Mișcarea și repausul

Elevii studiază conceptele de mișcare, repaus, sistem de referință și descrierea traiectoriei.

Sistemul de referință — de unde privim mișcarea

Ca să putem spune dacă un corp se mișcă sau stă pe loc, trebuie mai întâi să alegem față de CE îl comparăm. Corpul ales drept punct de comparație se numește corp de referință (sau reper).

Un sistem de referință este format din:

• un corp de referință (de exemplu un stâlp, o clădire, Pământul);
• un instrument pentru măsurarea distanțelor (rigla, ruleta);
• un instrument pentru măsurarea timpului (ceasul, cronometrul).

Corpul aflat în mișcare, a cărui deplasare o studiem, se numește mobil.

De ce avem nevoie de toate trei? Pentru că a descrie o mișcare înseamnă a spune unde se află mobilul (distanțe) și când se află acolo (timp), raportat mereu la corpul de referință ales. Fără reper, întrebarea „se mișcă acest corp?” nu are niciun răspuns — este ca și cum ai întreba „este departe?” fără să spui față de ce.

Mișcare și repaus — totul depinde de reper

Un corp este în mișcare atunci când își schimbă poziția față de corpul de referință ales. Un corp este în repaus atunci când poziția lui față de corpul de referință nu se schimbă în timp.

Cea mai importantă idee a capitolului: mișcarea și repausul sunt relative. Același corp poate fi în mișcare față de un reper și în repaus față de altul, în același moment.

Exemplul clasic: un călător stă pe scaun într-un tren care merge.

• Față de vagon (reperul din interior), călătorul este în repaus — poziția lui față de scaun nu se schimbă.
• Față de gară (reperul de afară), călătorul este în mișcare — se îndepărtează de peron odată cu trenul.

De aceea, la orice problemă de mișcare, primul pas este să identifici reperul. Confuzia clasică este să spui că un corp „se mișcă” sau „stă” la modul absolut — corect este întotdeauna „se mișcă față de...” sau „este în repaus față de...”.

Traiectoria unui mobil

Traiectoria este linia descrisă de un mobil în timpul mișcării sale — adică drumul „desenat” de mobil, format din toate pozițiile prin care trece.

După forma traiectoriei, mișcările se clasifică în:

• mișcare rectilinie — traiectoria este o linie dreaptă (un tren pe o porțiune dreaptă de cale ferată, un măr care cade liber);
• mișcare curbilinie — traiectoria este o linie curbă (o minge aruncată spre coș, un călușel din parc, vârful acului de ceas).

Atenție: și traiectoria depinde de sistemul de referință! Ventilul (supapa) roții de bicicletă descrie, față de bicicletă, un cerc; față de șosea însă, descrie o curbă complicată, pentru că roata și înaintează, și se rotește.

O confuzie frecventă: traiectoria nu este o mărime fizică și nu se măsoară — este o linie, o formă geometrică. Ceea ce se măsoară este lungimea drumului parcurs de-a lungul traiectoriei, adică distanța parcursă, despre care vorbim imediat.

Distanța parcursă și durata mișcării

Distanța parcursă (notată de obicei cu d) este lungimea drumului străbătut de mobil de-a lungul traiectoriei. Este o mărime fizică și se măsoară cu unități de lungime.

• Unitatea de măsură în Sistemul Internațional (SI) este metrul (m).
• Multipli și submultipli utili: 1 km = 1 000 m; 1 m = 100 cm = 1 000 mm.

Durata mișcării (notată cu t sau Δt) este intervalul de timp în care are loc deplasarea: durata = momentul final − momentul inițial.

• Unitatea de măsură în SI este secunda (s).
• De reținut pentru transformări: 1 min = 60 s; 1 h = 3 600 s (nu 100 s și nici 1 000 s — ceasul nu lucrează în sistem zecimal!).

Capcană clasică: distanța parcursă nu este totuna cu „depărtarea” față de punctul de plecare. Dacă alergi o tură completă pe un stadion de 400 m, distanța parcursă este 400 m, dar ai ajuns exact de unde ai plecat. Distanța parcursă se adună mereu de-a lungul drumului, pas cu pas.

Mișcarea rectilinie uniformă

Mișcarea rectilinie uniformă este mișcarea în care mobilul:

• se deplasează pe o traiectorie rectilinie (linie dreaptă) și
• parcurge distanțe egale în intervale de timp egale, oricum am alege acele intervale.

Cu alte cuvinte, mobilul „merge la fel” tot timpul: nici nu accelerează, nici nu încetinește, nici nu virează. Exemple aproximative din viața reală: un tren pe o porțiune dreaptă, cu vitezometrul blocat pe aceeași valoare; scările rulante; banda transportoare de la casa de marcat.

Dacă mobilul parcurge distanțe diferite în intervale de timp egale, mișcarea se numește variată: atunci când distanțele cresc, mișcarea este accelerată (un tren care pleacă din gară), iar când scad, mișcarea este încetinită (un tren care frânează la peron).

De ce este importantă mișcarea rectilinie uniformă? Pentru că este cel mai simplu tip de mișcare și singurul în care viteza rămâne constantă — pe ea se construiesc toate calculele cu viteza din capitolul următor.

Viteza medie — cât de repede se mișcă un mobil

Două mobile pot parcurge aceeași distanță în timpi diferiți — spunem că au rapidități diferite. Mărimea fizică ce descrie rapiditatea mișcării este viteza medie.

Viteza medie este raportul dintre distanța totală parcursă și durata totală a mișcării:

• v = d / t

Unitatea de măsură în SI este metrul pe secundă (m/s). În viața de zi cu zi folosim des și kilometrul pe oră (km/h) — vitezometrul mașinii arată km/h.

O viteză medie de 5 m/s înseamnă că, în medie, mobilul parcurge 5 metri în fiecare secundă. Cuvântul „în medie” este esențial: pe drum mobilul poate să meargă mai repede, să încetinească sau chiar să stea la semafor — viteza medie „netezește” toate aceste variații într-un singur număr.

Doar la mișcarea rectilinie uniformă viteza este aceeași în orice moment și pe orice porțiune — acolo viteza medie coincide cu viteza mobilului. La mișcarea variată, viteza medie este doar o valoare de ansamblu, nu viteza dintr-un anumit moment.

Test — 6 întrebări ca la examen