Ruch jednostajny prostoliniowy – charakterystyka i ciekawostki

Ruch jednostajny prostoliniowy to jeden z podstawowych typów ruchu. Ruch jest cechą charakteryzującą każde ciało we Wszechświecie. Nawet z pozoru nieruchome obiekty, jak chociażby kamień, pozostają w ciągłym ruchu, gdyż uczestniczą w ruchu obrotowym Ziemi. Nasza planeta też przecież się rusza (chociaż do ogłoszenia teorii Kopernika nikt w to nie wierzył) wokół Słońca, a ono kręci się względem środka naszej galaktyki. Zresztą, Droga Mleczna też nie pozostaje w bezruchu. W tym artykule zajmiemy się jego najprostszą w analizie odmianą, mianowicie ruchem jednostajnym prostoliniowym. Wiele z nas to właśnie od niego zaczęło swoją naukę fizyki.

Ruch jednostajny prostoliniowy – definicja

Jak scharakteryzować ten ruch? Jak sama nazwa mówi, odbywa się on wzdłuż linii prostej oraz ze stałą prędkością. Należy zauważyć, że prędkość jest wielkością wektorową, posiada swój kierunek i zwrot oraz wartość. Zatem jej niezmienność tyczy się wszystkich trzech wielkości. Skoro jest ona stała, to szybkość ciała również. Czym różnią się te z pozoru te same wielkości? Choć zdania fizyków na tę kwestię są podzielone, najczęściej przyjmowane jest następujące założenie. Szybkość jest skalarem i jest wartością bezwzględną wektora prędkości, wyrażaną w tych samych jednostkach. Tak naprawdę, to ona w codziennych zastosowaniach jest bardziej przydatna, gdyż jest niezależna od kierunku ruchu. To właśnie nią pokazuje szybkościomierz w samochodzie.

Kiedy ciało porusza się takim ruchem? Odpowiedź na to pytanie daje pierwsza zasada dynamiki Newtona, czyli wtedy, kiedy jest w układzie inercjalnym i nie działa na nie żadna siła. Jak to rozumieć? Możemy przyjąć, że kiedy obiekt został wprawiony w jednostajny ruch, tak pozostanie, póki na nie w żaden sposób nie zadziałamy. Nie wykonujemy na nim zatem żadnej pracy. Przypomnijmy jeszcze, co cechuje układ inercjalny, a jest to brak sił bezwładności. W przybliżeniu, za taki często uznaje się Ziemię, mimo że nie jest to do końca prawda.

Nasza planeta bowiem obraca się wokół własnej osi, co powoduje występowanie na niej sił bezwładności. Sprawdza się to dla badania niewielkich przemieszczeń, gdyż wpływ tych oddziaływań jest wtedy niezauważalny. Niemniej, jednak gdybyśmy rozważali, powiedzmy ruch obiektu od bieguna północnego i południowego, to zauważylibyśmy jego przesunięcie w lewo. Wiele pojazdów, w dużym uproszczeniu będzie się tak poruszać. Przykładowo, kiedy samolot już znajdzie się na niebie, będzie poruszał się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Wystrzelony nabój z karabinu, po osiągnięciu swojej zadanej prędkości, również będzie się ruszać jednostajnie.

Ruch jednostajny prostoliniowy – prędkość, droga i przemieszczenie

Ponadto, prędkość średnia w ruchu jednostajnym jest równa chwilowej. Możemy się łatwo domyślić, jak obliczyć ich wartości. Dla tej pierwszej dzielimy całkowitą drogę przez czas podróży, dla drugiej wybieramy sobie drogę przebytą w niewielkim czasie. W tymże ruchu także droga, jak i przemieszczenie ciała są sobie równe. Co odróżnia od siebie te dwie wielkości? Droga jest długością odcinka toru, jaką ciało przemierza podczas ruchu. Przemieszczenie z kolei jest wektorem łączącym początkowe położenie ciała z końcowym. Innymi słowy, kiedy chciałbyś przejść z domu do szkoły to bez względu na to, czy pójdziesz okrężną drogą, czy na skróty, wartość twojego przemieszczenia będzie taka sama. Warty uwagi jest fakt, że jego wartość nigdy nie będzie większa od przebytej drogi, w ruchu krzywoliniowym będzie nawet od niej mniejsze.

Warto tu wspomnieć o względności ruchu i prędkości. Otóż wszystko zależy od przyjętego układu odniesienia, czyli punktu, z którego obserwujemy sytuację fizyczną. Wszakże patrząc na przejeżdżające pojazdy, większość nam się wydaje dość szybka, natomiast siedząc w pędzącym aucie, zauważymy, jak wolno jedzie mijający nas autobus. Z kolei, gdy mamy kilka poruszających się obiektów, opisujemy ich prędkość względną. Jeśli ciała ruszają się w tę samą stronę, to obliczymy ją, odejmując wartości ich prędkości, gdy w przeciwną, to je dodajemy. W przypadku, gdy dzieje się to w jakikolwiek inny sposób, poruszają się prostopadle do siebie, uzyskamy ich względną prędkość poprzez dodanie wektorów, np. metodą równoległoboku.

Inne rodzaje ruchu jednostajnego

Istnieją też odmienne ruchy, które cechuje stała szybkość. Nie można tego powiedzieć o ich wektorze prędkości, gdyż ciało nie porusza się już po linii prostej. Przykładem tego będzie ruch jednostajny krzywoliniowy. W nim definiujemy prędkość kątową, czyli iloraz kąta obrotu wokół jakiejś osi przez czas, w którym został on wykonany. Szczególnym jego przypadkiem jest ruch jednostajny po okręgu, Z samej jego nazwy możemy się domyślić, jak będzie wyglądał jego tor. Jednostajność może także dotyczyć tego, z jaką regularnością zachodzi zmiana w ruchu. Nazwiemy go wtedy jednostajnie zmiennym, w którym to wyróżniamy jednostajnie przyspieszony i opóźniony. W pierwszym przypadku ciało będzie zwiększać swoją prędkość o tyle samo metrów na sekundę, a w drugim zmniejszać. Mam nadzieję, że teraz już wiesz jak działa ruch jednostajny prostoliniowy.