فصل اول فیزیک دوازدهم، به دنبال پیشگویی در موردِ وضعیت آیندۀ متحرک است. پیشگویی در مورد مکان، سرعت و شتاب متحرک در آینده، یعنی بعد از گذشت چند ثانیه متحرک به کجا میرسد (چقدر از مبدأ فاصله میگیرد)، به چه سرعتی میرسد، چه زمانی و در چه مکانی توقف میکند و …
برای رسیدن به این پیشگویی باید با انواع حرکت و قوانین و روابط حاکم بر آنها آشنا شویم. کمیت هایی که در این فصل با آنها سرو کار داریم عبارتاند از : مکان، جابجایی، زمان، سرعت و شتاب.
جایی که مکان برابر با صفر است x=0
محل قرارگیری متحرک بر روی محور مختصات در هر لحظه (فاصله متحرک تا مبدا مختصات)
برداری که مکان متحرک را نشان میدهد. این بردار از مبدأ مختصات شروع و به مکان جسم ختم میشود. بردار مکان بر روی محورهای مختصات (مکان – مکان) رسم میشود. به بیان سادهتر برداری که مبدأ محور را به مکان جسم در هر لحظه وصل میکند؛ بردار مکان جسم درآن لحظه نامیده میشود.
مکانی که متحرک از آنجا (آن نقطه) حرکت خود را آغاز کرده است
تفاضل مکان آخر از مکان اول (تفاضل مکان بعدی از مکان قبلی)
برداری است که مکان اولیه جسم را به مکان بعدی آن وصل میکند و از تفاضل دو بردار مکان (مکان اولیه و ثانویه) به دست میآید
طول مسیری که متحرک طی میکند
نسبت جابجایی به زمان سپری شده
نسبت مسافت طی شده به زمان سپری شده
معادله (یا تابعی) است که مکان متحرک را در هر لحظه از زمان پیش بینی میکند
معادلۀ حرکت، تابعی است که متغیر مستقل آن t (زمان) و متغیر وابستۀ آن x (مکان) است. در حرکت یکنواخت معادله حرکت تابع درجه یک است و در حرکت شتابدار با شتابِ ثابت، تابع درجه دو (سهمی) است
حرکت بر مسیر مستقیم به دو بخش اصلی تقسیم می شود :
حرکت یکنواخت: حرکتی که در طی آن، متحرک با تندی ثابت بر روی مسیر مستقیم حرکت می کند
حرکت شتابدار : حرکتی که در طی آن بردار سرعت متحرکت تغییر میکند
در فصل اول فیزیک دوازدهم، عموماً با حرکت هایی سرو کار داریم که متحرک بر روی مسیر مستقیم (محور X) حرکت میکند . یعنی با جابجایی هایی در دو یا سه بُعد کاری نداریم و این موضوع محاسبات و فرمول ها را بسیار ساده و راحت میکند
پس فقط یک محور برای حرکت باقی می ماند یعنی حرکت بر روی محور افقی(X). متحرک میتواند بر روی این محور به سمت راست (سوی مثبت محور) و یا به سمت چپ (سوی منفی) محور حرکت کند
دراین بخش از آموزش از فصل اول فیزیک دوازدهم، به سراغ حرگت یکنواخت می رویم. درواقع ابتدائی ترین و شاده ترین تنوع حرکت، حرکت بر سیر مستقیم و با سرعت ثابت است که به آن حرکت یکنواخت هم میگویند. همانطور که گفته شد در این نوع از حرکت، تندی متحرک ثابت است و جهت آن نیز تغییر نمیکند یعنی روی مسیرِ مستقیم حرکت میکند. در این نوع حرکت، سرعت متوسط و سرعت لحظهای و تندی متحرک در تمام بازه های زمانی با هم برابرند.
برای به دست آوردن سرعت(سرعت متوسط) کافی است جابجایی بین دو لحظه را محاسبه نموده و بر مدت زمان این جابجایی تقسیم کنیم.
نمودارها نقش مهمی در درک و بررسی پدیده های علمی و طبیعی دارند. در این قسمت از آموزش فصل اول فیزیک دوازدهم، به بررسی نمودارهای حرکت شناسی میپردازیم؛ نمودارهای مکان-زمان ، سرعت-زمان و شتاب-زمان، از جمله نمودارهایی هستند که در این بخش از آموزش به بررسی و توضیح نکات آنها میپردازیم.
نمودار مکان-زمان در هر لحظه مکان متحرک را نشان میدهد، پس:
شیب نمودار مکان-زمان
شیب نمودار مکان-زمان به معنی تندی (سرعت) متحرک است پس:
تقعر منحنی
نمودار سرعت-زمان در هر لحظه سرعت جسم را نشان میدهد، پس:
شیب نمودار سرعت-زمان
شیب نمودار سرعت-زمان به معنی شتاب متحرک است پس:
مساحت زیر نمودار سرعت-زمان
مساحت محصور شده بین نمودار و محور زمان (t) برابر جابجایی متحرک است البته مساحت هایی که بالای محور زمان هستند به معنی جابجایی مثبت(Δx>0) و مساحتهایی که زیر نمودار زمان هستند به معنی جابجاییهای منفی (Δx<0) هستند.
اگر بخواهیم جابجایی متحرک را حساب کنیم باید علامت آنها را لحاظ کنیم، اما اگر بخواهیم مسافت را محاسبه کنیم باید همۀ مساحتها را بدون در نظر گرفتن علامت آنها و فقط به صورت قدر مطلق با هم جمع کنیم
تند شونده و کند شونده
*حتی اگر محور t را قطع نکند*
نمودار شتاب-زمان در هر لحظه شتاب متحرک را نشان میدهد، پس:
مساحت زیر نمودار شتاب-زمان
مساحت محصور شده بین نمودار و محور زمان (t) برابر تغییر سرعت متحرک است البته مساحت هایی که بالای محور زمان هستند به معنی تغییرات مثبتِ سرعت(ΔV>0) و مساحتهایی که زیر نمودار زمان هستند به معنی تغییرات منفیِ سرعت(ΔV<0)هستند.
در بخش دوم از فصل اول فیزیک دوازدهم به سراغ حرکت شتابدار میرویم. حرکت شتابدار زمانی رخ میدهد که بردار سرعت تغییر کند، یعنی یکی از سه حالت زیر رخ بدهد :
در فیزیک دبیرستان عموماً مسائلی بررسی می شوند که متحرک بر روی مسیر مستقیم حرکت میکند(حتی در حرکتهای شتابدار)، پس عموماً راستای حرکت تغییر نمیکند- اما میتواند جهت آن تغییر کند.
به عنوان مثال متحرکی که روی محور x حرکت میکند، میتواند در سوی مثبت محور x حرکت کند و یا در سوی خلاف جهت محور x ،در هر دو حالت متحرک، حرکتی تک بعدی و روی محور x داشته است. همچین متحرکی را در نظر بگیرید که روی محور x و در سوی مثبت آن در حال حرکت است و جهت حرکت آن نیز تغییر نمیکند اما تندی (اندازۀ سرعت) خود را تغییر میدهد. اینها نمونههایی از حرکت شتابدار تک بعدی است.
حرکت شتابدار نیز به دو نوع تقسیم میشود:
البته مورد دوم (بررسی حرکت شتابدار با شتاب متغییر) جزء مباحث درسی فصل اول فیزیک دوازدهم نیست و فقط در مواردی خاص و ساده شتاب این حرکت محاسبه میشود.
