Mgr. Jitka Křičková
Gymnázium Kolín
Matematika

Derivace se využívají k výpočtu rychlosti a zrychlení pohybů.

Dráha je určena jako funkce času:  např.   s = 5t2 - 4t + 1

A) Pohyb přímočarý rovnoměrně zrychlený:

s = At2 + Bt + C      (dráha je vyjádřena jako funkce s proměnnou t)

v = s´= 2At + B       (rychlost je první derivací dráhy podle času t)

a = s" = 2A               (zrychlení je druhá derivace dráhy podle času)

Příklad:

Určete počáteční rychlost přímočarého pohybu tělesa, pro jehož dráhu platí: s = 12 + 200t - 5t2, kde t je čas od začátku pohybu. Kdy se těleso zastaví? Jaké je zrychlení pohybu?

 Řešení:   v = s´

                 v = 200 - 10 t     

Kdy se zastaví - jeho rychlost bude  v = 0:

               0 = 200 - 10 t

              10 t = 200

                  t = 20 s            Těleso se zastaví za 20 sekund.

 Určíme zrychlení pohybu: a = s"= -10 m/s   Jedná se o pohyb zpomalený.

  Počáteční rychlost:   t = 0     v = 200 - 10× 0 = 200 m/s.

  B) Pohyb po kružnici:

                 úhlová dráha:    j = At2 + Bt + C      ( dráha je vyjádřena jako funkce s proměnnou t )

                úhlová rychlost:   w = j´= 2At + B       ( rychlost je první derivací dráhy podle času t )

                úhlové zrychlení:     g = j"= 2A            ( zrychlení je druhá derivace dráhy podle času )

Příklad:

Brzděné kolo se otočí za čas t  o úhel j, který je kvadratickou funkcí času. Zastaví se za 5 sekund a vykoná za tuto dobu 150 otáček.Jaká je počáteční rychlost w0 kola a jaké je úhlové zrychlení g ?

Řešení:                j = At2 + Bt + C                 v této rovnici musíme určit koeficienty A,B,C

Je dáno: „zastaví se za 5 sekund“   w = j´= 2At + B                           t = 5, w = 0

                               získáme rovnici  0 = 2A × 5  + B

                                                            0 = 10A + B

V čase t = 0 urazí dráhu j = 0 : j = At2 + Bt + C

                                                        0 =  C             

Je dáno: „za 5sekund vykoná 150 otáček“           ...  urazí úhlovou dráhu j = 150×2p = 300p , t = 5 s

                               300p = 25A  + 5B  + C

Po dosazení C = 0 dostaneme rovnici  300p = 25A  + 5B.

Máme soustavu rovnic:               0 = 10A + B

                                               300p = 25A  + 5B /: (- 5 )

                                                  0 = 10A + B

                                               -60p = -5A  - B

                                             -60p = 5A

                                               A = -12p               B = 120p

Dosadíme zpět do rovnice pro výpočet úhlové rychlosti na počátku a úhlového zrychlení:

Rychlost na počátku pohybu:

                w = j´= 2At + B

                w = - 24pt + 120p                             na počátku pohybu  t  = 0

                w = 120p 

Zrychlení pohybu

                g = j"= 2A

                g = - 24p                                                              Pohyb je zpomalený.

Příklad:

Těleso se pohybuje po dráze určené rovnicí: s = At2 + Bt + C . Po uplynutí 1 minuty dosáhne rychlosti 60 km/hod. Jak velkou vzdálenost ujede, než této rychlosti dosáhne? Jaké je zrychlení pohybu jedná-li se o pohyb z klidu?

Řešení:   s = At2 + Bt + C

                v = 2At +B

                a = 2A

V čase t = 0 urazí dráhu s = 0: s = At2 + Bt + C

                                                               0 = C

Jedná se o pohyb z klidu: t = 0, s = 0, v = 0: v = 2At +B

                                                                              0 = B

Je dáno: „po uplynutí 1 minuty dosáhne rychlosti 60 km/hod“ ......    t = 60s  , v  =  16,667 m/s

                16,667 = 120A + B

Po dosazení B = 0:      16,667 = 120A

                                     A =  0,139

Jakou urazí dráhu za 60 s?  s = 3600A + 60 B

Po dosazení B = 0 :  s = 3600A

Po dosazení A =  0,139 :        s = 500  m

Zrychlení pohybu: a = 2A                             a =  0,278 m/s2

Příklad: 

Kolo setrvačníku se rozbíhá tak, že úhel otočení je přímo úměrný druhé mocnině času. První otáčka trvala 8 sekund. Určete úhlovou rychlost po 32 sekundách pohybu.

Řešení:   j = At2

                t = 8s ....... j8  = 2 p         j8  = 64 A

                2 p = 64 A

                A = π/32

                ω = 2At

                ω32 = 2.(π/32).32 = 2π

 Úhlová rychlost po 32 s od počátku je 2π.

 

 

 

Copyright © 2017. All Rights Reserved.