2.6: Misingi ya kutatua matatizo kwa Kinematiki moja-Dimensional

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Tumia hatua za kutatua matatizo na mikakati ya kutatua matatizo ya kinematics moja-dimensional.
• Tumia mikakati ya kuamua kama matokeo ya tatizo ni ya busara, na ikiwa sio, tambua sababu.

Misingi ya Kutatua matatizo kwa Kinematiki moja-Dimensional

Ujuzi wa kutatua matatizo ni wazi muhimu kwa mafanikio katika kozi ya kiasi katika fizikia. Muhimu zaidi, uwezo wa kutumia kanuni pana za kimwili, kwa kawaida zinawakilishwa na equations, kwa hali maalum ni aina yenye nguvu sana ya ujuzi. Ni nguvu zaidi kuliko kukariri orodha ya ukweli. Ujuzi wa uchambuzi na uwezo wa kutatua matatizo unaweza kutumika kwa hali mpya, ambapo orodha ya ukweli haiwezi kufanywa kwa muda mrefu wa kutosha kuwa na kila hali iwezekanavyo. Ujuzi huo wa uchambuzi ni muhimu kwa kutatua matatizo katika maandishi haya na kwa kutumia fizikia katika maisha ya kila siku na ya kitaaluma.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): ujuzi wa kutatua matatizo ni muhimu kwa mafanikio yako katika Fizikia. (mikopo: scui3asteveo, Flickr)

Hatua za kutatua matatizo

Ingawa hakuna njia rahisi ya hatua kwa hatua ambayo inafanya kazi kwa kila tatizo, taratibu zifuatazo za jumla zinawezesha kutatua tatizo na kuifanya kuwa na maana zaidi. Kiasi fulani cha ubunifu na ufahamu kinahitajika pia.

Hatua ya 1

Kuchunguza hali ili kuamua ni kanuni gani za kimwili zinazohusika. Mara nyingi husaidia kuteka mchoro rahisi mwanzoni. Utahitaji pia kuamua mwelekeo gani ni chanya na kumbuka kuwa kwenye mchoro wako. Mara baada ya kutambua kanuni za kimwili, ni rahisi sana kupata na kutumia milinganyo inayowakilisha kanuni hizo. Ingawa kutafuta equation sahihi ni muhimu, kukumbuka kwamba equations inawakilisha kanuni za kimwili, sheria za asili, na mahusiano kati ya wingi wa kimwili. Bila ufahamu wa dhana ya tatizo, suluhisho la namba ni maana.

Hatua ya 2

Fanya orodha ya kile kinachopewa au kinaweza kuhitimishwa kutokana na tatizo kama ilivyoelezwa (kutambua ujuzi). Matatizo mengi yanasemwa kwa ufupi sana na yanahitaji ukaguzi ili kuamua kile kinachojulikana. Mchoro unaweza pia kuwa muhimu sana kwa hatua hii. Rasmi kutambua maarifa ni ya umuhimu hasa katika kutumia fizikia kwa hali halisi ya dunia. Kumbuka, “kusimamishwa” maana kasi ni sifuri, na sisi mara nyingi unaweza kuchukua muda wa awali na nafasi kama sifuri.

Hatua ya 3

Tambua hasa kile kinachohitajika kuamua katika tatizo (kutambua haijulikani). Katika matatizo magumu, hasa, si mara zote dhahiri nini kinachohitajika kupatikana au katika mlolongo gani. Kufanya orodha inaweza kusaidia.

Hatua ya 4

Kupata equation au seti ya milinganyo ambayo inaweza kukusaidia kutatua tatizo. Orodha yako ya ujuzi na haijulikani inaweza kusaidia hapa. Ni rahisi kama unaweza kupata milinganyo ambayo yana moja tu haijulikani - yaani, wote wa vigezo vingine wanajulikana, hivyo unaweza kwa urahisi kutatua kwa haijulikani. Ikiwa equation ina zaidi ya moja haijulikani, basi equation ya ziada inahitajika ili kutatua tatizo. Katika matatizo mengine, haijulikani kadhaa lazima kuamua kupata moja inahitajika zaidi. Katika matatizo hayo ni muhimu hasa kuweka kanuni za kimwili katika akili ili kuepuka kupotea katika bahari ya milinganyo. Unaweza kutumia equations mbili (au zaidi) tofauti ili kupata jibu la mwisho.

Hatua ya 5

Badilisha knowns pamoja na vitengo vyao katika equation sahihi, na kupata ufumbuzi namba kamili na vitengo. Hatua hii inazalisha jibu namba; pia hutoa hundi juu ya vitengo ambayo inaweza kukusaidia kupata makosa. Ikiwa vitengo vya jibu si sahihi, basi hitilafu imefanywa. Hata hivyo, alionya kuwa vitengo sahihi havihakikishi kwamba sehemu ya namba ya jibu pia ni sahihi.

Hatua ya 6

Angalia jibu ili uone ikiwa ni busara: Je, ina maana? Hatua hii ya mwisho ni muhimu sana-lengo la fizikia ni kuelezea kwa usahihi asili. Ili kuona kama jibu ni busara, angalia ukubwa wake wote na ishara yake, pamoja na vitengo vyake. Hukumu yako kuboresha kama wewe kutatua matatizo zaidi na zaidi fizikia, na itakuwa inawezekana kwa wewe kufanya finer na finer hukumu kuhusu kama asili ni vya kutosha ilivyoelezwa na jibu la tatizo. Hatua hii huleta tatizo nyuma kwa maana yake ya dhana. Ikiwa unaweza kuhukumu kama jibu ni la busara, una ufahamu mkubwa wa fizikia kuliko tu kuwa na uwezo wa kutatua tatizo.

Wakati wa kutatua matatizo, mara nyingi tunafanya hatua hizi kwa utaratibu tofauti, na sisi pia huwa na kufanya hatua kadhaa wakati huo huo. Hakuna utaratibu mgumu ambao utafanya kazi kila wakati. Uumbaji na ufahamu hukua na uzoefu, na misingi ya kutatua tatizo huwa karibu moja kwa moja. Njia moja ya kupata mazoezi ni kufanya kazi kwa mifano ya maandishi mwenyewe unaposoma. Mwingine ni kufanya kazi kama matatizo mengi ya mwisho ya sehemu iwezekanavyo, kuanzia na rahisi kujenga ujasiri na kuendelea kwa ngumu zaidi. Mara baada ya kushiriki katika fizikia, utaona yote karibu nawe, na unaweza kuanza kuitumia kwa hali unazokutana nje ya darasani, kama ilivyofanyika katika maombi mengi katika maandishi haya.

Matokeo yasiyo ya maana

Fizikia lazima ieleze asili kwa usahihi. Baadhi ya matatizo yana matokeo ambayo hayana maana kwa sababu Nguzo moja ni isiyo ya maana au kwa sababu majengo fulani hayapatikani. Kanuni ya kimwili inatumiwa kwa usahihi kisha hutoa matokeo yasiyo ya maana. Kwa mfano, ikiwa mtu anayeanza mbio ya mguu huharakisha saa\(0.40 m/s^2\) 100 s, kasi yake ya mwisho itakuwa\(40 m/s\) (kuhusu 150 km/h) -wazi kwa sababu wakati wa 100 s ni Nguzo isiyo na maana. Fizikia ni sahihi kwa maana, lakini kuna zaidi ya kuelezea asili kuliko kuendesha milinganyo kwa usahihi. Kuangalia matokeo ya tatizo ili kuona kama ni busara hufanya zaidi ya kusaidia kufuta makosa katika kutatua tatizo-pia hujenga intuition katika kuhukumu kama asili inaelezwa kwa usahihi.

Tumia mikakati ifuatayo ili kuamua kama jibu ni la busara na, ikiwa sivyo, kuamua ni nini sababu.

Hatua ya 1

Tatua tatizo kwa kutumia mikakati kama ilivyoainishwa na katika muundo uliofuatiwa katika mifano iliyofanywa katika maandishi. Katika mfano uliotolewa katika aya iliyotangulia, ungependa kutambua waliopewa kama kuongeza kasi na wakati na kutumia equation chini ili kupata kasi isiyojulikana ya mwisho. Hiyo ni,

\[v=v0+at=0+(0.40m/s2)(100s)=40m/s.\]

Hatua ya 2

Angalia ili uone kama jibu ni la busara. Je, ni kubwa mno au ndogo sana, au ina ishara mbaya, vitengo visivyofaa,...? Katika kesi hii, huenda ukahitaji kubadilisha mita kwa pili kwenye kitengo cha kawaida zaidi, kama maili kwa saa.

\[(40 ms)(3.28 ftm)(1 mi5280 ft)(60 smin)(60 min1 h)=89 mph\]

Kasi hii ni juu ya mara nne zaidi kuliko mtu anaweza kukimbia - hivyo ni kubwa mno.

Hatua ya 3

Ikiwa jibu ni la maana, angalia nini hasa kinachoweza kusababisha ugumu uliotambuliwa. Katika mfano wa mkimbiaji, kuna mawazo mawili tu ambayo ni mtuhumiwa. Kuongeza kasi inaweza kuwa kubwa mno au muda mrefu sana. Angalia kwanza kasi na fikiria juu ya nini nambari ina maana. Ikiwa mtu huharakisha saa 0.40 m/s2, kasi yao inaongezeka kwa 0.4 m/s kila pili. Je, hii inaonekana kuwa ya busara? Ikiwa ndivyo, wakati lazima uwe mrefu sana. Haiwezekani mtu kuharakisha kwa kiwango cha mara kwa mara cha 0.40 m/s2 kwa s 100 (karibu dakika mbili).

Muhtasari

• Hatua sita za msingi za kutatua tatizo kwa fizikia ni:

Hatua ya 1. Kuchunguza hali ili kuamua ni kanuni gani za kimwili zinazohusika.

Hatua ya 2. Fanya orodha ya kile kinachopewa au kinaweza kuhitimishwa kutokana na tatizo kama ilivyoelezwa (kutambua ujuzi).

Hatua ya 3. Tambua hasa kile kinachohitajika kuamua katika tatizo (kutambua haijulikani).

Hatua ya 4. Kupata equation au seti ya milinganyo ambayo inaweza kukusaidia kutatua tatizo.

Hatua ya 5. Badilisha knowns pamoja na vitengo vyao katika equation sahihi, na kupata ufumbuzi namba kamili na vitengo.

Hatua ya 6. Angalia jibu ili uone ikiwa ni busara: Je, ina maana?