A grafikon, ami sok, hasznos adatot rejt

Az alábbi feladat a 2023-as (NAT 2012) októberi, középszintű fizika érettségi első részének 20. feladata volt. A feladat kulcsa a grafikon olvasása.

Az ábrán látható golyót a lejtő szélén nagyon finoman meglökjük, az pedig a képen látható pályán legurul.

Melyik grafikon tartozik ehhez  a mozgáshoz, ha a golyó csúszásmentesen gördül, és  a közegellenállás hatását elhanyagolhatjuk? 

A)         Az 1-es grafikon.  

B)   A 2-es grafikon.     

C)         A 3-as grafikon.

D)         A 4-es grafikon.

Mielőtt a helyes választ megnéznéd, érdemes kicsit elmélyülni a témában itt:

„Fizika általános iskolásoknak”

„Testek mozgásának vizsgálata” c. fejezet

„Grafikonok” c. lekében.

A mozgást leíró grafikonok értelmezése elengedhetetlen a klasszikus mechanika megértésében, és gyakori feladattípus a fizika érettségin. A 2023 októberi érettségi vizsgán egy kérdés éppen ilyen szituációt tár a vizsgázók elé, ahol egy golyó mozgását kell összekapcsolniuk a megfelelő grafikonnal. A kérdés a következő: “Az ábrán látható golyót a lejtő szélén nagyon finoman meglökjük, az pedig a képen látható pályán legurul. Az alábbi grafikonok közül melyik tartozik ehhez a mozgáshoz, ha a golyó csúszásmentesen gördül, és a közegellenállás hatását elhanyagolhatjuk?”

A helyes válasz a B) opció, a 2-es grafikon, amely egy egyenesen növekvő v−t grafikont mutat.

Mozgástípus és grafikonok elemzése

A kérdésből kiderül, hogy a golyó egy lejtőn gördül le, egyenletesen gyorsuló mozgást végez, amit a közegellenállás és a súrlódás hiánya is megerősít. Az egyenesen növekvő v−t grafikon azt jelzi, hogy a sebesség egyenletesen nő az idő függvényében, ami a lejtőn lefelé gyorsuló mozgáshoz társul. A többi opció (az 1-es grafikon állandó sebességet, a 3-as egyenletesen lassuló mozgást, a 4-es pedig egyenletesen gyorsuló, de az idővel arányosan csökkenő gyorsulást jelöl) nem felel meg a leírt helyzetnek.

A tökéletes gördülés jellemzői

Amikor egy tárgyat finoman meglökünk egy lejtőn, a gravitációs erő hatására elkezd gyorsulni. Ha nincsenek külső erők, mint például a közegellenállás vagy a súrlódás, akkor a tárgy gyorsulása konstans marad, ami a sebesség folyamatos növekedését eredményezi.

A helyes válasz és fizikai magyarázata

A helyes válasz tehát a B) 2-es grafikon, ami pontosan kifejezi azt a fizikai viszonyt, hogy egyenletesen gyorsuló mozgást végzünk, ahol a sebesség függvényében növekszik az idővel. Ez a fajta grafikon a klasszikus mechanika egyik alapvető eszköze a mozgások jellemzésére.

Konklúzió

A lejtőn való tökéletes gördülés és a hozzá tartozó v−t grafikonok megértése lényeges a fizika tanulmányozásában. Az érettségi feladatok, mint ez a példa is, megmutatják, hogy a mozgások vizuális reprezentációja, mint a grafikonok, mennyire hasznosak lehetnek a mozgások jellemzésében és a fizikai törvények alkalmazásában. A golyó lejtőn való gördülésének fizikai modellje egyszerű, mégis erős eszköz a mozgást leíró alapvető fogalmak megértéséhez és bemutatásához.

• Ingyenes tananyagok – Eduking
• Általános Iskolás Fizika Tananyag – Eduking
• Középiskolás Fizika Tananyag – Eduking