background image

Mechanika dla studentów I roku 

Zestaw 2: kinematyka 

 

1.  Kinematyka – jednostki. 

a)  Goł b osi ga szybko  v = 1800 cm/s. Wyrazi  t  szybko  w km/h. 
b)  Przyspieszenie a = 240 cm/s

2

 wyrazi  w m/min

2

. 

c) 

rednia szybko  poci gu osobowego wynosi v = 54 km/h. Wyrazi  t  

szybko  w cm/s. 

d)  Przyspieszenie a = 9,80 m/s

2

 wyrazi  w km/h

2

2.  Kinematyka – ruch jednowymiarowy. 

Ciało porusza si  ruchem prostoliniowym bez pr dko ci pocz tkowej i ze stałym 
przyspieszeniem o warto ci = 18 cm/s

2

. Obliczy  drog  s przebyt  przez to ciało w 

ci gu = 20 s, licz c od momentu rozpocz cia ruchu . 

3.  Kinematyka – ruch jednowymiarowy. 

Ciało porusza si  po linii prostej ze stałym co do warto ci przyspieszeniem a = 4,5 
m/s

2

. Wyznaczy  pr dko  pocz tkow  tego ciało, je eli wiadomo,  e po czasie = 5 s 

od chwili rozpocz cia ruchu jego pr dko  wynosi v = 3,25 m/s. Jak  drog  przebyło 
to ciało w czasie pierwszych 5 s swego ruchu? 

4.  Kinematyka – ruch jednowymiarowy. 

Ciało porusza si  ruchem prostoliniowym bez pr dko ci pocz tkowej. Wiadomo,  e w 
ci gu pi tej sekundy ruchu ciało przebyło drog  s = 3,6 m. Ile wynosi przyspieszenie 
tego ciała. 

5.  Kinematyka – ruch jednowymiarowy. 

Dwie cz stki poruszaj  si  wzdłu  osi OX, naprzeciw siebie, z szybko ciami 
odpowiednio 1,5 m/s i 3,5 m/s. W chwili rozpocz cia ruchu cz stki s  od siebie 
odległe o 300 m. Kiedy i gdzie cz stki si  spotkaj ? Zadania rozwi za  rachunkiem 
oraz  wykre lnie. 

6.  Kinematyka – ruch jednowymiarowy. 

Dwie cz stki poruszaj  si  wzdłu  osi OX z pr dko ciami odpowiednio v

1

 = 8 m/s i v

2

 

= 4 m/s. Poło enia pocz tkowe obu cz stek wynosz  x

1

(0) = -21 m, a x

2

(0) = 7 m. Po 

jakim czasie pierwsza cz stka dogoni drug  i w jakim miejscu to nast pi? Sporz dzi  
wykres ruchu czyli wykres funkcji x

1

(t) i x

2

(t). 

7.  Kinematyka – ruch jednowymiarowy. 

Z miasta wyrusza samochód, poruszaj cy si  ruchem jednostajnym prostoliniowym 
(wzdłu  osi OX) z szybko ci  80 km/h. Po upływie 1,5 h, w  lad za samochodem 
wyrusza motocykl, którego szybko  wynosi 100 km/h. Po jakim czasie i w którym 
miejscu motocykl dogoni samochód? Sporz dzi  wykres ruchu x(t) dla samochodu i 
motocykla. 

8.  Kinematyka – ruch jednowymiarowy. 

Ciało  porusza  si   ruchem  prostoliniowym  wzdłu   osi  OX  i  wiadomo,  e  x(t)  =  At  + 
B/(t+C)+Dt

3

. Warto ci stałych wynosz  odpowiednio: = 2 m/s, = 1 m·s, = 3 s 

oraz  =  2  m/s

3

.  Obliczy   redni  pr dko  oraz  rednie  przyspieszenie  tego  ciała w 

pierwszej, drugiej i trzeciej sekundzie ruchu. Obliczy  tak e szybko  i przyspieszenie 
chwilowe po pierwszej, drugiej i trzeciej sekundzie ruchu 

9.  Kinematyka – ruch jednowymiarowy. 

Ciało porusza si  ruchem prostoliniowym wzdłu  osi OX i wiadomo,  e x(t) = At + 
B/
(t

2

+C)+Dt

2

. Warto ci stałych wynosz  odpowiednio: = 1 m/s, = 2 m·s

2

= 3 s

2

 

oraz = 3 m/s

2

. Obliczy   redni  pr dko  oraz  rednie przyspieszenie tego ciała w 

background image

pierwszej, drugiej i trzeciej sekundzie ruchu. Obliczy  tak e szybko  i przyspieszenie 
chwilowe po pierwszej, drugiej i trzeciej sekundzie ruchu. 

10. Kinematyka – ruch jednowymiarowy. 

Ciało  porusza  si   ruchem  prostoliniowym  wzdłu   osi  OX  i  wiadomo,  e  x(t)  =  A  + 
Bt

2

+Ct

3

.  Warto ci  stałych  wynosz   odpowiednio:  A  =  3  m,  B  =  2  m/s

2

,  C  =  1  m/s

3

Obliczy   redni  pr dko  oraz  rednie przyspieszenie tego ciała w pierwszej, drugiej 
i  trzeciej  sekundzie  ruchu.  Obliczy   tak e  szybko   i  przyspieszenie  chwilowe  po 
pierwszej, drugiej i trzeciej sekundzie ruchu 

11. Kinematyka – ruch jednowymiarowy (spadek swobodny). 

W szyb kopalni o gł boko ci h = 42,5 m spada swobodnie kamie . Po jakim czasie od 
chwili puszczenia kamienia usłyszymy jego uderzenie w dno szybu? Szybko  
rozchodzenia si  fal głosowych w powietrzu wynosi c = 340 m/s. 

12. Kinematyka – ruch jednowymiarowy (spadek swobodny). 

Ciało spada swobodnie z wysoko ci h = 19,6 m. Jak  drog  ciało przeb dzie w ci gu 
pierwszej 0,1 s ruchu, a jak  w ci gu ostatniej 0,1 s ruchu? Opór powietrza zaniedba . 

13. Kinematyka – ruch jednowymiarowy (spadek swobodny). 

Ciało swobodnie spadaj ce przebyło w ostatniej sekundzie swego ruchu drog  s = 23,1 
m. Z jakiej wysoko ci spadło ciało i ile trwał cały spadek tego ciała? 

14. Kinematyka – ruch dwuwymiarowy (rzut uko ny). 

Pocisk wystrzelono z szybko ci  v

0

 i pod k tem   do poziomu. Znale : 

a)  zale no  współrz dnych pocisku od czasu x(t) oraz y(t); 
b)  równanie toru ruchu; 
c)  składowe pr dko ci v(t) oraz szybko  v; 
d)  
zasi g rzutu, czas jego trwania, maksymaln  wysoko  na jak  wzniesie si  pocisk. 
Pod jakim k tem nale y wystrzeli  pocisk, aby zasi g rzutu był maksymalny? Dla 
jakiej warto ci k ta  , zasi g rzutu b dzie dwa raz wi kszy od osi gni tej wysoko ci? 
Opory powietrza zaniedba . Ruch odbywa si  w obecno ci stałego i skierowanego 
pionowo w dół przyspieszenia ziemskiego o warto ci g

15. Kinematyka – ruch dwuwymiarowy (rzut poziomy). 

Cz stk  rzucono poziomo z szybko ci  v

0x

 = 15 m/s. Obliczy  przyspieszenie 

normalne i styczne tej cz stki oraz promie  krzywizny toru 



 tej cz stki po czasie 1 

sekundy od momentu rozpocz cia ruchu. Opory powietrza zaniedba . Ruch odbywa 
si  w obecno ci stałego i skierowanego pionowo w dół przyspieszenia ziemskiego o 
warto ci g. 

16. Kinematyka – ruch dwuwymiarowy. 

Ruch cz stki opisuj  równania: 

( )

cos

,

( )

sin

,

x t

a

t

y t

a

t

ω

ω

=
=

 

gdzie a i 



 s  dodatnimi stałymi. Znale  

a)  równanie toru ruchu; 
b)  składowe styczn  i normaln  przyspieszenia cz stki; 
c)  
warto  promienia krzywizny 



. 

17. Kinematyka – ruch trójwymiarowy. 

Ruch cz stki opisuj  równania: 

( )

/

2

( )

cos 2

, e

, 1

,

t

t

R

t

at

τ

ω

=

+

r

 

gdzie R



,   i a s  stałymi o odpowiednim wymiarze (jakim?). Wyznaczy  składowe 

pr dko ci i przyspieszenia cz stki jako funkcje czasu.  

18. Kinematyka – ruch trójwymiarowy. 

Ruch cz stki opisuj  równania: 

background image

( )

/

4

( )

cos 3

, e

, 1

,

t

t

R

t

bt

τ

ω

=

+

r

 

gdzie R



,   i b s  stałymi o odpowiednim wymiarze (jakim?). Wyznaczy  składowe 

pr dko ci i przyspieszenia cz stki jako funkcje czasu. 

19. Kinematyka – ruch trójwymiarowy. 

Ruch cz stki opisuj  równania: 

( )

/

( )

sin

, e

, 1

,

t

t

R

t

ct

τ

ω

=

+

r

 

gdzie R



,   i c s  stałymi o odpowiednim wymiarze (jakim?). Wyznaczy  składowe 

pr dko ci i przyspieszenia cz stki jako funkcje czasu. 

20. Kinematyka – ruch trójwymiarowy. 

Równania ruchu dwóch cz stek opisuj  równania: 

2

1

01

1

1

2

02

2

1

( )

,

2

( )

,

t

t

t

t

t

=

+

+

=

+

r

r

v

a

r

r

v

 

gdzie odpowiednie wektory maj  (w układzie jednostek SI) nast puj ce składowe: 

01

1

1

02

2

[0, 2, 0],

[3,1, 2],

[2, 2, 0];

[1, 0,1],

[0, 2,1].

=

=

=

=

=

r

v

a

r

v

 

Wyznaczy : 
a)  pr dko  u(t) cz stki drugiej wzgl dem cz stki pierwszej; 
b)  przyspieszenie a(t) cz stki drugiej wzgl dem cz stki pierwszej. 

21. Kinematyka – ruch trójwymiarowy. 

Równania ruchu dwóch cz stek opisuj  równania: 

1

01

1

2

02

2

( )

,

( )

,

t

t

t

t

=

+

=

+

r

r

v

r

r

v

 

gdzie odpowiednie wektory maj  (w układzie jednostek CGS) nast puj ce składowe: 

01

1

02

2

[ 3, 0, 0],

[2, 0, 0];

[0, 3, 0],

[0, 3, 0].

= −

=

=

=

r

v

r

v

 

Wyznaczy  pr dko  u(t) cz stki drugiej wzgl dem cz stki pierwszej. Kiedy i gdzie 
obie cz stki b d  najbli ej siebie. 

22. Kinematyka – ruch trójwymiarowy. 

Równania ruchu dwóch cz stek opisuj  równania: 

2

1

2

2

( )

4 9 , 1, 2

,

( )

2 7 ,1 8 , 5 ,

t

t

t

t

t

t

t

=

+

+

=

r

r

 

gdzie liczby w powy szym wzorze maj  odpowiednie wymiary (jakie?). Opisa  ruch 
cz stki drugiej wzgl dem pierwszej wyznaczaj c odpowiedni wektor poło enia, 
pr dko  i przyspieszenie. Czy mo na okre li , jakim ruchem porusza si  cz stka 
druga wzgl dem cz stki pierwszej? 

23. Kinematyka – ruch trójwymiarowy. 

Cz stka porusza si  ze stałym przyspieszeniem g, wzgl dem punktu O. Wiadomo,  e 
cz stka przechodzi przez trzy punkty P

1

, P

2

 i P

3

 w chwilach czasu t

1

t

2

 i t

3

. Poło enia 

tych punktów wzgl dem punktu O okre lone s  odpowiednio wektorami: r

1

r

2

 i r

3

Wyrazi  g za pomoc  t

1

t

2

t

3

r

1

r

2

 i r

3

. 

 
 
Wskazówki 

background image

• 

Je eli ruch cz stki opisuje wektor poło enia r(t), to pr dko  cz stki (zwan  te  
pr dko ci  chwilow ) definiujemy jako pochodn  tego wektora po czasie: 

( )

( )

( ).

d t

t

t

dt

=

=

r

v

r



 

• 

Przyspieszenie cz stki (zwane te  przyspieszeniem chwilowym) definiujemy jako 
pochodn  wektora pr dko ci  po czasie, co oznacza te  drug  pochodn  wektora 
poło enia po czasie: 

( )

( )

( )

( ).

d t

t

t

t

dt

=

=

=

v

a

v

r





 

• 

Wiadomo,  e dla ruchu cz stki ze stał  pr dko ci  v

0

 wzdłu  osi OX, poło enie dane 

jest wzorem: 

0

0

( )

.

x t

x

v t

= +

 

W podanej relacji x

0

 oznacza poło enie cz stki w chwili t = 0. 

• 

Wiadomo,  e dla ruchu cz stki ze stałym przyspieszeniem a

0

 wzdłu  osi OX, 

poło enie cz stki dane wzorem: 

2

0

0

0

1

( )

.

2

x t

x

v t

a t

= +

+

 

W przypadku takiego ruchu, szybko  cz stki dana jest wzorem: 

0

0

( )

.

v t

v

a t

= +

 

W podanych relacjach x

0

 oznacza poło enie cz stki w chwili t = 0, a v

0

 oznacza 

pr dko  cz stki dla t = 0. 

• 

Wiadomo,  e dla ruchu cz stki ze stał  pr dko ci  v

0

, poło enie dane jest wzorem: 

0

0

( )

.

t

t

= +

r

r

v

 

W podanej relacji r

0

 oznacza wektor poło enia cz stki w chwili t = 0. 

• 

Wiadomo,  e dla ruchu cz stki ze stałym przyspieszeniem a

0

, poło enie cz stki dane 

wzorem: 

2

0

0

0

1

( )

.

2

t

t

t

= +

+

r

r

v

a

 

W przypadku takiego ruchu, pr dko  cz stki dana jest wzorem: 

0

0

( )

.

t

t

=

+

v

v

a

 

W podanych relacjach r

0

 oznacza wektor poło enia cz stki w chwili t = 0, a v

0

 

oznacza pr dko  cz stki dla t = 0. 

• 

Je eli poło enie cz stki opisane jest przez wektor wodz cy r(t), to  redni  pr dko  
tej e cz stki w przedziale czasu (t

1

t

2

) definiowana jest nast puj co: 

2

1

1

2

2

1

( )

( )

( , )

.

sr

t

t

t t

t

t

=

r

r

v

 

• 

Je eli pr dko  cz stki opisana jest przez wektor v(t), to  rednie przyspieszenie tej e  
cz stki w przedziale czasu (t

1

t

2

) definiowane jest nast puj co: 

2

1

1

2

2

1

( )

( )

( , )

.

sr

t

t

t t

t

t

=

v

v

a

 

• 

Szybko  cz stki v definiujemy jako warto  (długo ) wektora pr dko ci v

.

v

=

 

• 

Przyspieszenie styczne to rzut wektora przyspieszenia na prost  styczn  do toru ruchu. 
Mo na udowodni ,  e warto  tego przyspieszenia jest równa pochodnej czasowej z 
szybko ci: 

.

s

a

v

=

    

background image

• 

Przyspieszenie normalne to rzut wektora przyspieszenia na prost  prostopadł  do toru 
ruchu i le c  w tej samej płaszczy nie co wektor przyspieszenia i jego składowa 
styczna. Warto ci przyspieszenia całkowitego, normalnego i stycznego zwi zane s  
przez relacj  wynikaj c  z twierdzenia Pitagorasa. 

• 

Dla cz stki poruszaj cej si  z szybko ci  v i przyspieszeniem normalnym o warto ci 
a

n

, promie  krzywizny toru dany jest wzorem: 

2

.

n

v

a

ρ

=

 

 
Uwaga! 
Zadania 1, 14, 15 i 16 s  przeznaczone dla wszystkich grup. Zadanie numer 23 jest zadaniem 
nadobowi zkowym i jego rozwi zanie mo na nadsyła  poczt  elektroniczn  do 
prowadz cego  wiczenia. Nadesłanie rozwi zania jest premiowane podobnie, jak poprawne 
rozwi zanie zadania podczas  wicze .  
 
Pozostałe zadania s  przydzielone dla poszczególnych grup według nast puj cego klucza: 

• 

Grupy poniedziałkowe – zadania 2, 5, 8, 11, 17, 20. 

• 

Grupy czwartkowe – zadania 3, 6, 9, 12, 18, 21. 

• 

Grupy pi tkowe – zadania 4, 7, 10, 13, 19, 22. 

  

Prof. dr hab. Jerzy Konior 
Dr Bartłomiej Głowacz 
Dr Andrzej Odrzywołek 
Dr Jakub Prauzner-Bechcicki 
Dr Aleksandra Wro ska