תיאור תנועה לאורך קו ישר בהיבט מתמטי
תיאור תנועה לאורך קו ישר בהיבט מתמטי
כשאנחנו מסתכלים על גוף שנע – מכונית, כדור, טיפה מחליקה על חלון – אנחנו בעצם שואלים את עצמנו: איך נוכל לתאר את התנועה שלו? האם הוא מתקרב או מתרחק? האם הוא מאיץ או מאט? האם נוכל לנבא היכן יהיה בזמן מסוים? כדי לענות על זה בצורה מדויקת, הפיזיקה צריכה שפה מסודרת לתיאור תנועה. והשפה הזאת לא מתארת רק כמה הגוף זז, אלא גם לאן הוא זז. הכיוון הוא חלק בלתי נפרד מהתנועה, ואי אפשר לדלג עליו
במקרה הפרטי (שהוא נוח במיוחד) – תנועה לאורך קו ישר. התנועה מתרחשת על ישר אחד, כמו למעלה–למטה, ימינה–שמאלה או צפון–דרום, אז תיאור הכיוון נהיה פשוט יותר: אנחנו יכולים לבחור כיוון אחד כ"חיובי" ולכיוון ההפוך לקרוא "שלילי". זאת אומרת שהמושגים שאנחנו כותבים באמצעות + ו – הם בעצם תוצאה של רעיון וקטורי עמוק יותר, רק שבמקרה הזה – הווקטור “תקוע” על קו אחד, ולכן הוא מתנהג כאילו הוא מספר עם סימן. זה מפתה להתייחס לזה כמשהו "רק מתמטי", אבל חשוב שנזכור: הסימן מייצג כיוון. אז כשנלמד תנועה בקו ישר, לכאורה המתמטיקה תיראה ממש מוכרת – פעולות של חיבור, חיסור, חיובי ושלילי. אבל מתחת לפני השטח, אנחנו בעצם עובדים עם רעיונות וקטוריים
כאשר גוף נע לאורך קו ישר, אפשר לתאר את תנועתו בעזרת וקטורים פשוטים. נניח שיש לנו גוף בנקודת התחלה כלשהי, וקטור המיקום ההתחלתי שלו מתאר את מיקומו ביחס לנקודת ייחוס. לאחר שהגוף נע לאורך הקו, וקטור המיקום הסופי שלו מתאר את מיקומו החדש ביחס לאותה נקודת ייחוס.
וקטור המיקום ההתחלתי (r₀): זהו המיקום שבו נמצא הגוף בתחילת התנועה. נניח שמדובר בנקודה על ציר ה-X, נוכל לייצג את המיקום ההתחלתי כ-r₀, לדוגמה 3 מטרים ממצב הייחוס שלנו. נתאר אותו כחץ היוצא מראשית הציר ומגיע אל הנקודה בה הגוף נמצא
וקטור המיקום הסופי (r): זהו המיקום של הגוף לאחר שהוא עבר תנועה לאורך הקו הישר. לדוגמה, אם לאחר תנועה הגוף הגיע ל-7- מטרים, אז וקטור המיקום הסופי שלנו יהיה r = -7 מטרים. נתאר אותו כחץ היוצא מראשית הציר ומגיע אל הנקודה הסופית בה הגוף נמצא
וקטור ההעתק (Δr): וקטור ההעתק מתאר את השינוי במיקום של הגוף. הוא מחושב על ידי הנוסחה הבאה: [ Δr = r - r₀ ] כלומר, כדי למצוא את ההעתק, אנחנו מפחיתים את וקטור המיקום ההתחלתי מהווקטור המיקום הסופי. לדוגמה, אם r₀ = 3 מטרים ו-r = -7 מטרים, אז ההעתק יהיה: Δr = -7 - 3 = -10m במקרה זה, ההעתק שלילי, מה שמעיד שהגוף נע בכיוון השלילי על ציר ה-X.
סיכום
בכך, אנחנו רואים שההבנה של וקטור המיקום ההתחלתי, וקטור המיקום הסופי וההעתק היא קריטית להבנת תנועות בקו ישר. השימוש בנוסחאות הללו מאפשר לנו לקבוע לא רק את השינוי במצב, אלא גם להבין את הכיוון שבו הגוף נע. הבנת הקשרים בין הוקטורים הללו היא בסיסית במכניקה וחשובה מאוד לפיזיקה בכלל.
לצפייה בפאלפון - https://www.geogebra.org/m/cym4nyen
הסימולציה פותחה עבור קורס הפיזיקה של התנועה, קורס זה נמצא בקמפוס ישראל וזמין לכולם
כשאנחנו רוצים לתאר תנועה של גוף, אנו רוצים למצוא מודל מתמטי היכול לתאר את מיקום הגוף כתלות בזמן.
לשם כך עלינו להכיר מודלים מתמטיים מגוונים, כגון: פונקציה לינארית, יחס ישר, פרבולה, פונקציות טריגונומטריות ועוד.
בשלב הראשון על מנת להתחיל לתאר תנועה פשוטה עלינו להכיר את הפונקציות: יחס ישר ופונקציה לינארית
עכשיו, בהנחה שאכן יש לנו שליטה וידע בכלים המתמטיים הנדרשים בואו נבחן אותם.
תנועה במהירות קבועה היא מקרה פרטי של תנועה לאורך קו ישר.
בעזרת תנועה זו נגדיר כמה מושגים חשובים בקינמטיקה
לשם כך עברו לדף-
בפרק זה תמצאו את המושגים הבאים:
נקודת ייחוס, מערכת צירים קרטזית, מהירות ממוצעת, מהירות רגעית, וקטור מיקום, וקטור ההעתק, חשבון וקטורי, חיבור וקטורי, חיסור וקטורי, וקטור מהירות, וקטור תאוצה