בזריקה אופקית הגוף נע במהירות קבועה בכיוון האופקי, ונופל בנפילה חופשית בכיוון האנכי. התנועה מתוארת בשתי משוואות:
תנועה אופקית (x):
$$ x = v_0 \cdot t $$
תנועה אנכית (y):
$$ y = y_0 - \frac{1}{2} g t^2 $$
כדי לקבל את משוואת המסלול, מוציאים את הזמן מהמשוואה האופקית:
$$ t = \frac{x}{v_0} $$
ומציבים אותו במשוואה האנכית:
$$ y = y_0 - \frac{1}{2} g \left(\frac{x}{v_0}\right)^2 $$
$$ y = y_0 - \frac{g}{2 v_0^2} x^2 $$
זוהי משוואת המסלול הפרבולי של הגוף. היא נותנת את הגובה של הגוף בכל מקום אופקי, בלי צורך לדעת את הזמן.
קינמטיקה בשני ממדים
משוואת מסלול בזריקה אופקית
בזריקה אופקית יש לנו שתי משוואות: מקום אופקי כפונקציה של הזמן, ומקום אנכי כפונקציה של הזמן. נעלים את הזמן ונקבל משוואה אחת לצורת המסלול, ונפתור איתה תרגילים.
זריקה אופקיתהוצאת הזמןפרבולהתרגילים
הרעיון
מה זו משוואת מסלול?
מההתחלההצג פתרון
שאלה: גוף נזרק אופקית מגובה \(20\ \text{m}\) במהירות \(10\ \text{m/s}\). איך מתארים את צורת המסלול?
1. משוואות התנועה נותנות מקום כפונקציה של הזמן, בכל ציר בנפרד:\(x(t),\quad y(t)\)
2. משוואת המסלול מקשרת ישירות בין \(y\) ל-\(x\), בלי זמן. כך יודעים את הגובה בכל מקום אופקי.
הדרך: מוציאים את \(t\) מהמשוואה האופקית, ומציבים במשוואה האנכית.
זריקה אופקית
מוציאים את הזמן
מההתחלההצג פתרון
שאלה: גובה \(y_0=20\ \text{m}\), מהירות \(v_0=10\ \text{m/s}\), \(g=10\ \text{m/s}^2\). מצאו את משוואת המסלול.
1. אופקית, מהירות קבועה. מוציאים את הזמן:\(x=v_0t\ \Rightarrow\ t=\frac{x}{v_0}\)
2. אנכית, נפילה ממנוחה. מציבים את \(t\):\(y=y_0-\tfrac12gt^2=y_0-\frac{g}{2v_0^2}x^2\)
מציבים את המספרים: \(\frac{10}{2\cdot10^2}=0.05\)\(y=20-0.05x^2\)
שימו לב: זו פרבולה: \(y\) תלוי ב-\(x^2\).
זריקה אופקית
שימוש במשוואת המסלול
מההתחלההצג פתרון
שאלה: בעזרת \(y=20-0.05x^2\): איפה הגוף פוגע בקרקע? ובאיזה גובה הוא כשהוא במרחק \(10\ \text{m}\)?
במרחק \(10\ \text{m}\):\(y=20-0.05\cdot10^2=15\ \text{m}\)
שימו לב: בדיקה עם הזמן: \(t=\frac{20}{10}=2\ \text{s}\), ובזמן הזה הגוף נופל \(\tfrac12\cdot10\cdot2^2=20\ \text{m}\). מתאים.
נסו בעצמכם
לקלוע דרך שני סלים
מההתחלההצג פתרון
שאלה: הזיזו את נקודת הירי ואת שני הסלים, בחרו מהירות, ונסו להעביר את הכדור דרך שני הסלים.
1. משוואת המסלול בזריקה אופקית. למעלה רואים אותה עם הגובה והמהירות שבחרתם:\(y=y_0-\frac{g}{2v_0^2}x^2\)
2. שני הסלים נמצאים על המסלול, ולכן כל אחד מהם מקיים את המשוואה:\(y_1=y_0-\frac{g}{2v_0^2}x_1^2\)\(y_2=y_0-\frac{g}{2v_0^2}x_2^2\)
3. מחסרים את המשוואות. גובה הירי מצטמצם, ונשארת רק מהירות הירי:\(y_1-y_2=\frac{g}{2v_0^2}\left(x_2^2-x_1^2\right)\)\(v_0=\sqrt{\frac{g\left(x_2^2-x_1^2\right)}{2\left(y_1-y_2\right)}}\)
4. מציבים את מהירות הירי במשוואה של הסל הראשון:\(y_0=y_1+\frac{g}{2v_0^2}x_1^2\)
הכפתור ״פתרון״ מחשב את זה לפי המיקום הנוכחי של הסלים. הסל הרחוק חייב להיות נמוך יותר, אחרת אין פתרון.
הפתרון לסלים במיקום הנוכחי
חזרה למשחק
1. המיקומים של שני הסלים:
2. מציבים את המספרים בנוסחה של מהירות הירי:
3. מציבים את מהירות הירי בנוסחה של גובה הירי:
4. בדיקה: האם הסל השני נמצא על המסלול?
הגובה והמהירות עודכנו במשחק. לחצו ״חזרה למשחק״ ואז ירי.
מהירות הירי: 8.0 m/s
▶ יריפתרון
גררו את נקודת הירי ואת הסלים
תרגיל 1
חבילה ממטוס
מההתחלההצג פתרון
שאלה: מטוס טס אופקית ומשחרר חבילה. בדרך יש עץ. האם החבילה עוברת מעל העץ?