Φυσική Α' Λυκείου - Βασικές Θεωρίες και Εφαρμογές

Βασικά Μεγέθη της Κίνησης

Για να περιγράψεις την κίνηση ενός σώματος χρειάζεσαι τρία βασικά μεγέθη. Το διάνυσμα θέσης (Χ) σου δείχνει πού ακριβώς βρίσκεται το σώμα σε μια συγκεκριμένη στιγμή, με πρόσημο που δείχνει την κατεύθυνση.

Η μετατόπιση (ΔΧ) είναι η αλλαγή της θέσης και υπολογίζεται με τον τύπο ΔΧ = Χ_τελ - Χ_αρχ. Πρόσεχε ότι η μετατόπιση είναι διανυσματικό μέγεθος και δεν εξαρτάται από τη διαδρομή που ακολούθησε το σώμα.

Προσοχή: Μη μπερδεύεις τη μετατόπιση με το διάστημα - η μετατόπιση είναι το "ευθύγραμμο μονοπάτι" από την αρχή στο τέλος!

Ταχύτητα και Είδη Κίνησης

Η ταχύτητα (υ) εκφράζει το ρυθμό μεταβολής της θέσης και ορίζεται ως υ = ΔΧ/Δt. Είναι διανυσματικό μέγεθος, οπότε το πρόσημό της δείχνει την κατεύθυνση της κίνησης.

Στην ευθύγραμμη ομαλή κίνηση (Ε.Ο.Κ.) η ταχύτητα παραμένει σταθερή. Για τη μετατροπή μονάδων θυμήσου: για να πας από km/h σε m/s διαιρείς με 3,6.

Η εξίσωση κίνησης της Ε.Ο.Κ. είναι x = x₀ + υt, όπου x₀ η αρχική θέση. Αυτή η σχέση σου λέει ακριβώς πού θα βρίσκεται το σώμα σε οποιαδήποτε στιγμή.

Συμβουλή: Στα διαγράμματα x-t της ομαλής κίνησης, η κλίση της ευθείας σου δίνει την ταχύτητα!

Διαγράμματα Κίνησης

Τα διαγράμματα είναι το "μυστικό όπλο" για να καταλάβεις γρήγορα τι συμβαίνει σε μια κίνηση. Στο διάγραμμα x-t, η κλίση της ευθείας (εφθ) σου δίνει την ταχύτητα.

Στο διάγραμμα v-t, το εμβαδόν κάτω από την καμπύλη σου δίνει τη μετατόπιση. Για παράδειγμα, σε ομαλή κίνηση το εμβαδόν είναι Δx = v·Δt.

Η μέση ταχύτητα $υ_μ$ είναι η σταθερή ταχύτητα που θα έπρεπε να έχει το σώμα για να διανύσει το ίδιο διάστημα στον ίδιο χρόνο: υ_μ = Δx/Δt.

Tip: Τα διαγράμματα σου "λένε την ιστορία" της κίνησης - μάθε να τα "διαβάζεις"!

Επιτάχυνση

Όταν η ταχύτητα ενός σώματος αλλάζει, τότε έχουμε επιτάχυνση (α). Ορίζεται ως α = Δυ/Δt και μετριέται σε m/s². Η επιτάχυνση έχει πάντα την ίδια κατεύθυνση με τη μεταβολή της ταχύτητας.

Αν η επιτάχυνση και η ταχύτητα έχουν το ίδιο πρόσημο (ομόρροπες), τότε έχουμε επιταχυνόμενη κίνηση. Αν έχουν αντίθετο πρόσημο (αντίρροπες), τότε έχουμε επιβραδυνόμενη κίνηση.

Στην ευθύγραμμη ομαλά μεταβαλλόμενη κίνηση η επιτάχυνση παραμένει σταθερή. Αυτό σημαίνει ότι η ταχύτητα αλλάζει με σταθερό ρυθμό.

Σημαντικό: Η επιτάχυνση μετρά πόσο γρήγορα αλλάζει η ταχύτητα, όχι πόσο γρήγορα κινείται το σώμα!

Εξισώσεις Ομαλά Μεταβαλλόμενης Κίνησης

Για την επιταχυνόμενη κίνηση με σταθερή επιτάχυνση έχεις δύο βασικές εξισώσεις. Η εξίσωση ταχύτητας-χρόνου είναι v = v₀ + at, όπου v₀ η αρχική ταχύτητα.

Η εξίσωση θέσης-χρόνου είναι x = x₀ + v₀t + ½at². Πρόσεχε το ½at² - αυτό είναι το "επιπλέον" διάστημα λόγω της επιτάχυνσης.

Στο διάγραμμα v-t της ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης βλέπεις μια ευθεία με κλίση ίση με την επιτάχυνση. Το εμβαδόν κάτω από την ευθεία σου δίνει τη μετατόπιση.

Φόρμουλα-κλειδί: Θυμήσου πάντα ότι για σταθερή επιτάχυνση: Δx = v₀·Δt + ½a·(Δt)²

Επιβραδυνόμενη Κίνηση

Στην ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση η επιτάχυνση και η ταχύτητα είναι αντίρροπες. Η εξίσωση ταχύτητας γίνεται v = v₀ - |a|·Δt, όπου το μείον δείχνει ότι η ταχύτητα μειώνεται.

Το σώμα σταματάει όταν v = 0. Αν θέλεις να βρεις τον χρόνο που χρειάζεται για να σταματήσει, λύνεις: 0 = v₀ - |a|·t₁ ⟹ t₁ = v₀/|a|.

Η εξίσωση θέσης είναι x = v₀·Δt - ½|a|·(Δt)². Μετά την πλήρη ακινητοποίηση, η θέση παραμένει σταθερή (το σώμα δεν κινείται πια).

Προσοχή: Στην επιβραδυνόμενη κίνηση το σώμα τελικά σταματά - μην ξεχνάς να ελέγχεις πότε γίνεται v = 0!

Νόμοι του Νεύτωνα - Βασικές Έννοιες

Οι δυνάμεις είναι διανυσματικά μεγέθη που προκαλούν τις κινήσεις. Όταν δυνάμεις είναι ομόρροπες (ίδια κατεύθυνση), προστίθενται: F = F₁ + F₂. Όταν είναι αντίρροπες, αφαιρούνται: F = |F₁ - F₂|.

Ο 1ος νόμος του Νεύτωνα λέει: Αν ΣF = 0, το σώμα είτε μένει ακίνητο είτε κινείται με σταθερή ταχύτητα (ισορροπία). Ισχύει και το αντίστροφο - αν το σώμα ισορροπεί, τότε ΣF = 0.

Αυτός ο νόμος εξηγεί γιατί ένα αυτοκίνητο που κινείται με σταθερή ταχύτητα δέχεται ίσες και αντίθετες δυνάμεις.

Πρακτικό tip: Όταν βλέπεις ομαλή κίνηση ή ακινησία, ψάχνε πάντα για ισορροπία δυνάμεων!

2ος Νόμος του Νεύτωνα και Βάρος

Ο 2ος νόμος του Νεύτωνα είναι η καρδιά της μηχανικής: ΣF = m·α. Αυτός ο νόμος συνδέει τις δυνάμεις με την επιτάχυνση που προκαλούν.

Το βάρος $w$ είναι η ελκτική δύναμη που ασκεί η Γη σε κάθε σώμα. Υπολογίζεται από τον τύπο w = m·g, όπου g = 10 m/s² (στις ασκήσεις). Μετριέται σε Newton (N) με δυναμόμετρο.

Στην ελεύθερη πτώση ένα σώμα που αφήνεται ελεύθερο $v₀ = 0$ δέχεται μόνο το βάρος του. Εκτελεί ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση με α = g, οπότε: v = g·t και y = ½g·t².

Βασικό: Το βάρος είναι δύναμη (N), η μάζα είναι ποσότητα ύλης (kg) - μην τα μπερδεύεις!

3ος Νόμος και Σύνθεση Δυνάμεων

Ο 3ος νόμος του Νεύτωνα λέει ότι κάθε δράση προκαλεί ίση και αντίθετη αντίδραση: F₁₂ = -F₂₁. Οι δυνάμεις εμφανίζονται πάντα σε ζεύγη και ασκούνται σε διαφορετικά σώματα.

Για να βρεις τη συνισταμένη δύναμη δύο δυνάμεων που σχηματίζουν γωνία θ, χρησιμοποιείς τον κανόνα του παραλληλογράμμου. Η διαγώνιος είναι η συνισταμένη.

Όταν οι δυνάμεις είναι κάθετες $θ = 90°$, τότε το μέτρο της συνισταμένης είναι: ΣF = √$F₁² + F₂²$. Η κατεύθυνση δίνεται από εφα = F₂/F₁.

Πρακτικό παράδειγμα: Όταν περπατάς, σπρώχνεις το έδαφος προς τα πίσω (δράση) και το έδαφος σε σπρώχνει προς τα εμπρός (αντίδραση)!