מבוא מתמטי
קינמטיקה
חוקי ניוטון
1 מ 4

לעמוד הבית

בגרות – שתי סירות

הגרף מתאר את מקומן של שתי סירות, א' ו-ב', כפונקציה של הזמן, כשהן נעות במסלולים ישרים מקבילים. שתי הסירות יוצאות מ-\( x=0 \) ברגע \( t=0 \), ולאחר \( 230\ \mathrm{s} \) שתיהן מגיעות ל-\( x=4\ \mathrm{km} \). מהגרף: מ-\( t=150\ \mathrm{s} \) עד \( t=230\ \mathrm{s} \) סירה ב' נעה בתאוצה קבועה.

א. הגדרת "מהירות ממוצעת"

מהירות ממוצעת מוגדרת כהעתק הכולל של הגוף, חלקי הזמן הכולל שחלף:

$$ \bar v = \frac{\Delta x}{\Delta t} $$

היא תלויה רק בנקודת ההתחלה ובנקודת הסיום ובזמן הכולל - ולא בפרטי התנועה בדרך (המסלול המדויק, קטעי ההאצה וההאטה וכדומה).

ב. השוואת המהירויות הממוצעות של שתי הסירות

שתי הסירות יוצאות מאותה נקודה (\( x=0 \)) באותו רגע, ולאחר אותו פרק זמן (\( 230\ \mathrm{s} \)) שתיהן מגיעות לאותה נקודה (\( x=4\ \mathrm{km} \)). מכיוון שהמהירות הממוצעת תלויה רק בהעתק הכולל ובזמן הכולל - שזהים עבור שתי הסירות - המהירות הממוצעת של סירה א' שווה למהירות הממוצעת של סירה ב', למרות שהמסלולים שלהן (הגרפים) שונים לגמרי בדרך.

ג. סימן התאוצה של סירה ב'

מהרגע \( t=150\ \mathrm{s} \) עד \( t=230\ \mathrm{s} \) גרף המקום-זמן של סירה ב' מעוקל כלפי מטה (משתטח בהדרגה) - כלומר השיפוע שלו, שהוא המהירות, הולך וקטן. לכן תאוצת סירה ב' באותו קטע שלילית.

ד. גודל תאוצת סירה ב' החל מהרגע t=150s

עד \( t=150\ \mathrm{s} \) סירה ב' נעה בקו ישר ממקום \( x=0 \) למקום \( x=3\ \mathrm{km} \), כלומר במהירות קבועה:

$$ v_0 = \frac{3000\ \mathrm{m}}{150\ \mathrm{s}} = 20\ \mathrm{m/s} $$

זוהי גם מהירותה של סירה ב' בכניסה לקטע התאוצה הקבועה, ב-\( t=150\ \mathrm{s} \). באותו קטע (\( \Delta t = 230-150=80\ \mathrm{s} \)) היא עוברת מ-\( x=3\ \mathrm{km} \) ל-\( x=4\ \mathrm{km} \), כלומר \( \Delta x = 1000\ \mathrm{m} \). מציבים בנוסחת המיקום עם תאוצה קבועה:

$$ 1000 = 20\times80 + \tfrac12 a\times80^2 $$

$$ 1000 = 1600 + 3200a \quad\Rightarrow\quad a = \frac{1000-1600}{3200} = -0.1875\ \mathrm{m/s^2} $$

גודל התאוצה הוא כ-\( 0.19\ \mathrm{m/s^2} \) (שלילית, כפי שנקבע בסעיף ג').

ה. גרף המהירות של סירה ב'

מ-\( t=0 \) עד \( t=150\ \mathrm{s} \): קו ישר אופקי בגובה \( v=20\ \mathrm{m/s} \) (מהירות קבועה).

מ-\( t=150\ \mathrm{s} \) עד \( t=230\ \mathrm{s} \): קו ישר יורד (תאוצה קבועה ושלילית), מ-\( 20\ \mathrm{m/s} \) עד למהירות הסופית:

$$ v(230) = v_0+a\Delta t = 20+(-0.1875)\times80 = 5\ \mathrm{m/s} $$

המהירות הסופית שאליה מגיעה סירה ב' בתום 230 השניות היא \( 5\ \mathrm{m/s} \).

בדיקה: השטח מתחת לגרף המהירות הוא ההעתק. מלבן \( 20\times150=3000\ \mathrm{m} \) ועוד טרפז \( \frac{20+5}{2}\times80=1000\ \mathrm{m} \), ובסך הכול \( 4000\ \mathrm{m} \), בדיוק כמו בגרף המקום.

בגרות 2013 · שאלה 1
שתי סירות
שתי סירות יוצאות יחד ומגיעות יחד, אבל בדרכים שונות. נקרא את גרף המקום-זמן, נשווה מהירויות ממוצעות, נחשב תאוצה, ונשרטט את גרף המהירות.
גרף מקום-זמןמהירות ממוצעתתאוצהגרף מהירות

הנתונים
הגרף
מההתחלההצג פתרון
שאלה: הגרף מתאר את המקום של שתי סירות, א' ו-ב', כפונקציה של הזמן. הסירות נעות במסלולים ישרים מקבילים.
יציאה: שתי הסירות יוצאות מאותו מקום, באותו רגע.\(t=0,\quad x=0\)
הגעה: שתיהן מגיעות לאותו מקום, באותו רגע.\(t=230\ \text{s},\quad x=4\ \text{km}\)
סירה ב': מ-150 שניות ועד 230 שניות היא נעה בתאוצה קבועה.

501001502002501000200030004000t (s)x (m)BA

סעיף א
מהירות ממוצעת
מההתחלההצג פתרון
שאלה: הגדירו את המושג "מהירות ממוצעת".
1. מהירות ממוצעת היא ההעתק הכולל חלקי הזמן הכולל:\(\bar v=\frac{\Delta x}{\Delta t}\)
היא תלויה רק בנקודת ההתחלה, בנקודת הסיום ובזמן. לא במה שקרה בדרך.

501001502002501000200030004000t (s)x (m)BA

סעיף ב
השוואת המהירויות הממוצעות
מההתחלההצג פתרון
שאלה: האם המהירות הממוצעת של סירה א' גדולה, קטנה או שווה למהירות הממוצעת של סירה ב', במשך 230 שניות?
1. מהגרף, לשתי הסירות אותו העתק ואותו זמן:\(\Delta x=4000\ \text{m},\quad \Delta t=230\ \text{s}\)
2. לכן לשתיהן אותה מהירות ממוצעת:\(\bar v=\frac{\Delta x}{\Delta t}\)\(\bar v=\frac{4000}{230}\approx17.4\ \text{m/s}\)
המהירויות הממוצעות שוות, אף שהגרפים שונים לגמרי בדרך.
שימו לב: בגרף, המהירות הממוצעת היא השיפוע של הקו שמחבר את נקודת ההתחלה לנקודת הסיום. לשתי הסירות זה אותו קו.

501001502002501000200030004000t (s)x (m)BA

סעיף ג
סימן התאוצה
מההתחלההצג פתרון
שאלה: החל מ-150 שניות סירה ב' נעה בתאוצה קבועה. האם התאוצה חיובית או שלילית?
1. השיפוע של גרף מקום-זמן הוא המהירות.
2. מ-150 שניות הגרף של סירה ב' מתעקל ומשתטח. המשיק הולך ונעשה פחות תלול, כלומר המהירות קטנה.
המהירות קטנה, ולכן התאוצה שלילית.

501001502002501000200030004000t (s)x (m)BA

סעיף ד
גודל התאוצה: קריאת הגרף
מההתחלההצג פתרון
שאלה: חשבו את גודל התאוצה של סירה ב' החל מ-150 שניות.
1. עד 150 שניות הגרף של סירה ב' ישר, כלומר מהירות קבועה. זו המהירות שבה היא נכנסת לקטע התאוצה:\(v_0=\frac{\Delta x}{\Delta t}\)\(v_0=\frac{3000}{150}=20\ \text{m/s}\)
2. בקטע התאוצה, מהגרף:\(\Delta t=230-150=80\ \text{s}\)\(\Delta x=4000-3000=1000\ \text{m}\)

501001502002501000200030004000t (s)x (m)BA150 s3000 m80 s1000 m

סעיף ד
גודל התאוצה: החישוב
מההתחלההצג פתרון
שאלה: חשבו את גודל התאוצה של סירה ב' החל מ-150 שניות.
1. משוואת המקום בתאוצה קבועה. מתחילים ב-150 שניות, במקום 3000 מטר:\(x=x_0+v_0\,t+\tfrac12a\,t^2\)\(4000=3000+20\cdot80+\tfrac12a\cdot80^2\)
2. מסדרים:\(4000=3000+1600+3200a\)\(a=\frac{4000-3000-1600}{3200}=-0.1875\ \text{m/s}^2\)
גודל התאוצה:\(|a|\approx0.19\ \text{m/s}^2\)
שימו לב: הסימן השלילי מתאים למה שמצאנו בסעיף ג.

501001502002501000200030004000t (s)x (m)BA150 s3000 m80 s1000 m

סעיף ה
גרף המהירות של סירה ב'
מההתחלההצג פתרון
שאלה: שרטטו גרף של מהירות סירה ב' כפונקציה של הזמן, וציינו את המהירות הסופית.
1. עד 150 שניות המהירות קבועה. קו אופקי:\(v=20\ \text{m/s}\)
2. מ-150 עד 230 שניות התאוצה קבועה ושלילית. קו ישר יורד, עד המהירות הסופית:\(v=v_0+a\,\Delta t\)\(v=20-0.1875\cdot80\)
המהירות הסופית:\(v=5\ \text{m/s}\)
בדיקה: השטח מתחת לגרף המהירות הוא ההעתק.\(\Delta x=20\cdot150+\frac{20+5}{2}\cdot80\)\(\Delta x=3000+1000=4000\ \text{m}\)

50100150200250510152025t (s)v (m/s)5 m/s

→ הקודם1 / 7מסך מלאהבא ←

הגשת מטלה

📎

גרור לכאן או לחץ לבחירת קובץ

PDF, JPG, JPEG, PNG · עד 10MB לקובץ · ניתן לבחור מספר קבצים