فيديو السؤال: تحديد التمثيل البياني الصحيح للسرعة مقابل الزمن لتوقف سيارة الفيزياء

نسخة الفيديو النصية

يوضح التمثيل البياني للسرعة مقابل الزمن التغير في سرعة سيارة ضغطت الفرامل فجأة لتتوقف على سطح خرساني جاف. أي من التمثيلات البيانية الأخرى الموضحة: (أ)، (ب)، (ﺟ)، (د)، (ﻫ)، يعد أفضل مطابقة للتمثيل البياني للسرعة مقابل الزمن لتوقف نفس السيارة، إذا قادها نفس السائق، ولكن على سطح خرساني مبلل؟

في التمثيل البياني الأول، نرى أنه تمثيل بياني لسرعة سيارة مقابل الزمن. نعلم من السؤال أن هذا يمثل السرعة مقابل الزمن لسيارة ضغطت الفرامل لتتوقف بعد ذلك على سطح خرساني جاف. يمكن أن نلاحظ أن سرعة السيارة في البداية كانت ثابتة. تمثل الفترة الزمنية التي حدث فيها ذلك زمن استجابة السائق. في نهاية زمن استجابة السائق، يضغط السائق على دواسة الفرامل، وتبدأ السيارة في التباطؤ وتقل سرعتها حتى تصل إلى الصفر. نريد مقارنة هذا التمثيل البياني، الذي يمثل سيارة تتوقف على سطح خرساني جاف، بالتمثيلات البيانية الخمسة الأخرى المعطاة لنا في الخيارات. نعلم من السؤال أن هذه الخيارات يقصد بها تمثيل الحالة نفسها بالضبط، باستثناء أن السيارة تتوقف هذه المرة على سطح خرساني مبلل.

بعبارة أخرى، نحن نتعامل مع السيارة نفسها، بالسرعة الابتدائية نفسها، ومع السائق نفسه، بزمن الاستجابة نفسه، وهكذا. بمعلومية ذلك، يمكن أن نبدأ في تناول التمثيلات البيانية (أ)، (ب)، (ج)، (د)، (هـ) ونشرع في استبعاد بعض الخيارات غير المناسبة. على سبيل المثال، نلاحظ أن طول القطعة المستقيمة الأفقية لهذا الخط المستقيم في التمثيلات البيانية (أ)، (ب)، (د) أطول منها في التمثيل البياني الأصلي. إذا كان هذا صحيحًا، فسيعني أن سائق السيارة الآن لديه زمن استجابة أبطأ، ولكن هذا ليس صحيحًا. فالفرق الوحيد بين هاتين الحالتين هو أن السطح الخرساني في الحالة الأولى جاف، في حين أنه مبلل في الحالة الثانية. وهذا يعني أن بإمكاننا استبعاد الخيارات (أ)، (ب)، (د) على الفور.

بالرجوع إلى التمثيل البياني الأصلي، نجد أن السرعة الابتدائية للسيارة مقيسة إلى هذه النقطة على المحور الرأسي. وعندما تتحرك السيارة على سطح خرساني مبلل، نتوقع أن تبقى هذه السرعة الابتدائية كما هي. بالنظر إلى الخيار (هـ)، نلاحظ هنا أن السرعة الابتدائية للسيارة؛ أي القيمة المقابلة للقطعة المستقيمة الأفقية على هذا التمثيل البياني، أكبر منها في التمثيل البياني الأصلي. وهذا قد يعني أن السيارة تتحرك على السطح الخرساني المبلل بسرعة ابتدائية أكبر من السرعة الابتدائية التي تتحرك بها على السطح الخرساني الجاف. لكن هذا يتناقض مع حقيقة أننا نتعامل مع السيارة نفسها في كلتا الحالتين. إذن، سنستبعد الخيار (هـ) أيضًا.

وبذلك، يتبقى لدينا خيار واحد فقط. لنتحقق مما إذا كان هذا الخيار صحيحًا أم لا. أولًا، يمكن أن نلاحظ أن زمن استجابة السائق في هذه الحالة هو نفسه الموجود في التمثيل البياني الأصلي. كما نلاحظ أن السرعة الابتدائية للسيارة في هذه الحالة هي نفسها كما كانت في الحالة الأولى. لكن يمكننا أن نلاحظ أن الفرق في الزمن بين النقطة التي يبدأ عندها السائق بالضغط على الفرامل والنقطة التي تتوقف عندها السيارة في التمثيل البياني (ج) أكبر منه في التمثيل البياني الأصلي للسرعة مقابل الزمن. هذا يعني أن التمثيل البياني (ج) يوضح لنا أن معدل تباطؤ السيارة أقل مقارنة به في التمثيل البياني الأصلي.

لكن هذا منطقي لأن السطح الذي تتحرك عليه السيارة الآن مبلل وأقل احتكاكًا من السطح الخرساني الجاف. وحينئذ نتوقع أن تتباطأ السيارة بمعدل أقل؛ مما يعني أنها تستغرق زمنًا أطول حتى تتوقف تمامًا. وهذا ما يوضحه التمثيل البياني (ج). ولذا، نختار هذا التمثيل البياني إجابة على هذا السؤال. وهكذا، يعد هذا التمثيل البياني أفضل مطابقة للتمثيل البياني للسرعة مقابل الزمن الذي نتوقعه لسيارة تحركت وفق هذا التمثيل البياني للسرعة مقابل الزمن ولكن على سطح أقل احتكاكًا.