Kinematik: Kommentierte und gelöste Aufgaben

DAS Kinematik es ist der Bereich der Physik, der Bewegung studiert, ohne jedoch die Ursachen dieser Bewegung zu berücksichtigen.

Auf diesem Gebiet untersuchen wir hauptsächlich gleichförmige geradlinige Bewegungen, gleichförmig beschleunigte geradlinige Bewegungen und gleichförmige Kreisbewegungen.

Nutzen Sie die kommentierten Fragen, um alle Ihre Zweifel an diesem Inhalt auszuräumen.

Gelöste Übungen

Frage 1

(IFPR - 2018) Ein Fahrzeug fährt mit 108 km/h auf einer Autobahn, wobei die zulässige Höchstgeschwindigkeit 110 km/h beträgt. Indem er auf das Handy des Fahrers tippt, lenkt er seine Aufmerksamkeit rücksichtslos über 4s auf das Telefon. Die Distanz, die das Fahrzeug während der 4 s zurücklegte, in denen es sich ohne die Aufmerksamkeit des Fahrers bewegte, in m, war gleich:

a) 132.
b) 146.
c) 168.
d) 120.

Siehe Antwort

Richtige Alternative: d) 120

Da die Fahrzeuggeschwindigkeit während der 4s konstant geblieben ist, verwenden wir die Stundengleichung der gleichförmigen Bewegung, d.h.:

y = y₀ + v.t

Bevor wir die Werte ersetzen, müssen wir die Geschwindigkeitseinheit von km/h in m/s umwandeln. Teilen Sie dazu einfach durch 3,6:

v = 108: 3,6 = 30 m/s

Wenn wir die Werte ersetzen, finden wir:

y - y₀ = 30. 4 = 120m

Um mehr zu erfahren, siehe auch: Gleichmäßige Bewegung

Frage 2

(PUC/SP - 2018) Durch einen PVC-Reduktionshandschuh, der Teil eines Rohres wird, fließen 180 Liter Wasser pro Minute. Die Innendurchmesser dieser Muffe betragen 100 mm für den Wassereinlass und 60 mm für den Wasserauslass.

Bestimmen Sie in m/s die ungefähre Geschwindigkeit, mit der das Wasser diesen Handschuh verlässt.

a) 0,8
b) 1,1
c) 1,8
d) 4.1

Siehe Antwort

Richtige Alternative: b) 1.1

Wir können den Durchfluss in der Rohrleitung berechnen, indem wir das Flüssigkeitsvolumen durch die Zeit dividieren. Allerdings müssen wir die Einheiten auf das internationale Maßsystem übertragen.

Also müssen wir Minuten in Sekunden und Liter in Kubikmeter umwandeln. Dazu verwenden wir die folgenden Beziehungen:

• 1 Minute = 60 s
• 1 l = 1 dm³ = 0,001 m³⇒ 180 l = 0,18 m³

Nun können wir den Durchfluss (Z) berechnen:

Um den Wert der Wasseraustrittsgeschwindigkeit zu ermitteln, verwenden wir die Tatsache, dass der Durchfluss gleich der Rohrfläche multipliziert mit der Geschwindigkeit ist, dh:

Z = A. v

Um diese Berechnung durchzuführen, müssen wir zuerst den Wert der Ausgabefläche kennen und verwenden dafür die Formel für die Fläche eines Kreises:

A =. R²

Wir wissen, dass der Ausgangsdurchmesser 60 mm beträgt, der Radius beträgt also 30 mm = 0,03 m. Betrachtet man den Näherungswert von π = 3,1 und setzt man diese Werte ein, so erhält man:

A=3.1. (0,03)² = 0,00279 m²

Jetzt können wir den Geschwindigkeitswert finden, indem wir den Durchfluss- und Flächenwert ersetzen:

Um mehr zu erfahren, siehe auch: Physikalische Formeln

Frage 3

(PUC/RJ - 2017) Vom Boden aus wird ein Ball mit der Geschwindigkeit v senkrecht abgeschossen und erreicht eine maximale Höhe h. Wenn die Wurfgeschwindigkeit um 3 V erhöht wird, beträgt die neue maximale Endhöhe, die der Ball erreicht: (Luftwiderstand vernachlässigen)

a) 2h
b) 4h
c) 8 Uhr morgens
d) 9 Uhr
e) 16h

Siehe Antwort

Richtige Alternative: e) 16h

Die Höhe, die der Ball erreicht, kann mit der Torricelli-Gleichung berechnet werden, dh:

v² = v₀² - 2.g.h

Die Erdbeschleunigung ist beim Aufsteigen des Balls negativ. Außerdem ist die Geschwindigkeit, wenn der Ball seine maximale Höhe erreicht, gleich Null.

In der ersten Situation wird der Wert von h also wie folgt ermittelt:

In der zweiten Situation wurde die Geschwindigkeit um 3 V erhöht, dh die Startgeschwindigkeit wurde geändert auf:

v₂ = v + 3v = 4v

In der zweiten Situation beträgt die von der Kugel erreichte Höhe also:

Alternative: e) 16h

Um mehr zu erfahren, siehe auch: Gleichmäßig variierte geradlinige Bewegung

Frage 4

(UECE - 2016 - 2. Phase) Betrachten Sie einen Stein im freien Fall und ein Kind auf einem Karussell, das sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht. Über die Bewegung des Steins und des Kindes ist es richtig zu sagen, dass

a) Die Beschleunigung des Steins variiert und das Kind dreht sich ohne Beschleunigung.
b) der Stein fällt ohne Beschleunigung und das Kind dreht sich mit konstanter Beschleunigung.
c) die Beschleunigung in beiden ist null.
d) beide unterliegen konstanten Modulbeschleunigungen.

Siehe Antwort

Richtige Alternative: d) beide erfahren konstante Modulo-Beschleunigungen.

Sowohl Geschwindigkeit als auch Beschleunigung sind vektorielle Größen, dh sie werden durch Betrag, Richtung und Richtung charakterisiert.

Damit eine solche Menge variiert werden kann, ist es erforderlich, dass mindestens eines dieser Attribute modifiziert wird.

Wenn sich ein Körper im freien Fall befindet, variiert sein Geschwindigkeitsmodul gleichmäßig mit einer konstanten Beschleunigung von 9,8 m/s² (Erdbeschleunigung).

Im Karussell ist das Geschwindigkeitsmodul konstant, seine Richtung variiert jedoch. In diesem Fall hat der Körper eine konstante Beschleunigung und zeigt auf den Mittelpunkt der Kreisbahn (Zentripetal).

Auch sehen: Übungen zur gleichmäßigen Kreisbewegung

Frage 5

(UFLA - 2016) Ein Stein wurde senkrecht nach oben geworfen. Während es steigt, wird die
a) Geschwindigkeit nimmt ab und Beschleunigung nimmt ab
b) Geschwindigkeit nimmt ab und Beschleunigung zu
c) die Geschwindigkeit ist konstant und die Beschleunigung nimmt ab
d) die Geschwindigkeit nimmt ab und die Beschleunigung ist konstant

Siehe Antwort

Richtige Alternative: d) Geschwindigkeit nimmt ab und Beschleunigung ist konstant

Wenn ein Körper senkrecht nach oben, nahe der Erdoberfläche, geschleudert wird, erleidet er die Wirkung einer Gravitationskraft.

Diese Kraft gibt Ihnen eine konstante Beschleunigung des Moduls von 9,8 m/s², vertikale Richtung und Abwärtsrichtung. Auf diese Weise verringert sich das Geschwindigkeitsmodul, bis es den Wert gleich Null erreicht.

Frage 6

(UFLA - 2016) Die skalierte Abbildung zeigt die Verschiebungsvektoren einer Ameise, die beim Verlassen von Punkt I nach 3 min und 20 s den Punkt F erreicht. Der Modul des mittleren Geschwindigkeitsvektors der Bewegung der Ameise auf diesem Weg war:

a) 0,15 cm/s
b) 0,25 cm/s
c) 0,30 cm/s
d) 0,50 cm/s

Siehe Antwort

Richtige Alternative: b) 0,25 cm/s

Der Modul des mittleren Geschwindigkeitsvektors wird durch Berechnung des Verhältnisses zwischen dem Modul des Verschiebungsvektors und der Zeit ermittelt.

Um den Verschiebungsvektor zu finden, müssen wir den Startpunkt mit dem Endpunkt der Flugbahn der Ameise verbinden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

Beachten Sie, dass sein Modul mit dem Satz des Pythagoras ermittelt werden kann, da die Länge des Vektors gleich der Hypotenuse des angegebenen Dreiecks ist.

Bevor wir die Geschwindigkeit finden, müssen wir die Zeit von Minuten in Sekunden umwandeln. Da 1 Minute 60 Sekunden entspricht, haben wir:

t = 3. 60 + 20 = 180 + 20 = 200 s

Jetzt können wir das Geschwindigkeitsmodul finden, indem wir Folgendes tun:

Auch sehen: Kinematik

Frage 7

(IFMG - 2016) Aufgrund eines schweren Unfalls, der sich in einem Erzrückstandsdamm ereignete, drang eine erste Welle dieser Rückstände schneller in ein hydrographisches Becken ein. Eine Schätzung für die Größe dieser Welle ist 20 km lang. Ein städtischer Abschnitt dieses hydrographischen Beckens ist etwa 25 km lang. Unter der Annahme, dass die durchschnittliche Geschwindigkeit, mit der die Welle den Flusskanal passiert, in diesem Fall 0,25 m/s beträgt, Gesamtzeit des Wellendurchgangs durch die Stadt, gerechnet ab dem Eintreffen der Welle im Stadtgebiet, beträgt im:

a) 10 Stunden
b) 50 Stunden
c) 80 Stunden
d) 20 Stunden

Siehe Antwort

Richtige Alternative: b) 50 Stunden

Die von der Welle zurückgelegte Entfernung beträgt 45 km, dh das Maß ihrer Ausdehnung (20 km) zuzüglich der Ausdehnung der Stadt (25 km).

Um die Gesamtdurchfahrtszeit zu ermitteln, verwenden wir die Durchschnittsgeschwindigkeitsformel wie folgt:

Vor dem Ersetzen der Werte müssen wir jedoch die Geschwindigkeitseinheit in km/h umwandeln, daher wird das Ergebnis für die Zeit in Stunden angezeigt, wie in den Optionen angegeben.

Bei dieser Transformation haben wir:

v_ich = 0,25. 3,6 = 0,9 km/h

Wenn wir die Werte in der Durchschnittsgeschwindigkeitsformel einsetzen, finden wir:

Frage 8

(UFLA - 2015) Blitze sind ein komplexes Naturphänomen, bei dem viele Aspekte noch unbekannt sind. Einer dieser Aspekte, kaum sichtbar, tritt zu Beginn der Entladungsausbreitung auf. Die Entladung von der Wolke zum Boden beginnt in einem Prozess der Ionisierung der Luft von der Basis der Wolke und breitet sich in Stufen aus, die als aufeinanderfolgende Schritte bezeichnet werden. Eine Hochgeschwindigkeits-Bild-pro-Sekunde-Kamera identifizierte 8 Schritte zu je 50 m für eine bestimmte Entladung mit Zeitintervallaufzeichnungen von 5,0 x 10^-4 Sekunden pro Schritt. Die durchschnittliche Ausbreitungsgeschwindigkeit der Entladung, in diesem Anfangsstadium als Stufenleiter bezeichnet, beträgt
a) 1,0 x 10^-4 Frau
b) 1,0 x 10⁵ Frau
c) 8,0 x 10⁵ Frau
d) 8,0 x 10^-4 Frau

Siehe Antwort

Richtige Alternative: b) 1.0 x 10⁵ Frau

Die durchschnittliche Ausbreitungsgeschwindigkeit wird wie folgt ermittelt:

Um den Wert von Δs zu finden, multiplizieren Sie einfach 8 mit 50 m, da es 8 Schritte mit jeweils 50 m gibt. So:

s = 50. 8 = 400m.

Da das Intervall zwischen jedem Schritt 5,0 beträgt. 10^-4 s, für 8 Schritte ist die Zeit gleich:

t = 8. 5,0. 10^-4 = 40. 10^-4 = 4. 10^-3 so

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