Wykresy drogi i prędkości od czasu

około 15 minut
W tej lekcji1/16

Mój kuzyn wrócił z wycieczki rowerowej i zamiast opowiadać, pokazał mi wykres z aplikacji. Spojrzałam na linię i mówię: przez dwie godziny gnałeś, potem godzinę siedziałeś na ławce, a na koniec ledwo kręciłeś pedałami, prawda? Zrobił wielkie oczy — skąd wiesz?! A ja nic nie zgadywałam. Wykres drogi to opowieść o podróży, tylko zapisana linią zamiast słowami. Dziś nauczysz się ją czytać.

Wykres drogi s(t): prosta z początku układu

Z lekcji o ruchu jednostajnym wiesz już, że wykres drogi od czasu — s(t)s(t) — jest wtedy linią prostą wychodzącą z początku układu. Wychodzi z początku, bo w chwili startu, gdy t=0t = 0, licznik drogi też pokazuje zero.

Prędkość wyczytana z jednego punktu

  1. 1

    Na wykresie pod spodem masz drogę samochodu w kolejnych godzinach. Wybieramy z linii jeden punkt: po 2 h samochód ma za sobą 60 km. Dzielimy drogę przez czas.

    v=60 km2 h=30 kmhv = \frac{60\text{ km}}{2\text{ h}} = 30\ \frac{\text{km}}{\text{h}}
  2. 2

    Sprawdzamy to na zupełnie innym punkcie tej samej linii: po 4 h droga wynosi 120 km.

    v=120 km4 h=30 kmhv = \frac{120\text{ km}}{4\text{ h}} = 30\ \frac{\text{km}}{\text{h}}
  3. 3

    Wyszedł ten sam wynik — i tak musi być, bo linia jest prosta. Który punkt wybierzesz, to twoja sprawa; wygodnie brać taki, z którego łatwo się dzieli.

Wszystkie kroki za Tobą!

Wszystkie 3 kroków odsłonięte.

Wykres prędkości v(t): płaska linia

Tę samą podróż można narysować inaczej: na osi pionowej zamiast drogi umieszczamy prędkość. Dla ruchu jednostajnego taki wykres v(t)v(t) jest zaskakująco nudny — to linia pozioma. Nasz samochód jedzie cały czas 30 km/h, więc jego linia leży płasko na wysokości 30. Godzina mija za godziną, a wysokość się nie zmienia — bo prędkość się nie zmienia.

Skarb ukryty pod płaską linią

Nudny kształt, ale kryje skarb. Zaznacz na wykresie v(t)v(t) obszar pod linią, od startu do wybranej chwili. Powstaje prostokąt: jego wysokość to prędkość vv, a szerokość to czas tt. Pole prostokąta liczy się jak zawsze — bok razy bok:

Sprawdzenie na liczbach

t = 2 hv = 30 km/h
Prostokąt pod wykresem v(t): jego bokami są prędkość i czas, a polem — przebyta droga
  1. 1

    Bierzemy prostokąt o wysokości 30 km/h i szerokości 2 h, czyli pierwsze dwie godziny jazdy naszego samochodu. Liczymy jego pole.

    pole=30 kmh2 h=60 km\text{pole} = 30\ \tfrac{\text{km}}{\text{h}} \cdot 2\text{ h} = 60\text{ km}
  2. 2

    Dokładnie tyle odczytaliśmy wcześniej z wykresu s(t)s(t) po dwóch godzinach. Oba wykresy opowiadają tę samą podróż, tylko każdy na swój sposób: s(t)s(t) pokazuje, gdzie jesteś, a v(t)v(t) — jak szybko jedziesz.

  3. 3

    Jednostkę wyniku dyktują opisy osi: km/h razy h daje km, a m/s razy s daje m. Zanim pomnożysz, sprawdź, czy godziny pasują do km/h, a sekundy do m/s.

    kmhh=km,mss=m\tfrac{\text{km}}{\text{h}} \cdot \text{h} = \text{km}, \qquad \tfrac{\text{m}}{\text{s}} \cdot \text{s} = \text{m}
Wszystkie kroki za Tobą!

Wszystkie 3 kroków odsłonięte.

Czytamy historię z wykresu s(t)

  1. 1

    Oto wykres drogi samochodu dostawczego. Linia ma trzy wyraźne odcinki: najpierw rośnie stromo, potem biegnie poziomo, a na koniec znowu rośnie, ale łagodniej niż na początku. Czytamy ją odcinek po odcinku.

    odcinek I: 02 h,II: 23 h,III: 35 h\text{odcinek I: } 0 \ldots 2\text{ h}, \quad \text{II: } 2 \ldots 3\text{ h}, \quad \text{III: } 3 \ldots 5\text{ h}
  2. 2

    Odcinek pierwszy: w 2 godziny droga urosła od zera do 60 km. Dzielimy drogę przez czas i mamy prędkość.

    v1=60 km2 h=30 kmhv_1 = \frac{60\text{ km}}{2\text{ h}} = 30\ \frac{\text{km}}{\text{h}}
  3. 3

    Odcinek drugi: linia pozioma. Czas płynie, droga stoi na 60 km — samochód się nie rusza. To godzinny postój, na przykład rozładunek.

    v2=0 km1 h=0v_2 = \frac{0\text{ km}}{1\text{ h}} = 0
  4. 4

    Odcinek trzeci: liczymy PRZYROSTY, a nie całości. Droga urosła z 60 do 100 km, czas z 3 do 5 h.

    Δs=10060=40 km,Δt=53=2 h\Delta s = 100 - 60 = 40\text{ km}, \quad \Delta t = 5 - 3 = 2\text{ h}
  5. 5

    Prędkość na trzecim odcinku to przyrost drogi podzielony przez przyrost czasu. Wychodzi mniej niż na początku — i zgadza się, bo linia jest tam mniej stroma.

    v3=40 km2 h=20 kmhv_3 = \frac{40\text{ km}}{2\text{ h}} = 20\ \frac{\text{km}}{\text{h}}
  6. 6

    I cała historia jednym zdaniem: samochód jechał 30 km/h przez dwie godziny, potem godzinę stał, a na koniec jechał wolniej, 20 km/h, przez dwie godziny.

    30 kmh    postoˊj    20 kmh30\ \tfrac{\text{km}}{\text{h}} \;\rightarrow\; \text{postój} \;\rightarrow\; 20\ \tfrac{\text{km}}{\text{h}}
Wszystkie kroki za Tobą!

Wszystkie 6 kroków odsłonięte.

Twoja kolej

Wykres drogi s(t)s(t) motocyklisty to linia prosta wychodząca z początku układu. Odczytujesz z niej jeden punkt: po 4 h droga wynosi 240 km. Z jaką prędkością jechał motocyklista? Podaj samą liczbę w km/h.

Płaska linia — ale na którym wykresie?

Poniżej linia leży płasko przez całe dziesięć sekund. Zanim powiesz, co robi ciało, przeczytaj podpis osi pionowej: stoi tam prędkość. Ta sama płaska linia narysowana na wykresie drogi znaczyłaby coś zupełnie innego.

Pułapka! Dwie poziome linie, dwa różne znaczenia

To najczęstszy błąd w całym temacie wykresów ruchu. Uczeń widzi poziomą linię — taką jak ta z poprzedniego bloku, leżącą na wysokości 6 m/s — przypomina sobie, że pozioma to postój, i odpowiada: ciało stoi. Czasem trafi, a czasem powie, że stoi w miejscu samochód pędzący 90 km/h. Skąd ta wpadka?

Sto kilometrów to kiepski postój

Błąd bierze się z czytania wykresu v(t)v(t) tak, jakby na osi pionowej była droga. Ale tam nie ma drogi — jest prędkość. Linia pozioma na wysokości 50 km/h nie znaczy, że ciało tkwi w miejscu. Znaczy, że w każdej chwili pędzi 50 km/h! Przez 2 godziny takiej jazdy przejedzie 502=10050 \cdot 2 = 100 km — sto kilometrów to naprawdę kiepski postój.

Prawdziwy postój na wykresie v(t) leży na zerze

A jak na wykresie v(t)v(t) wygląda prawdziwy postój? Prędkość wynosi zero, więc linia leży na samej osi poziomej, na wysokości 0.

Odruch, który rozbraja pułapkę

zanim wypowiesz choć słowo o wykresie, przeczytaj podpis osi pionowej. Jedna litera — ss albo vv — zmienia całą odpowiedź. To ten sam nawyk, który znasz z lekcji o odczytywaniu wykresów: najpierw pytania o osie, dopiero potem odczyt.

Droga ukryta w polu pod wykresem v(t)

  1. 1

    Wykres prędkości pociągu towarowego wygląda jak dwa schodki: od 0 do 60 s linia pozioma na wysokości 20 m/s, potem od 60 do 90 s linia pozioma na wysokości 10 m/s. Pytanie: jaką drogę przebył pociąg przez całe 90 sekund?

    v1=20 ms przez 60 s,v2=10 ms przez 30 sv_1 = 20\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}} \text{ przez } 60\text{ s}, \qquad v_2 = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}} \text{ przez } 30\text{ s}

    Jak myślisz, ile wyjdzie?

  2. 2

    Droga to pole pod wykresem, a pod schodkami kryją się dwa prostokąty. Pierwszy: wysokość 20 m/s, szerokość 60 s.

    s1=20 ms60 s=1200 ms_1 = 20\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}} \cdot 60\text{ s} = 1200\text{ m}
  3. 3

    Drugi prostokąt: wysokość 10 m/s, szerokość 30 s, bo od 60 do 90 sekundy mija pół minuty.

    s2=10 ms30 s=300 ms_2 = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}} \cdot 30\text{ s} = 300\text{ m}
  4. 4

    Cała droga to suma pól obu prostokątów.

    s=1200 m+300 m=1500 ms = 1200\text{ m} + 300\text{ m} = 1500\text{ m}
Wszystkie kroki za Tobą!

Wszystkie 4 kroków odsłonięte.

Twoja kolej

Wykres prędkości v(t)v(t) samochodu dostawczego wygląda tak: od 0 do 2 h linia pozioma na wysokości 60 km/h, od 2 do 3 h linia leży na zerze, a od 3 do 4 h biegnie poziomo na wysokości 40 km/h. Jaką łączną drogę przejechał samochód przez całe 4 godziny? Podaj samą liczbę w km.

Ściąga do zapamiętania

Wykresy s(t) i v(t) w ruchu jednostajnym — jak je czytać?

WYKRES DROGI s(t): linia prosta z początku układu. Im bardziej STROMA, tym SZYBSZY ruch. Prędkość wyliczasz z dowolnego punktu linii: droga podzielona przez czas, np. 60 km po 2 h to 30 km/h. Odcinek POZIOMY na s(t) = POSTÓJ: czas płynie, droga stoi. Na środkowym odcinku licz przyrosty: (100 - 60) km przez (5 - 3) h = 20 km/h. WYKRES PRĘDKOŚCI v(t): linia POZIOMA = JAZDA ze stałą prędkością, NIE postój! Postój na v(t) to linia leżąca na zerze. DROGA = POLE pod wykresem v(t): prostokąt o bokach v i t, czyli s = v · t, np. 30 km/h przez 2 h = 60 km; przy schodkach dodajesz pola prostokątów. HISTORIĘ z wykresu czytasz odcinek po odcinku: stromo = szybko, łagodnie = wolniej, poziomo na s(t) = postój. ZAWSZE najpierw sprawdź podpis osi pionowej: s czy v.

Sprawdź się!

Odpowiedziano na 0 z 5 pytań

Skróty klawiszowe quizu: klawisze od 1 do 4 wybierają odpowiedź, Enter sprawdza, a po sprawdzeniu przechodzi do następnego pytania. Każdy przycisk możesz też wybrać Tabem i Spacją.

1

Wykresy drogi od czasu dla Ali i Bartka. Co z nich wynika?

2

Która opowieść pasuje do tego wykresu drogi?

3

Jaką drogę przebył autobus przez 10 sekund?

4

Środkowy fragment linii na tym wykresie jest poziomy. Co robiło ciało między 3 a 7 sekundą?

5

Ile wynosi prędkość pociągu?

Następny temat
Prędkość średnia