حل یک مسئله ی فیزیک

ماشین با سرعت 15.6 متر در ثانیه (در حدود 56 کیلو متر بر ساعت) در حال حرکت است. وقتی 24 متر تا مانع فاصله دارد، راننده ترمز می کند. ماشین 2 ثانیه بعد به مانع برخورد می کند. هنگام ترمز، شتاب منفی ماشین چقدر است؟ و سرعت ماشین هنگام برخورد به مانع، چقدر است؟

اینجا راه حل یک فیزیکدان را برایتان آورده ایم. ظاهراً در شتاب منفی ماشین در مستطیل اول است : 3.6 متربر مجذور ثانیه ( ) و سرعتی که با آن به مانع می خورد 8.4 متر بر ثانیه است (مستطیل دوم).

هنوز به نظر دست و پاگیر می رسد؟ راه حل را با هم مرور کنیم:

فیزیکدان ها اغلب مسئله ها را با طرح های ساده از موقعیت شروع می کنند. این کار کمک می کند تا تصویری از آنچه اتفاق می افتد، داشته باشیم. توجه داشته باشید هر چیزی علامت هم دارد مثل سرعت ماشین، فاصله اش از مانع و غیره. مردم وقتی می خواهند خانه بسازند، معمولاً قبل از اینکه به فروشگاه آهن آلات بروند، طرحی از پروژه ساختمانی خانه می کشند.

استفاده دوباره و سریع از اعداد مهم ذکر شده در مسئله.

اینجا یک قانون فیزیکی هست که در قالب یک معادله آورده شده و می تواند برای حل مسئله به کار رود. اغلب فیزیکدان این معادلات را خیلی خوب می شناسند و می توانند آنها را بنویسند و در حل مسئله ها از آنها استفاده کنند. این معادله ی خاص ارتباط موقعیت ( xo , x ) را با سرعت ( v ) ، شتاب ( a ) ، و زمان ( t ) نشان می دهد.

حالا مروری سریع می کنیم بر این که این حرف ها در واقع مخفف چه چیزهایی هستند. x معمولاً همراه فاصله (یا موقعیت) می آید، v معمولاً سرعت (velocity) است ، a شتاب (acceleration) و t زمان (time) است.

a را لازم داریم پس معادله را برای a حل می کنیم:

نکته ای در مورد هدف مسئله. "می خواهید مسئله را برای a حل کنید؟" این شتاب ماشین است، مسئله چه چیزی را می خواهد؟ حالا وقت آن است که برخی از زرنگی های قانون فیزیک شروع شود.

چند قدم جبری برای مرتب کردن دوباره ی معادله بر حسب شتاب لازم داریم. شتاب ماشین را می توان پیدا کرد.

بله خودش است.... معادله ای برای شتاب ماشین ...... a = …

این عددها را می گذاریم

در اینجا ارقام واقعی مسئله وارد معادله می شوند. ماشین حسابتان را بیرون بیاورید. وقتش رسیده است که اعداد را خرد کنیم !

در اینجا اعداد مسئله را داریم که در معادل فیزیکی قرار داده شده اند.

شتاب منفی حین ترمز کردن: 

بعد از خرد کردن اعداد، به جواب می رسیم. به خاطر داشته باشید تمام این ها از یک قانون زیر بنایی فیزیک به دست آمده است، قانون به این معنا که که این جواب ( -3.6 m/s₂) بر اساس واقعیات و قوانین طبیعت بنا شده است ( و از روی حدس و تخمین به دست نیامده است. ) بر اساس مشاهداتی که در مسئله داده شده شتاب ماشین، قبل از برخورد با مانع این باید باشد.

زمان تصادف، سرعت برابر خواهد بود با:

بخش دوم مسئله در پی قانونی کاملاً متفاوت با این قانون است. در این قانون سرعت (v) ، شتاب (a) و مسافت پیموده شده (x) با هم ارتباط پیدا می کنند.

باز هم اعداد را از مساله ی اصلی در معادله قرار دهید . سپس اعداد را خرد کنید.

جواب نهایی این است. سرعت ماشین در زمان برخورد، 8.4 m/s است. این جواب بر اساس یک قانون پایدار فیزیکی است نه حدس و گمان.