500 تست از حرکت با شتاب ثابت فیزیک + پاسخ تشریحی

برای دانلود 500 تست از حرکت با شتاب ثابت اینجا کلیک کنید

انگشت اشاره کارتونی

حرکت با شتاب ثابت (حرکت شتاب‌دار یکنواخت) حرکتی است که در آن سرعت جسم به طور یکنواخت تغییر می‌کند. در این حرکت، شتاب در تمام لحظات ثابت است و سرعت به صورت خطی با زمان تغییر می‌کند. این حرکت در زندگی روزمره و صنعت کاربردهای فراوانی دارد.

حرکت با شتاب ثابت چیست؟

حرکت با شتاب ثابت حرکتی است که در آن اندازه و جهت شتاب تغییر نمی‌کند. در این حرکت:

  • شتاب در تمام لحظات یکسان است

  • سرعت به صورت خطی با زمان تغییر می‌کند

  • تغییر سرعت در بازه‌های زمانی مساوی، یکسان است

  • مسیر حرکت مستقیم است

ویژگی‌های حرکت با شتاب ثابت

ویژگی مقدار
شتاب ثابت
سرعت متغیر (خطی با زمان)
مسیر خط راست
جابه‌جایی متناسب با مجذور زمان
سرعت متوسط (v₁ + v₂) / ۲

شرط حرکت با شتاب ثابت

text
a = ثابت

تفاوت حرکت یکنواخت و شتاب‌دار

ویژگی حرکت یکنواخت حرکت شتاب‌دار
سرعت ثابت متغیر
شتاب صفر ثابت (غیرصفر)
نمودار x-t خط راست سهمی
نمودار v-t خط افقی خط راست شیب‌دار
نمودار a-t روی محور خط افقی

فرمول‌های اصلی

فرمول شتاب

text
a = Δv / Δt = (v₂ - v₁) / (t₂ - t₁)

که در آن:

  • a: شتاب ثابت (m/s²)

  • Δv: تغییر سرعت (m/s)

  • Δt: تغییر زمان (s)

فرمول سرعت در حرکت شتاب‌دار

text
v = v₀ + a·t

که در آن:

  • v: سرعت نهایی (m/s)

  • v₀: سرعت اولیه (m/s)

  • a: شتاب ثابت (m/s²)

  • t: زمان (s)

فرمول مکان در حرکت شتاب‌دار

text
x = x₀ + v₀·t + ½a·t²

که در آن:

  • x: مکان نهایی (m)

  • x₀: مکان اولیه (m)

  • v₀: سرعت اولیه (m/s)

  • a: شتاب ثابت (m/s²)

  • t: زمان (s)

فرمول جابه‌جایی

text
Δx = v₀·t + ½a·t²

فرمول مستقل از زمان (فرمول طلایی) در فیزیک

text
v² = v₀² + 2a·Δx

نکته: این فرمول زمانی استفاده می‌شود که زمان داده نشده باشد.

فرمول جابه‌جایی با سرعت متوسط

text
Δx = ((v₀ + v) / 2) · t

فرمول سرعت متوسط

text
v_avg = (v₀ + v) / 2

نکته مهم: این فرمول فقط برای شتاب ثابت معتبر است.

جمع‌بندی فرمول‌ها

مفهوم فرمول
شتاب a = Δv/Δt
سرعت v = v₀ + a·t
مکان x = x₀ + v₀·t + ½a·t²
جابه‌جایی Δx = v₀·t + ½a·t²
فرمول طلایی v² = v₀² + 2a·Δx
جابه‌جایی با سرعت متوسط Δx = ((v₀+v)/2)·t
سرعت متوسط v_avg = (v₀+v)/2

نمودار مکان-زمان (x-t)

شکل نمودار

در حرکت با شتاب ثابت، نمودار مکان-زمان یک سهمی است.


ویژگی‌های نمودار x-t

ویژگی تفسیر
سهمی شتاب ثابت
شیب مماس سرعت لحظه‌ای
تحدب رو به بالا شتاب مثبت (a > ۰)
تحدب رو به پایین شتاب منفی (a < ۰)
نقطه قله سرعت صفر (تغییر جهت)
شیب صعودی سرعت مثبت
شیب نزولی سرعت منفی

محاسبه سرعت از نمودار x-t

text
v = شیب خط مماس بر منحنی در آن نقطه

محاسبه سرعت متوسط از نمودار x-t

text
v_avg = شیب خط واصل بین دو نقطه

انواع سهمی در نمودار x-t

حالت ۱: شتاب مثبت و سرعت اولیه مثبت


  • سهمی رو به بالا

  • سرعت افزایش می‌یابد

حالت ۲: شتاب منفی و سرعت اولیه مثبت (کندشونده)


  • سهمی رو به پایین

  • سرعت کاهش می‌یابد تا صفر، سپس معکوس می‌شود

حالت ۳: شتاب منفی و سرعت اولیه منفی (تندشونده در جهت منفی)

سهمی رو به پایین
  • سرعت در جهت منفی افزایش می‌یابد

نمودار سرعت-زمان (v-t)

شکل نمودار

در حرکت با شتاب ثابت، نمودار سرعت-زمان یک خط راست است.


ویژگی‌های نمودار v-t

ویژگی تفسیر
خط راست شتاب ثابت
شیب خط شتاب
عرض از مبدأ سرعت اولیه (v₀)
شیب مثبت شتاب مثبت (a > ۰)
شیب منفی شتاب منفی (a < ۰)
خط افقی شتاب صفر (سرعت ثابت)
عبور از محور t تغییر جهت حرکت

محاسبه شتاب از نمودار v-t

text
a = شیب خط = (v₂ - v₁) / (t₂ - t₁)

محاسبه جابه‌جایی از نمودار v-t

جابه‌جایی = مساحت زیر نمودار v-t

text
Δx = مساحت زیر نمودار

مساحت بالای محور: جابه‌جایی مثبت
مساحت زیر محور: جابه‌جایی منفی

محاسبه مسافت از نمودار v-t

text
مسافت = مجموع قدر مطلق مساحت‌ها

معادله خط نمودار v-t

text
v = v₀ + a·t

نکته: این همان معادله سرعت است.

انواع خط در نمودار v-t

حالت ۱: شتاب مثبت


  • شیب مثبت → a > ۰

  • سرعت افزایش می‌یابد

حالت ۲: شتاب منفی


  • شیب منفی → a < ۰

  • سرعت کاهش می‌یابد

حالت ۳: عبور از محور زمان (تغییر جهت)


  • در نقطه عبور، سرعت صفر است

  • جهت حرکت تغییر می‌کند

نمودار شتاب-زمان (a-t)

شکل نمودار

در حرکت با شتاب ثابت، نمودار شتاب-زمان یک خط افقی است.


ویژگی‌های نمودار a-t

ویژگی تفسیر
خط افقی شتاب ثابت
بالای محور شتاب مثبت
زیر محور شتاب منفی
روی محور شتاب صفر
مساحت زیر نمودار تغییر سرعت (Δv)

محاسبه تغییر سرعت از نمودار a-t

text
Δv = مساحت زیر نمودار a-t

مقایسه سه نمودار

جدول مقایسه

نمودار شکل ویژگی محاسبه
x-t سهمی شیب مماس = سرعت v = شیب مماس
v-t خط راست شیب = شتاب، مساحت = جابه‌جایی a = شیب، Δx = مساحت
a-t خط افقی مساحت = تغییر سرعت Δv = مساحت

رابطه بین نمودارها

text
x-t (سهمی) → مشتق → v-t (خط راست) → مشتق → a-t (خط افقی)
text
a-t (خط افقی) → انتگرال → v-t (خط راست) → انتگرال → x-t (سهمی)

نکات مهم کنکوری

  1. در حرکت با شتاب ثابت: a = ثابت

  2. فرمول اصلی سرعت: v = v₀ + a·t

  3. فرمول اصلی مکان: x = x₀ + v₀·t + ½a·t²

  4. فرمول طلایی: v² = v₀² + 2a·Δx (وقتی زمان نداریم)

  5. سرعت متوسط: v_avg = (v₀+v)/2 (فقط برای شتاب ثابت)

  6. نمودار x-t: سهمی

  7. نمودار v-t: خط راست شیب‌دار

  8. نمودار a-t: خط افقی

  9. شیب نمودار x-t: سرعت لحظه‌ای

  10. شیب نمودار v-t: شتاب

  11. مساحت زیر نمودار v-t: جابه‌جایی

  12. مساحت بالای محور v-t: جابه‌جایی مثبت

  13. مساحت زیر محور v-t: جابه‌جایی منفی

  14. مسافت: مجموع قدر مطلق مساحت‌ها

  15. عبور از محور t در نمودار v-t: تغییر جهت حرکت

  16. نقطه قله در نمودار x-t: سرعت صفر

  17. در سقوط آزاد: a = g ≈ ۱۰ m/s²

  18. در پرتاب به بالا: a = -g

  19. زمان بالا رفتن = زمان پایین آمدن (در پرتاب از زمین)

  20. تبدیل km/h به m/s: تقسیم بر ۳.۶

فرمول‌های کلیدی

مفهوم فرمول
شتاب a = Δv/Δt
سرعت v = v₀ + a·t
مکان x = x₀ + v₀·t + ½a·t²
جابه‌جایی Δx = v₀·t + ½a·t²
فرمول طلایی v² = v₀² + 2a·Δx
جابه‌جایی با سرعت متوسط Δx = ((v₀+v)/2)·t
سرعت متوسط v_avg = (v₀+v)/2
شتاب از نمودار v-t a = شیب خط
جابه‌جایی از نمودار v-t Δx = مساحت زیر نمودار
مسافت از نمودار v-t d = مجموع قدر مطلق مساحت‌ها
تغییر سرعت از نمودار a-t Δv = مساحت زیر نمودار
تبدیل یکا m/s = km/h ÷ 3.6

کاربردهای عملی

در زندگی روزمره

  1. ترمز خودرو: حرکت کندشونده با شتاب منفی

  2. شتاب‌گیری خودرو: حرکت تندشونده با شتاب مثبت

  3. سقوط آزاد اجسام: حرکت با شتاب g

  4. پرتاب توپ به بالا: حرکت با شتاب -g

  5. آسانسور: حرکت با شتاب متغیر

در علوم

  1. فیزیک: مطالعه حرکت اجسام

  2. مهندسی: طراحی سیستم‌های ترمز و شتاب

  3. نجوم: حرکت سیارات و اجرام آسمانی

  4. ورزش: تحلیل عملکرد ورزشکاران

آزمایش‌های ساده

آزمایش ۱: اندازه‌گیری شتاب

  • یک سطح شیب‌دار بسازید

  • توپی را از بالای آن رها کنید

  • زمان رسیدن به پایین را اندازه بگیرید

  • شتاب را محاسبه کنید

آزمایش ۲: سقوط آزاد

  • دو جسم با جرم‌های مختلف را از یک ارتفاع رها کنید

  • زمان سقوط را اندازه بگیرید

  • مشاهده کنید که شتاب سقوط به جرم بستگی ندارد

آزمایش ۳: نمودار v-t

  • خودروی اسباب‌بازی را با شتاب ثابت حرکت دهید

  • سرعت را در زمان‌های مختلف اندازه بگیرید

  • نمودار v-t رسم کنید

آزمایش ۴: ترمز

  • دوچرخه‌ای را با سرعت مشخص حرکت دهید

  • ترمز کنید و مسافت ترمز را اندازه بگیرید

  • شتاب منفی را محاسبه کنید

حرکت با شتاب ثابت روی خط راست

حرکت تندشونده (a و v هم‌جهت)

text
v = v₀ + a·t  (a > 0, v₀ > 0)
  • سرعت افزایش می‌یابد

  • نمودار v-t صعودی است

  • نمودار x-t سهمی رو به بالا

حرکت کندشونده (a و v مخالف‌جهت)

text
v = v₀ - a·t  (a > 0, v₀ > 0)
  • سرعت کاهش می‌یابد

  • نمودار v-t نزولی است

  • نمودار x-t سهمی رو به پایین

حرکت با تغییر جهت

text
v = 0 در نقطه‌ای خاص
  • سرعت صفر می‌شود

  • سپس جهت حرکت معکوس می‌شود

  • نمودار v-t از محور t عبور می‌کند

حرکت از حال سکون

text
v₀ = 0
v = a·t
Δx = ½a·t²
  • سرعت اولیه صفر است

  • جابه‌جایی متناسب با مجذور زمان

حرکت تا توقف

text
v = 0
t = v₀ / a
Δx = v₀² / (2a)
  • سرعت نهایی صفر است

  • زمان و مسافت توقف قابل محاسبه است

سقوط آزاد

تعریف

حرکت جسمی که فقط تحت تأثیر نیروی گرانش قرار دارد.

ویژگی‌ها

  • شتاب: g ≈ ۱۰ m/s² (به سمت پایین)

  • سرعت اولیه: معمولاً صفر

  • مقاومت هوا: ناچیز فرض می‌شود

فرمول‌های سقوط آزاد

text
v = g·t
h = ½g·t²
v² = 2g·h

نکته مهم

در سقوط آزاد، شتاب به جرم جسم بستگی ندارد.

پرتاب به بالا

تعریف

حرکت جسمی که به بالا پرتاب می‌شود و تحت تأثیر گرانش قرار دارد.

ویژگی‌ها

  • شتاب: -g (به سمت پایین)

  • سرعت اولیه: v₀ (به سمت بالا)

  • در بالاترین نقطه: v = ۰

فرمول‌های پرتاب به بالا

text
v = v₀ - g·t
h = v₀·t - ½g·t²
v² = v₀² - 2g·h

حداکثر ارتفاع

text
h_max = v₀² / (2g)

زمان اوج

text
t_اوج = v₀ / g

زمان کل پرواز

text
t_کل = 2v₀ / g

نکته مهم

در پرتاب از زمین، زمان بالا رفتن = زمان پایین آمدن.

حل مسائل با نمودار

روش حل مسائل نموداری

مرحله ۱: نوع نمودار را تشخیص دهید (x-t، v-t یا a-t)

مرحله ۲: برای نمودار x-t:

  • شیب مماس = سرعت لحظه‌ای

  • شیب خط واصل = سرعت متوسط

  • سهمی = شتاب ثابت

مرحله ۳: برای نمودار v-t:

  • شیب خط = شتاب

  • مساحت زیر نمودار = جابه‌جایی

  • عرض از مبدأ = سرعت اولیه

مرحله ۴: برای نمودار a-t:

  • مساحت زیر نمودار = تغییر سرعت

مرحله ۵: معادله مربوطه را بنویسید

مرحله ۶: مقادیر مجهول را حساب کنید

مثال کامل

نمودار v-t خطی است که از (۰, ۱۰) می‌گذرد و در t = ۵ به v = ۳۰ می‌رسد.
الف) شتاب چقدر است؟
ب) جابه‌جایی در این ۵ ثانیه چقدر است؟
ج) معادله سرعت چیست؟

حل:

text
الف) a = شیب = (30 - 10) / (5 - 0) = 20 / 5 = 4 m/s²

ب) Δx = مساحت ذوزنقه = ½ × (10 + 30) × 5 = 100 m

ج) v = v₀ + a·t = 10 + 4t

حرکت با شتاب ثابت یکی از مهم‌ترین انواع حرکت در فیزیک است که در آن سرعت به طور یکنواخت تغییر می‌کند. این حرکت با سه نمودار اصلی (x-t، v-t، a-t) توصیف می‌شود و روابط ریاضی مشخصی بین مکان، سرعت، شتاب و زمان وجود دارد.

نکات کلیدی:

  • در حرکت با شتاب ثابت: a = ثابت

  • فرمول اصلی سرعت: v = v₀ + a·t

  • فرمول اصلی مکان: x = x₀ + v₀·t + ½a·t²

  • فرمول طلایی: v² = v₀² + 2a·Δx

  • نمودار x-t: سهمی

  • نمودار v-t: خط راست (شیب = شتاب، مساحت = جابه‌جایی)

  • نمودار a-t: خط افقی (مساحت = تغییر سرعت)

  • سرعت متوسط: (v₀+v)/2


دیدگاه شما

درباره ما

آکادمی فیزیک باباخانی، حاصل بیش از دو دهه تجربه و تخصص مهندس مهدی باباخانی، یکی از برترین مدرسان و نویسندگان درس فیزیک در ایران، است. ماموریت ما، ارائه‌ی آموزشی نوین، هدفمند و نتیجه‌محور برای داوطلبان کنکور و دانش‌آموزان مقاطع مختلف، با تکیه بر روشی منحصربه‌فرد است که توسط استاد باباخانی ابداع و تکامل یافته است.

کلیه حقوق متعلق به آکادمی فیزیک باباخانی میباشد.