GERAKAN BUJURSANGKAR YANG DIPERCEPAT SECARA SERAGAM: KARAKTERISTIK, RUMUS - FISIK - 2025

The seragam dipercepat gerak lurus adalah bahwa yang melewati pada garis lurus dan di mana tubuh bergerak meningkat atau menurun kecepatannya pada tingkat yang konstan. Laju ini adalah besaran yang menggambarkan laju di mana kecepatan berubah dan disebut percepatan.

Dalam kasus gerakan bujursangkar yang dipercepat atau bervariasi secara seragam (MRUV), percepatan konstan bertanggung jawab untuk mengubah besarnya kecepatan. Pada jenis gerakan lainnya, percepatan juga mampu mengubah arah dan kecepatan, atau bahkan hanya mengubah arah, seperti pada gerakan melingkar yang seragam.

Gambar 1. Gerakan dipercepat adalah yang paling sering. Sumber: Pixabay.

Karena percepatan menunjukkan perubahan kecepatan dari waktu ke waktu, satuannya dalam Sistem Internasional adalah m / s ² (kuadrat meter per detik). Seperti halnya kecepatan, percepatan dapat diberi tanda positif atau negatif, tergantung pada apakah kecepatan bertambah atau berkurang.

Percepatan katakanlah +3 m / s ² berarti bahwa untuk setiap detik yang lewat, kecepatan ponsel bertambah 3 m / s. Jika pada permulaan gerakan (pada t = 0) kecepatan geraknya +1 m / s, maka setelah satu detik akan menjadi 4 m / s dan setelah 2 detik akan menjadi 7 m / s.

Dalam gerakan bujursangkar yang bervariasi secara seragam, variasi kecepatan yang dialami objek bergerak setiap hari diperhitungkan. Ini adalah model yang lebih realistis daripada gerakan bujursangkar seragam. Meski begitu, masih cukup terbatas, karena membatasi ponsel untuk melakukan perjalanan hanya di jalur lurus.

karakteristik

Ini adalah karakteristik utama dari gerakan bujursangkar yang dipercepat secara seragam:

-Gerakan selalu berjalan di sepanjang garis lurus.

-Akselerasi ponsel konstan, baik dalam besaran maupun arah dan arti.

-Kecepatan seluler meningkat (atau menurun) secara linier.

-Karena percepatan a tetap konstan pada waktu t, grafik besarnya sebagai fungsi waktu adalah garis lurus. Pada contoh yang ditunjukkan pada gambar 2, garis diwarnai biru dan nilai percepatan dibaca pada sumbu vertikal, kira-kira +0.68 m / s ² .

Gambar 2. Grafik percepatan terhadap waktu untuk gerakan bujursangkar yang bervariasi secara seragam. Sumber: Wikimedia Commons.

-Grafik kecepatan v terhadap t adalah garis lurus (berwarna hijau pada gambar 3), yang kemiringannya sama dengan percepatan ponsel. Dalam contoh, kemiringannya positif.

Gambar 3. Grafik kecepatan terhadap waktu untuk gerakan bujursangkar yang bervariasi secara seragam. Sumber: Wikimedia Commons.

-Potongan dengan sumbu vertikal menunjukkan kecepatan awal, dalam hal ini 0,4 m / s.

-Akhirnya, grafik posisi x terhadap waktu adalah kurva yang ditunjukkan dengan warna merah pada gambar 4, yang selalu berbentuk parabola.

Gambar 4. Plot posisi versus waktu untuk gerakan bujursangkar yang bervariasi secara seragam. Sumber: dimodifikasi dari Wikimedia Commons.

Jarak yang ditempuh dari grafik v vs. t

Dengan memiliki grafik v vs. t, menghitung jarak yang ditempuh oleh ponsel sangatlah mudah. Jarak yang ditempuh sama dengan area di bawah garis yang berada dalam interval waktu yang diinginkan.

Dalam contoh yang ditampilkan, misalkan Anda ingin mengetahui jarak yang ditempuh oleh ponsel antara 0 dan 1 detik. Menggunakan grafik ini, lihat Gambar 5.

Gambar 5. Grafik untuk menghitung jarak yang ditempuh oleh ponsel. Sumber: dimodifikasi dari Wikimedia Commons.

Jarak yang dicari secara numerik setara dengan luas trapesium yang diarsir pada gambar 3. Luas trapesium diberikan oleh: (alas mayor + alas minor) x tinggi / 2

Dimungkinkan juga untuk membagi area yang diarsir menjadi segitiga dan persegi panjang, menghitung luas yang sesuai dan menambahkannya. Jarak yang ditempuh adalah positif, apakah partikel itu ke kanan atau ke kiri.

Rumus dan persamaan

Baik percepatan rata-rata dan percepatan sesaat memiliki nilai yang sama di MRUV, oleh karena itu:

-Aceleration: a = konstan

Jika percepatannya sama dengan 0, gerakannya berbentuk bujursangkar seragam, karena dalam kasus ini kecepatannya akan konstan. Tanda a bisa positif atau negatif.

Karena percepatan adalah kemiringan garis v versus t, persamaan v (t) adalah:

-Kecepatan sebagai fungsi waktu: v (t) = v _o + at

Dimana v _o adalah nilai kecepatan awal ponsel

-Posisi sebagai fungsi waktu: x (t) = x _atau + v _atau t + ½at ²

Jika Anda tidak punya waktu, tetapi Anda memiliki kecepatan dan perpindahan, ada persamaan yang sangat berguna yang diperoleh dengan menyelesaikan waktu v (t) = v _atau + di dan menggantinya dengan persamaan terakhir. Adalah tentang:

Latihan terselesaikan

Saat menyelesaikan latihan kinematika, penting untuk memastikan bahwa situasinya disesuaikan dengan model yang akan digunakan. Misalnya persamaan gerak bujursangkar yang seragam tidak berlaku untuk gerak dipercepat.

Dan gerakan yang dipercepat tidak berlaku untuk gerakan tipe melingkar atau lengkung, misalnya. Latihan pertama yang diselesaikan di bawah ini menggabungkan dua ponsel dengan gerakan berbeda. Untuk mengatasinya dengan benar, perlu pergi ke model gerakan yang sesuai.

-Latihan terselesaikan 1

Untuk mengetahui kedalaman sumur, seorang anak menjatuhkan koin dan pada saat yang sama mengaktifkan pengatur waktunya, yang berhenti tepat ketika dia mendengar koin itu mengenai air. Pembacaannya 2,5 detik. Mengetahui bahwa kecepatan suara di udara adalah 340 m / s, hitung kedalaman sumur.

Larutan

Biarkan h menjadi kedalaman sumur. Koin menempuh jarak ini dalam jatuh bebas, gerakan vertikal yang bervariasi secara seragam, dengan kecepatan awal 0, saat koin dijatuhkan, dan percepatan ke bawah konstan sebesar 9,8 m / s ² . Luangkan waktu t _m dalam melakukan hal ini.

Begitu koin menyentuh air, suara yang disebabkan oleh bunyi klik tersebut menuju telinga anak, yang menghentikan stopwatch setelah mendengarnya. Tidak ada alasan untuk percaya bahwa kecepatan suara berubah saat naik ke sumur, sehingga gerakan suara seragam bujursangkar. Suara membutuhkan waktu t _s untuk mencapai anak.

Persamaan gerak untuk koin:

Dimana x dan a dari persamaan untuk posisi yang diberikan pada bagian sebelumnya telah diganti dengan h dan g.

Persamaan gerak untuk suara:

Ini adalah persamaan jarak = kecepatan x waktu. Dengan dua persamaan ini kita memiliki tiga hal yang tidak diketahui: h, tm dan ts. Untuk waktu terjadinya hubungan, diketahui semuanya membutuhkan waktu 2,5 detik untuk terjadi, oleh karena itu:

Menyamakan kedua persamaan:

Menghapus salah satu waktu dan mengganti:

Ini adalah persamaan kuadrat dengan dua solusi: 2.416 dan -71.8. Solusi positif dipilih, yang mana yang masuk akal, karena waktu tidak boleh negatif dan harus kurang dari 2,5 detik. Untuk kali ini diperoleh dengan mengganti kedalaman sumur:

-Latihan terselesaikan 2

Mobil dengan kecepatan 90 km / jam mendekati persimpangan dengan lampu lalu lintas. Saat jarak 70 m, lampu kuning menyala, yang berlangsung selama 4 detik. Jarak antara lampu lalu lintas dan tikungan berikutnya adalah 50 m.

Pengemudi memiliki dua opsi ini: a) rem pada - 4 m / s ² atau b) akselerasi pada + 2 m / s ² . Manakah dari dua opsi yang memungkinkan pengemudi untuk berhenti atau melintasi seluruh jalan sebelum lampu menyala merah?

Larutan

Posisi start pengemudi adalah x = 0 tepat saat dia melihat lampu kuning menyala. Penting untuk mengubah satuan dengan benar: 90 km / jam sama dengan 25 m / s.

Menurut opsi a), dalam 4 detik lampu kuning berlangsung, pengemudi melakukan perjalanan:

Selama lampu kuning menyala, pengemudi berjalan seperti ini:

x = 25,4 + ½,2,4 ² m = 116 m

Namun jarak 116 m kurang dari jarak yang tersedia untuk sampai ke tikungan berikutnya, yaitu 70 + 50 m = 120 m, sehingga ia tidak dapat menyeberang seluruh jalan sebelum lampu merah menyala. Tindakan yang disarankan adalah mengerem dan menjauh 2 meter dari lampu lalu lintas.

Aplikasi

Orang mengalami efek akselerasi setiap hari: saat bepergian dengan mobil atau bus, karena mereka terus-menerus perlu mengerem dan berakselerasi untuk menyesuaikan kecepatan dengan rintangan di jalan. Akselerasi juga dialami saat naik atau turun dalam lift.

Taman hiburan adalah tempat orang membayar untuk merasakan efek akselerasi dan bersenang-senang.

Di alam, gerakan bujursangkar yang bervariasi secara seragam diamati ketika sebuah benda dijatuhkan dengan bebas, atau ketika benda itu dilempar ke atas secara vertikal dan menunggu hingga benda itu kembali ke tanah. Jika hambatan udara diabaikan, nilai percepatan gravitasi: 9,8 m / s2.

Referensi

1. Bauer, W. 2011. Fisika untuk Teknik dan Sains. Volume 1. Mc Graw Hill.40-45.
2. Figueroa, D. Seri Fisika untuk Sains dan Teknik. Jilid ke-3. Edisi. Kinematika. 69-85.
3. Giancoli, D. Fisika: Prinsip dengan Aplikasi. 6 ^th . Ed Prentice Hall. 19-36.
4. Hewitt, Paul. 2012. Ilmu Fisika Konseptual. 5 ^th . Ed. Pearson. 14-18.
5. Kirkpatrick, L. 2007. Fisika: Pandangan di Dunia. 6 ^ta Editing disingkat. Pembelajaran Cengage. 15-19.
6. Wilson, J. 2011. Fisika 10. Pendidikan Pearson. 116-119