Ubrzanje i ravnomjerno promjenljivo pravolinijsko kretanje
- Izračunati ubrzanje iz promjene brzine i vremena: a = Δv/Δt, u m/s².
- Razlikovati ubrzavanje od usporavanja prema znaku ubrzanja u odnosu na brzinu.
- Primijeniti v = v₀ + a·t i s = v₀·t + a·t²/2.
- Pročitati v-t grafik: nagib je ubrzanje, površina ispod linije je pređeni put.
1. Šta je ubrzanje?
Kada autobus krene sa stanice, brzina mu raste. U zamišljenom primjeru za pet sekundi ravnomjerno poveća brzinu od 0 do 20 m/s. Svake sekunde brzina poraste za 4 m/s. To je vrlo veliko ubrzanje za autobus; brojeve biramo radi lakšeg računa. To „koliko se brzina promijeni u jednoj sekundi“ zovemo ubrzanje:
Jedinica ubrzanja je metar u sekundi na kvadrat (m/s²). Ubrzanje 4 m/s² znači: svake sekunde brzina se poveća za 4 m/s. Tijelo koje se kreće stalnom brzinom ima ubrzanje nula — i to je važan podatak, a ne „nema ubrzanja jer se kreće“.
Ubrzanje je vektor, kao i brzina. U pravolinijskom kretanju dovoljan je predznak: predznak ubrzanja određuje njegov smjer duž odabrane ose. Iznos brzine raste kada su brzina i ubrzanje istog smjera, a opada kada su suprotnih smjerova. Negativno ubrzanje zato ne znači uvijek usporavanje.
2. Ubrzavanje i usporavanje
Predznak ubrzanja sam po sebi ne kaže da li se tijelo ubrzava. Odlučuje odnos prema smjeru brzine:
| Kretanje | Ubrzanje | Šta se dešava s brzinom | Primjer |
|---|---|---|---|
| Ravnomjerno ubrzavanje | a i v u istom smjeru | brzina raste | auto kreće sa semafora |
| Ravnomjerno usporavanje | a suprotno od v | brzina se smanjuje | kočenje pred raskrsnicom |
| Ravnomjerno kretanje | a = 0 | brzina je stalna | vožnja tempomatom |
Ako se tijelo kreće u pozitivnom smjeru, ubrzavanje ima a > 0, a usporavanje a < 0. Kada pri kočenju brzina padne na nulu, tijelo se zaustavlja — dalje ne ide unazad samo zato što je ubrzanje negativno. To je važno za račun: nakon zaustavljanja koristi v = 0 i s se više ne mijenja.
3. Formule ravnomjerno promjenljivog kretanja
Kod ravnomjerno promjenljivog kretanja ubrzanje je stalno, pa se brzina mijenja linearno s vremenom:
Oznake: v₀ je početna brzina u trenutku t = 0, v je brzina nakon vremena t, a s je pređeni put za to vrijeme ako se tijelo kreće u pozitivnom smjeru i ne mijenja smjer. Ako promijeni smjer, izraz daje pomak; put računamo zasebno za svaki dio. Ako tijelo kreće iz mirovanja, v₀ = 0, pa formule postaju v = a·t i s = a·t²/2.
Postoji i treći, vrlo koristan oblik za put, koji ne traži kvadrate:
Razlog je jednostavan: kod stalnog ubrzanja srednja brzina je tačno na sredini između početne i konačne brzine, pa je put jednak toj srednjoj brzini puta vrijeme. Za provjeru: v₀ = 10 m/s, a = 2 m/s², t = 6 s daje v = 22 m/s. Prva formula za put: 10·6 + 2·36/2 = 60 + 36 = 96 m. Druga: (10 + 22)/2 · 6 = 16 · 6 = 96 m. Isto, kako i treba biti.
4. v-t grafik: nagib i površina
Na v-t grafiku ravnomjerno promjenljivog kretanja linija je prava, jer se brzina mijenja stalno. Dvije stvari očitavamo s njega:
- Nagib je ubrzanje. Nagib = Δv/Δt = a. Što je linija strmija, ubrzanje je veće.
- Dok je brzina nenegativna, površina ispod linije je pređeni put. Kod ubrzavanja iz mirovanja to je trougao, pa je s = (v·t)/2. Kada kreće s nekom brzinom, površina je trapez, pa je s = (v₀ + v)/2 · t.
Kada je brzina pozitivna i smanjuje se, linija se spušta prema nuli. U trenutku prelaska preko ose brzina je nula. Ako isto ubrzanje nastavi djelovati, tijelo zatim kreće u suprotnom smjeru. Potpisana površina između grafa i vremenske ose daje pomak; za pređeni put sabiraju se iznosi površina s obje strane ose.
Kočni put u saobraćaju
Put koji automobil pređe od kočenja do zaustavljanja raste brže od brzine. Pri stalnom usporavanju vrijedi s = v² / (2·|a|), a vrijeme zaustavljanja je t = v / |a|. Kad se brzina udvostruči, kočni put se poveća četiri puta.
Put reakcije nije put kočenja
Zaustavni put od uočavanja prepreke obuhvata put reakcije i put tokom kočenja. Za model s početnom brzinom v₀, vremenom reakcije t(r) i stalnim iznosom usporavanja |a| vrijedi s(ukupno) = v₀·t(r) + v₀²/(2·|a|). To nije univerzalna brojka za svaki automobil i uslove.
Provjera tvrdnje korak po korak: izmišljeni članak kaže „pri 72 km/h zaustavljaš se za 50 m“. Prvo pretvori v₀ = 20 m/s. Zatim navedi uslov |a| = 4 m/s²: put kočenja je 20²/(2·4) = 50 m. Za zadato vrijeme reakcije 1 s pređe se još 20 m, pa je ukupno 70 m. Tvrdnja o 50 m može opisivati samo dio kočenja; ako tvrdi da je to ukupan put uz ove uslove, izostavlja reakciju.
Za stvarni tekst prikupi i drugi izvor: zapiši ustanovu/autora, datum i vezu, vrstu puta, početnu brzinu, usporavanje, stanje podloge i šta se računa kao početak zaustavljanja. Ako jedan izvor mjeri od pritiska na kočnicu, a drugi od uočavanja prepreke, brojke nisu neposredno uporedive. Primjeri su školski modeli, ne garancija za stvarnu vožnju.
5. Isprobaj: auto, ubrzanje i v-t grafik
Ovo je režim vožnje i kočenja: pri negativnom ubrzanju kočnica zaustavlja auto, a nakon zaustavljanja više nema ubrzanja. Zato brzina u ovom režimu ne prelazi ispod nule. Za stalno negativno ubrzanje kroz promjenu smjera koristi istraživački režim ispod. Osjenčana površina ovog nenegativnog grafa daje pređeni put.
t = 5,0 s · v = 20,0 m/s · s = 75,0 m · a = 2,0 m/s²
Auto ubrzava: brzina raste za 2,0 m/s svake sekunde.
Istraživački režim: negativno ubrzanje kroz zaustavljanje
Modelna tačka počinje iz x₀ = 0 m brzinom v₀ = 4 m/s. Ovdje stalno djeluje a = −2 m/s² tokom cijelog pokušaja, uključujući trenutak v = 0. Predvidi kada se iznos brzine smanjuje i kada raste, pa provjeri trag i graf.
Predvidi oba intervala; zatim ih označi na grafu.
Korak po korak: v = 4 − 2·t; x = 4·t − t² (vrijednosti u SI jedinicama). Do 2 s pređeni put jednak je položaju x. Poslije povratka put raste, iako x opada. Na 4 s tačka je ponovo u x = 0 m, a pređeni put je 8 m. Razmjer položaja i razmjer strelice brzine zasebni su i stalni; tačka je šematska.
6. Korak po korak: od podataka do puta
Zadatak: „Automobil vozi 12 m/s i ubrzava 3 m/s² tokom 5 s. Odredi konačnu brzinu i pređeni put.“ Radi ovako, korak po korak.
Kočni put korak po korak
7. Riješeni primjeri
Dva tipa zadatka: računanje ubrzanja i primjena formula kretanja. U svakom tipu su tri primjera, od lakšeg ka težem.
Tip 1: ubrzanje iz promjene brzine
Primjer 1: autobus kreće sa stanice
Autobus za 5 s poveća brzinu od 0 do 20 m/s. Koliko je njegovo ubrzanje?
Primjer 2: automobil koči
Automobil smanji brzinu od 25 m/s na 10 m/s za 5 s. Koliko je ubrzanje?
Primjer 3: voz ubrzava kroz stanicu
Voz poveća brzinu od 54 km/h na 90 km/h za 10 s. Odredi ubrzanje i pređeni put.
Tip 2: primjena formula kretanja
Primjer 1: brzina i put nakon 6 s
Tijelo kreće brzinom 10 m/s i ubrzava 2 m/s². Odredi brzinu i pređeni put nakon 6 s.
Primjer 2: usporavanje bez zaustavljanja
Automobil vozi 20 m/s i koči ubrzanjem −4 m/s². Kolika je brzina nakon 3 s i koliki je put prešao za to vrijeme?
Primjer 3: kočenje do zaustavljanja
Automobil vozi 15 m/s i koči ubrzanjem −3 m/s² do zaustavljanja. Koliko dugo koči i koliki je put tokom kočenja (bez puta reakcije)?
- Dijeljenje brzine vremenom umjesto promjene brzine. Ubrzanje je Δv/Δt. Ako auto vozi stalnih 20 m/s, ubrzanje je 0, a ne 20 : t.
- „Negativno ubrzanje znači kretanje unazad.“ Znači da se brzina smanjuje ako je tijelo krenulo u pozitivnom smjeru. Auto koje koči ide naprijed.
- Zaboravljen kvadrat u formuli za put. Put zavisi od t², a ne od t. Samo pri stalnom ubrzanju iz mirovanja put za dvaput duže vrijeme postaje četiri puta veći. Uz početnu brzinu moraš računati i član v₀·t.
- Računanje nakon zaustavljanja. Kada pri kočenju brzina padne na nulu, tijelo staje. Dalje ne uvrštavaj negativnu brzinu, nego uzmi v = 0.
✅ Kviz — provjeri sebe (4 pitanja)
1. Automobil poveća brzinu od 10 m/s do 30 m/s za 5 s. Koliko je ubrzanje?
2. Koja je jedinica za ubrzanje?
3. Automobil vozi naprijed i koči. Kakav je predznak ubrzanja ako je pozitivan smjer vožnje?
4. Tijelo kreće brzinom 5 m/s i ubrzava 3 m/s². Kolika je brzina nakon 4 s?
8. Primijeni i objasni
Provjeri rješenje i obrazloženje
Prvo pretvori brzinu: 72 km/h = 72 : 3,6 = 20 m/s. Vrijeme do zaustavljanja dobije se kad se početna brzina podijeli iznosom usporavanja: t = 20 : 4 = 5 s. Provjera: v = 20 + (−4)·5 = 0 m/s, dakle auto se zaustavlja tačno nakon 5 s. Put tokom kočenja: s = v₀·t + a·t²/2 = 20·5 + (−4)·25/2 = 100 − 50 = 50 m. Isti rezultat daje i srednja brzina: s = (20 + 0)/2 · 5 = 50 m. Nakon zaustavljanja brzina ostaje nula, a put se više ne povećava, jer automobil stoji. U ovom zadatku kočenje prestaje pri zaustavljanju. Kada bi isto negativno ubrzanje nastavilo djelovati, automobil bi zatim krenuo u negativnom smjeru; formule ne smijemo produžiti poslije zaustavljanja bez provjere uslova. Provjera smisla: 50 m je oko deset dužina automobila, što odgovara zadatom modelu sa stalnim ubrzanjem −4 m/s². Za ukupan zaustavni put moraš dodati i put tokom reakcije.
Pokušaj najprije samostalno. Ako zapneš, otvori simulaciju, postavi v₀ = 20 m/s i a = −4 m/s², pa pomjeri vrijeme na 5 s i pogledaj gdje se linija spušta na osu.
Provjeri rješenje i obrazloženje
(a) Suh asfalt: s ≈ 19,3 m, pa je tvrdnja netačna (preniska). Mokar asfalt: s = 193,2 / 6 ≈ 32 m. (b) Za vrijeme reakcije 1 s automobil pređe približno 13,9 m prije nego što počne kočenje, pa ukupni put može biti oko 33 m na suhom asfaltu. (c) Moraš znati stanje podloge, stvarno usporavanje i je li uračunato vrijeme reakcije vozača. Bez toga je tvrdnja nepouzdana.
Provjeri informacije iz saobraćaja
Dva izmišljena izvora za 54 km/h i |a| = 5 m/s² navode 22,5 m i 37,5 m. Izračunaj put kočenja, zatim ukupan put za reakciju 1 s. Mogu li oba izvora imati tačan broj? Pronađi stvarnu obrazovnu ili institucionalnu informaciju o putu kočenja i uz nju navedi uslove i drugi izvor za poređenje.
Provjeri račun i kritičko obrazloženje
54 km/h = 15 m/s. Put kočenja je 15²/(2·5) = 22,5 m. Put reakcije je 15·1 = 15 m, pa je ukupan 37,5 m. Oba broja mogu biti tačna ako prvi opisuje kočenje, a drugi ukupno zaustavljanje. Za poređenje stvarnih izvora moraju se podudarati početna tačka, jedinice i uslovi; nedostajuće podatke označi, nemoj ih izmišljati.
Ključni sadržaji koje ovdje učiš: ubrzanje, ravnomjerno promjenljivo pravolinijsko kretanje, v-t grafik, put kočenja i put reakcije.
Oblast B — Mehanika, kinematika. Oznake ishoda u izvoru: B.8.1, B.8.2. Predmetni kurikulum KS, 8. razred, štampana str. 14. Raspored oblasti na portalu je urednički. Objašnjenja, primjeri i aktivnosti su autorski.