فصل اول فیزیک دوازدهم یا حرکت‌شناسی، جزو آن دسته از فصل‌هایی است که دانش‌آموزان در یادگیری آن همواره با چالش مواجه می‌شوند؛ اما اهمیت این فصل در بودجه‌بندی فیزیک کنکور که برای رشته تجربی 4 تست و برای رشته ریاضی 5 تست را به خود اختصاص می‌دهد باعث می‌شود که نتوانیم قید آن را بزنیم. من پوریا فانی هستم و امروز به صورت کامل در سایت بخون آموزش فصل اول فیزیک دوازدهم را در اختیار شما عزیزان قرار خواهم داد.
در آموزش حرکت‌شناسی کنکور و دوازدهم ما با مفاهیم به شدت مهمی مانند شتاب، سرعت، مسافت، جابجایی و … آشنا خواهیم شد که برای یادگیری سایر فصل‌ها مانند فصل دوم فیزیک دوازدهم به شدت به این مفاهیم نیاز خواهیم داشت. اگر شما هم به دنبال آموزش حرکت شناسی کنکور با زبان ساده و با فرمول کم هستید این مقاله مناسب شماست و با خواندن این مقاله تا انتها کل مفاهیم فصل اول فیزیک دوازدهم را به ساده‌ترین شکل ممکن یاد خواهید گرفت. در ضمن از طریق بخش دوازدهم و همچنین بخش فیزیک دوازدهم میتوانید تمام مطالب مربوط به آموزش، گام به گام و نمونه سوال را به صورت رایگان مشاهده کنید.
شناخت حرکت فیزیک دوازدهم
تعریف حرکت شناسی یا سینماتیک: بخشی از علم مکانیک است که درباره حرکت جسم بدون در نظر گرفتن علت آن صحبت می‌کند.
برای حل مسائل و بررسی حرکت جسم باید یک دستگاه مختصات انتخاب کنیم. اگر حرکت روی خط راست و در راستا افق باشد، محور xها و اگر حرکت روی خط راست و در راستا قائم باشد، محور yها و اگر حرکت در صفحه باشد، دستگاه x – y و اگر حرکت در فضا باشدT دستگاه x – y – z را در نظر می‌گیریم. البته توجه کنید، در فیزیک دوازدهم فقط به بررسی حرکت روی خط راست می‌پردازیم و حرکت در صفحه و فضا بررسی نمی‌شود.
حرکت
هرگاه مختصات جسمی نسبت به یک مبدأ بر حسب زمان تغییر کند، می‌گوییم جسم نسبت به آن دستگاه در حال حرکت است. دقت کنید که حرکت و سکون، مفاهیمی نسبی‌اند. بدین معنا که ممکن است، یک جسم نسبت به مبدأ ساکن و نسبت به مبدأ دیگر دارا حرکت باشد. برای مثال، شخص ساکن روی پله برقی نسبت به دستگاه مختصات متصل به آن پله ساکن ولی نسبت به دستگاه مختصات متصل به زمین دارا حرکت است.
اگر بخواهیم نمونه دیگری را بعنوان مثال مطرح کنیم، می‌توان شخص ساکن روی زمین را در نظر گرفت که نسبت به دستگاه مختصات متصل به زمین ساکن ولی نسبت به دستگاه مختصات متصل به خورشید دارا حرکت است.
مسیر حرکت
مسیر حرکت، مکان هندسی نقاطی است که متحرک از آن‌ها می‌گذرد. به عبارت دیگر، مسیر حرکت، مکان هندسی نقاطی است که از تغییرات انتها بردارهای مکان حاصل شده است. مسیر حرکت می‌تواند خط راست، دایره و یا هر شکل دیگری باشد. به شکل زیر توجه کنید:
مبدأ مکان
نقطه‌ای است که وضعیت متحرک در هر لحظه نسبت به آن سنجیده می‌شود. مبدأ مکان نقطه‌ای است اختیاری و این نقطه الزامأ نقطه شروع حرکت نیست.
مسافت
طول مسیر طی شده توسط متحرک را مسافت می‌نامند. مسافت کمیتی نرده‌ای و مثبت است که به شکل مسیر طی شده بین دو نقطه بستگی دارد و آن را با نماد ℓ نمایش می‌دهیم.
نکته: در حرکت بر مسیر منحنی و در حرکت روی خط راست، اگر متحرک تغییر جهت ندهد، |ℓ = |𝒅 و اگر تغییر جهت دهد، |ℓ > |𝒅 خواهد بود. به شکل‌های زیر توجه کنید:
بردار مکان
برداری است که موقعیت متحرک را در هر لحظه نسبت به مبدأ مشخص می‌کند. به عبارت دیگر، بردار مکان برداری است که ابتدا آن مبدأ مختصات و انتها آن مکان جسم است. بردار مکان را با r نمایش می‌دهند. در شکل مقابل r1 و r2 بردار مکان ذره در لحظه‌های t1 و t2 است.
نکته: بردار مکان هر ذره تابع زمان است. r = f (t) i +g (t) j
بردار جابجایی
برداری است که ابتدا آن مکان اولیه جسم و انتها آن مکان نهایی جسم باشد. همچنین بردار جابجایی، برداری است که مکان اولیه متحرک را به مکان ثانویه آن وصل کند و نشان دهنده تغییر موقعیت جسم نسبت به مبدأ مختصات است. البته بردار جابجایی، برداری است که از تفاضل برداری مکان‌های ثانویه و اولیه به دست می‌آید. 𝒅 = ∆𝒓 = 𝒓2 − 𝒓1
نکته: جابجایی مستقل از مسیر طی شده است و به شکل مسیر و انتخاب مبدأ بستگی ندارد.
نکته: جابجایی تنها به مکان اولیه و مکان ثانویه جسم بستگی دارد.
نکته: بردار مکان به مبدأ مختصات یا دستگاه بستگی دارد.
نکته: بردار تغییر مکان به مبدأ مختصات بستگی ندارد.
نکته: اگر متحرکی جابجایی‌های متوالی داشته باشد، جابجایی کل آن برابر جابجایی‌های انجام شده است و اگر حرکت یک بعدی باشد (فقط حرکت روی محور xها یا فقط روی محور yها باشد)، این برآیند همان جمع جبری خواهد بود.
نکته: اگر جابجایی جسمی صفر باشد یعنی یا جسم حرکت نکرده یا حرکت کرده ولی به مکان اولیه‌اش بازگشته است. به شکل‌های زیر توجه کنید:
مقایسه و جمع بندی جابجایی و تغییر مکان با مسافت طی شده:
- جابجایی کمیتی است برداری ولی مسافت کمیتی عددی (نرده ای) است.
- جابجایی می‌تواند منفی، مثبت و یا صفر باشد؛ اما مسافت طی شده همواره مثبت است. (البته در صورت انجام حرکت)
- جابجایی به مسیر حرکت بستگی ندارد؛ اما مسافت طی شده به مسیر حرکت بستگی دارد.
- برای محاسبه جابجایی، تنها فاصله بین نقاط ابتدایی و انتهایی را محاسبه می‌کنیم اما برای محاسبه مسافت طی شده باید تک تک طول‌های پیموده شده را با علامت مثبت با یکدیگر جمع کنیم.
توضیح تندی متوسط و سرعت متوسط با ذکر مثال
اگر متحرک فقط روی محور xها یا فقط روی محور yها حرکت کند، حرکت متحرک را حرکت یک بُعدی می‌نامند که در کتاب درسی، حرکت یک بعدی را حرکت روی یک خط راست معرفی کرده است.
معادله مکان – زمان، تابعی است که در هر لحظه، مکان جسم را مشخص می‌کند. 𝒚 = f t یا x = f(t)
نمودار مکان – زمان: اگر معادله مکان – زمان را در دستگاه مختصات رسم کنیم، نمودار مکان – زمان به دست می‌آید و برای توصیف حرکت یک جسم به کار می‌رود. با استفاده از این نمودار، می‌توان دریافت که متحرک در هر لحظه در چه مکانی قرار دارد و جابجایی آن بین هر دو لحظه چقدر است.
سرعت متوسط : از نظر فیزیکی، جابجایی (تغییر مکان) متحرک در واحد زمان را سرعت متوسط می‌گویند. اما از نظر هندسی، شیب خط واصل بین دو نقطه از نمودار مکان – زمان برابر سرعت متوسط است.
نکته: رابطه فوق یک رابطه کلی است و در هر شرایطی می‌توان از آن استفاده کرد.
نکته: بردار سرعت متوسط همواره با بردار تغییر مکان (جابجایی) هم جهت و هم راستا است.
نکته: سرعت متوسط کمیتی است برداری و یکا آن در SI (متر بر ثانیه) است.
تعیین سرعت متوسط به کمک نمودار مکان – زمان
تعریف بازه زمانی: مدت زمان بین دو لحظه را بازه زمانی می‌نامند.
نحوه تعیین بازه‌های زمانی: پس n ثانیه، بازه زمانی بین 0 =t1 و t2 = ns است. بعنوان مثال، بعد از 4 ثانیه، بازه زمانی بین 0 =t1 و t2 =4s است . در ثانیه nام، بازه زمانی بین (𝒕1 = (𝒏 − 1 و 𝒕2 = 𝒏𝒔 است. مثلأ ثانیه سوم، بازه زمانی بین 𝒕1 = 2s و 𝒕2 =3s است. چهار ثانیه سوم، بازه زمانی بین 𝒕1 = 8𝒔 و 𝒕2 = 12s دو ثانیه دهم، بازه زمانی بین 𝒕1 = 18s و 𝒕2 = 20s است. در لحظه 𝒕 = 𝒏s، بازه زمانی وجود ندارد و فقط در یک لحظه است. مانند: 𝒕 = 4s.
تندی لحظه‌ای و سرعت لحظه‌ای
سرعت لحظه‌ای: از نظر فیزیکی، آهنگ تغییر مکان جسم را سرعت لحظه‌ای می‌نامند. همچنین، تغییر مکان یا جابجایی در بازه زمانی بسیار کوچک (در یک لحظه)، سرعت لحظه‌ای نامیده می‌شود. البته حد سرعت متوسط، هنگامی که تغییرات زمان به سمت صفر میل کند، نیز سرعت لحظه‌ای نام دارد. مشتق مکان در واحد زمان را سرعت لحظه‌ای می‌نامند. از نظر هندسی نیز، شیب خط مماس بر نمودار مکان – زمان برابر سرعت لحظه‌ای است.
نکته: هر چه شیب مماس بر نمودار مکان – زمان با گذشت زمان بیشتر شود، بزرگی سرعت لحظه‌ای متحرک بیشتر می‌شود و بالعکس. همچنین اگر شیب مماس مثبت باشد، سرعت مثبت و حرکت در جهت مثبت محورها و اگر شیب مماس منفی باشد، سرعت منفی و حرکت در خلاف جهت محورها خواهد بود.
تندی متوسط: نسبت مسافت به زمان را تندی متوسط می‌نامند. تندی متوسط کمیتی است نرده‌ای و واحد آن در SI، (متر بر ثانیه ) است. که فرمول آن به این شکل است: 𝒔 = 𝒔𝒂𝝊 = ℓ ∆t
تندی لحظه‌ای: تندی متحرک در هر لحظه از زمان را تندی لحظه‌ای می‌نامند. بعنوان مثال، عقربه تندی سنج خودرو فقط و فقط تندی لحظه‌ای خودرو را نشان می‌دهد.
نکته مهم: واژه (لحظه) در فیزیک به هیچ وجه طول نمی‌کشد و به یک تک مقدار از زمان اشاره دارد.
سوال: تفاوت سرعت متوسط با تندی سرعت چیست! همان‌طوری که از فرمول آن‌ها مشخص است، به نسبت جابجایی به زمان جابجایی سرعت متوسط و به نسبت مسافت طی شده به همان زمان، تندی متوسط گفته می‌شود.
سوال: تفاوت سرعت لحظه‌ای با تندی لحظه‌ای چیست! تندی لحظه‌ای صرفأ یک عدد است، اما سرعت لحظه‌ای همان عدد همراه با جهت حرکت متحرک است. اگر بخواهیم به بیان دیگر و ساده‌تر بیان کنیم، می‌توان گفت که اگر هنگام گزارش تندی لحظه‌ای به جهت حرکت نیز اشاره شود، در واقع، سرعت لحظه‌ای را بیان کرده‌ایم.
حرکت با سرعت ثابت فیزیک دوازدهم
تعریف معادله سرعت – زمان: تابعی است که در هر لحظه، سرعت جسم را مشخص می‌کند که معادله آن به صورت (𝝊 = f (t می‌باشد. دوستان و همراهان عزیز برای مطالعه سایر مقالات آموزشی مرتبط با آموزش فیزیک دوازدهم، لینک قرار داده شده را دنبال نمایید.
تعریف نمودار سرعت – زمان: اگر معادله سرعت – زمان را در دستگاه مختصات رسم کنیم، نمودار سرعت – زمان به دست می‌آید. با استفاده از این نمودار می‌توان دریافت که سرعت متحرک در هر لحظه چقدر است.
شتاب متوسط: از نظر فیزیکی، تغییرات سرعت در واحد زمان را شتاب متوسط می‌گویند. اما از نظر هندسی، شیب خط واصل بین دو نقطه از نمودار سرعت – زمان برابر شتاب متوسط است. به تصویر زیر دقت کنید:
نکته: بردار شتاب متوسط همواره با بردار تغییر سرعت هم جهت و هم راستا است.
نکته: شتاب متوسط کمیتی است برداری و یکا آن در SI، (متر بر مجذور ثانیه) است.
نکته: جهت حرکت یا جهت سرعت یک متحرک، می‌تواند در هر سویی باشد و جهت شتاب آن در هر سوی دیگر؛ چرا که جهت شتاب هم جهت با تغییرات سرعت است. بنابراین، جهت شتاب لزومأ جهت حرکت را مشخص نمی‌کند.
نکته: سرعت یک متحرک می‌تواند در حال افزایش یا کاهش باشد، اما شتاب آن در حال کاهش یا افزایش یا ثابت است.
حرکت با شتاب ثابت فیزیک دوازدهم
تعریف شتاب لحظه‌ای: از نظر فیزیکی، آهنگ تغییر سرعت جسم را شتاب لحظه‌ای می‌نامند. همچنین تغییرات سرعت در بازه زمانی بسیار کوچک نیز شتاب لحظه‌ای نامیده می‌شود. اما حد شتاب متوسط، هنگامی که تغییرات زمان به سمت صفر میل کند، شتاب لحظه‌ای نام دارد. البته مشتق سرعت در واحد زمان را شتاب لحظه‌ای می‌گویند. مشتق دوم مکان در واحد زمان را نیز شتاب لحظه‌ای می‌گوییم. فرمول شتاب لحظه‌ای ثابت عبارت است از:
اما از نظر هندسی، شیب خط مماس بر نمودار سرعت – زمان برابر شتاب لحظه‌ای است که فرمول آن به شکل 𝒂𝒙 = 𝒕𝒈Θ می‌باشد. هر چه شیب مماس بر نمودار مکان – زمان با گذشت زمان بیشتر شود، بزرگی سرعت لحظه‌ای متحرک بیشتر می‌شود و بالعکس. اگر شیب مماس مثبت باشد، سرعت مثبت و حرکت در جهت مثبت محور xها و اگر شیب مماس منفی باشد، سرعت منفی و حرکت در خالف جهت محور xها خواهد بود.
تعریف معادله شتاب – زمان: تابعی است که در هر لحظه شتاب جسم را مشخص می‌کند.
تعریف نمودار شتاب – زمان: اگر معادله شتاب – زمان را در دستگاه مختصات رسم کنیم، نمودار شتاب – زمان به دست می‌آید. با استفاده از این نمودار می‌توان دریافت که شتاب متحرک در هر لحظه چه میزان است. 𝑺𝒂−𝒕 = ∆v
نکته: اگر سرعت ثابت باشد، مسیر لزومأ خط راست خواهد بود.
نکته: اگر اندازه سرعت ثابت باشد، حرکت می‌تواند روی خط راست یا روی مسیر دایره‌ای باشد.
نکته: اگر شتاب ثابت باشد، مسیر الزامأ خط راست نیست؛ اما اگر مسیر حرکت منحنی باشد، قطعأ حرکت شتاب‌دار است.
نکته: در لحظه‌ای که سرعت صفر است، شتاب قطعأ صفر نیست.
نکته: در حرکت بر مسیر مستقیم، هنگامی متحرک می‌تواند تغییر جهت دهد که، سرعت آن صفر شود و علامت سرعت تغییر کند.
سخن پایانی
خب دوستان عزیز به پایان مقاله آموزش فصل اول فیزیک دوازدهم رسیدیم. برای اطلاع از تازه‌ترین مقالات منتشر شده سایت بخون، حتمأ در قسمت خبرنامه سایت ثبت نام کنید و از قسمت ارسال دیدگاه‌های سایت، سوالات، نظرات و پیشنهادات خود را برای ما ارسال کنید و انتقادات خود را با ما در میان بگذارید.
همچنین در صورت تمایل و رضایت خاطر، جهت ارتقا سطح کیفیت مقالات، با رنگی کردن ستاره‌ها، به ما امتیاز داده و موجب قوت قلب و دل‌گرمی ما بخونی‌ها باشید. شما همراهان و مخاطبین عزیز سایت بخون، میتوانید با مراجعه به لینک نمونه سوال فیزیک دوازدهم و گام به گام فیزیک دوازدهم تمام مقالات مرتبط با نمونه سوال و گام به گام فیزیک دوازدهم را به صورت کاملأ رایگان و به صورت فصل به فصل مطالعه کنید.
سوالات متداول
- آیا با این آموزش میتوانیم درس را به خوبی یاد بگیریم؟
بله با مطالعه دقیق این آموزش، میتوانید به خوبی فصل اول فیزیک دوازدهم را یاد بگیرید. - این آموزش پاسخ فعالیتها و تمارین را نیز دارد؟
به طور مستقیم در این آموزش پاسخ تمارین و فعالیتها وجود ندارد اما میتوانید پاسخها را در بخش گام به گام فیزیک دوازدهم بیابید. - آیا در این آموزش تصاویر وجود دارد؟
بله این آموزش به صورت نوین با بهترین روش به همراه تصاویر تدریس شده است.
