poruszając się z prędkością \(v_2 = 80\text{ km/h}\). W tym samym momencie jadący przed nim Robert, którego prędkość wynosi \(v_1 = 50\text{ km/h}\), mija tablicę z oznaczeniem \(15\text{ km}\).

Przyjmij dwa odrębne układy odniesienia:
• Układ I – o początku w początkowym położeniu Damiana (przy słupku \(9\text{ km}\)),
• Układ II – o początku w początkowym położeniu Roberta (przy słupku \(15\text{ km}\)).

a) Zapisz równania ruchu obu motocyklistów w obu przyjętych układach odniesienia.

b) Wyznacz czas, po którym Damian zrówna się z Robertem, oraz podaj współrzędną miejsca spotkania w każdym z układów odniesienia (wskaż także, przy którym słupku kilometrowym szosy nastąpi spotkanie).

c) Sporządź wykresy zależności położenia od czasu \(x(t)\) dla obu pojazdów w obu układach odniesienia.

d) Zestaw ze sobą wartości czasu i położeń otrzymane w obu układach odniesienia i sformułuj wnioski dotyczące względności ruchu.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *