\documentclass{article} \usepackage{amsmath} \usepackage[utf8]{inputenc} % Kodowanie UTF-8 \usepackage[T1]{fontenc} % Kodowanie fontów (polskie ogonki) \usepackage[polish]{babel} % Ustawienia języka polskiego \begin{document} \textbf{Treść zadania:} Na wykresie przedstawiono zależność składowej pionowej prędkości \( v_y \) w funkcji czasu \( t \). Określ równanie opisujące tę zależność i użyj go do analizy ruchu. Przyjmij uproszczony model zjawiska. \bigskip \textbf{Równanie funkcji:} \[ v_y(t) = A \sin(\omega t + \varphi) \] gdzie: \begin{itemize} \item \( A \) – amplituda drgań (maksymalna wartość \( v_y \)), \item \( \omega \) – pulsacja, \item \( \varphi \) – faza początkowa, \item \( t \) – czas. \end{itemize} \section{Wyznaczenie parametrów ruchu} \subsection{Amplituda \( A \)} Amplituda to maksymalna wartość prędkości \( v_y \) w funkcji czasu. Z wykresu odczytujemy, że największa wartość prędkości wynosi: \[ A = 0.6 \text{ m/s} \] \subsection{Okres \( T \)} Okres to czas trwania jednego pełnego cyklu. Analizując wykres, zauważamy, że funkcja powtarza się co: \[ T = 0.4 \text{ s} \] \subsection{Częstotliwość \( f \)} Częstotliwość to odwrotność okresu: \[ f = \frac{1}{T} = \frac{1}{0.4} = 2.5 \text{ Hz} \] \subsection{Uzasadnienie wyboru parametrów} Z wykresu \( v_y(t) \) możemy odczytać te parametry, ponieważ ruch opisany jest funkcją sinusoidalną. Prędkość w ruchu harmonicznym ma postać: \[ v_y(t) = A \sin(\omega t + \varphi) \] gdzie: - Amplituda \( A \) to maksymalna wartość prędkości, - Okres \( T \) to czas jednego pełnego cyklu sinusoidy, - Częstotliwość \( f \) jest związana z okresem wzorem \( f = \frac{1}{T} \). Analizując kolejne maksima i zera funkcji na wykresie, możemy jednoznacznie wyznaczyć te wielkości. Aby wyznaczyć funkcję położenia \( x(t) \) w ruchu harmonicznym, korzystamy z zależności między prędkością a położeniem. Dane z wykresu prędkości \( v_y(t) \): - Amplituda prędkości: \( A_v = 0.6 \) m/s - Okres: \( T = 0.4 \) s - Częstotliwość: \( f = 2.5 \) Hz - Pulsacja: \( \omega = 2\pi f = 5\pi \) rad/s - Faza początkowa: \( \varphi = 0 \) Równanie prędkości ma postać: \[ v_y(t) = A_v \sin(\omega t) \] Aby znaleźć położenie \( x(t) \), całkujemy funkcję prędkości: \[ x(t) = \int v_y(t) dt = \int A_v \sin(\omega t) dt \] Wynik całkowania daje: \[ x(t) = -\frac{A_v}{\omega} \cos(\omega t) + C \] Podstawiając wartości liczbowe: \[ x(t) = -\frac{0.6}{5\pi} \cos(5\pi t) + C \] \[ x(t) = -0.0382 \cos(5\pi t) + C \] Stała całkowania \( C \) zależy od warunków początkowych, które musimy określić na podstawie ruchu. \subsection{Obliczenia stałej całkowania} Aby wyznaczyć stałą całkowania \( C \), analizujemy warunki początkowe. Zakładamy, że dla \( t = 0 \) położenie wynosi \( x(0) = x_0 \). Podstawiając do równania: \[ x_0 = -0.0382 \cos(0) + C \] \[ x_0 = -0.0382 (1) + C \] \[ x_0 = -0.0382 + C \] Zatem: \[ C = x_0 + 0.0382 \] Wartość \( x_0 \) należy określić na podstawie warunków zadania. \end{document}