linkedin facebook twitter youtube logo-edx
דלג לתוכן ראשי

 דף נוסחאות

| מבוא  |   תנועה בקו ישר  |   תנועה במישור  |   תנועה מעגלית  |   חוקי ניוטון  |   חוקי ניוטון ב׳  |   תנועה הרמונית  |   עבודה ואנרגיה  |   מתקף ותנע  |  

מבוא

  • יחידות מידה:

    היחידות הבסיסיות הן \(M,K,S\):

    \(M\)- מטר [\(m\)]
    \(K\)- קילוגרם [\(kg\)]
    \(S\)- שניות [\(sec\)]

    תחיליות נפוצות:

    \(k=1000=10^3\)
    \(c=\frac{1}{100}=10^{-2}\)
    \(m=\frac{1}{1000}=10^{-3}\)
  • משולש ישר זווית:


    \(sin\alpha=\frac{a}{c}\)
    \(cos\alpha=\frac{b}{c}\)
    \(tan\alpha=\frac{a}{b}\)
    משפט פיתגורס: \(c^2=a^2+b^2\)
  • זהויות טריגונומטריות בסיסיות:

    \(sin^2\alpha+cos^2\alpha=1\)
    \(cos(90^\circ-\alpha)=sin\alpha\)
    \(sin(90^\circ-\alpha)=cos\alpha\)
    \(sin2\alpha=2cos\alpha sin\alpha\)
  • משולש כללי:



    משפט הקוסינוסים:

    \(c^2=a^2+b^2-2abcos\alpha\)

    משפט הסינוסים:

    \(\frac{a}{sin\alpha}=\frac{b}{sin\beta}=\frac{c}{sin\gamma}\)

תנועה בקו ישר

  • העתק:

    \(\Delta x=x_2-x_1\)
  • תנועה במהירות קבועה:

    \(v=\frac{\Delta x}{\Delta t}\)
    \(x_t=x_0+v\cdot t\)
  • גרף ליניארי:

    הפונקציה הליניארית \(y=a+bx\)
    \(b=\frac{\Delta y}{\Delta x}\)
  • מהירות ממוצעת:

    \(\overline{v}=\frac{\Delta x}{\Delta t}\)
  • מהירות רגעית:

    \(v=\frac{\Delta x}{\Delta t}_{\Delta t \rightarrow 0}=\frac{dx}{dt}\)
  • תאוצה ממוצעת:

    \(\overline{a}=\frac{\Delta v}{\Delta t}\)
  • תאוצה רגעית:

    \(a=\frac{\Delta v}{\Delta t}_{\Delta t \rightarrow 0}=\frac{dv}{dt}=\frac{d^2x}{dt^2}\)
  • נגזרות נפוצות:

    כאשר \(C\) קבוע.
    \(\frac{dC}{dt}=0\)
    \(\frac{d(Ct)}{dt}=C\)
    \(\frac{d(Ct^2)}{dt}=2Ct\)
    \(\frac{d(Ct^n)}{dt}=Cnt^{n-1}\)

  • כללי גזירה בסיסיים:

    כאשר \(A(t),B(t)\) הן שתי פונקציות כלליות התלויות בזמן:

    1. נגזרת של סכום (או הפרש) של פונקציות:

    \(\frac{d}{dt}(A(t)+B(t))=\frac{dA(t)}{dt}+\frac{dB(t)}{dt}\)

    2. נגזרת של פונקציה כפול קבוע:

    \(\frac{d(C \cdot A(t))}{dt}=C \cdot \frac{dA(t)}{dt}\)

    3. נגזרת מכפלה:

    \(\frac{d}{dt}(A(t) \cdot B(t))=A(t) \cdot \frac{dB(t)}{dt}+B(t) \cdot \frac{dA(t)}{dt}\)

    4. נגזרת מנה:

    \(\frac{d}{dt}(\frac{A(t)}{B(t)})=\frac{\frac{d}{dt}(A(t)) \cdot B(t)-\frac{d}{dt}(B(t)) \cdot A(t)}{B^2(t)}\)

    5. נגזרת מורכבת:

    \(\frac{d}{dt}(A(B(t)))=\frac{d}{dt}(A(B(t))) \cdot \frac{dB(t)}{dt}\)

  • אינטגרל בבעיות תנועה:

    \(x=\int vdt\)
    \(v=\int atd\)
  • כללי אינטגרציה:

    נדגים זאת עבור שתי הפונקציות הכלליות \(A(t)\) ו-\(B(t)\).

    1. אינטגרל של פונקציה כפול קבוע:

    \(\int{C \cdot A(t)dt}=C \cdot \int{A(t)dt}\)

    2. אינטגרל של סכום או הפרש פונקציות:

    \(\int{(A(t)+B(t))dt}=\int{A(t)dt}+\int{B(t)dt}\)

  • תנועה בתאוצה קבועה:

    \(x_t=x_0+v_0t+\frac{1}{2}at^2\)
    \(v_t=v_0+at\)
    \(v_t^2=v_0^2+2a(x_t-x_0)\)
    \(x_t=x_0+(\frac{v_0+v_t}{2})t\)
  • פונקציה ריבועית:

    \(y=c+bx+ax^2\)

תנועה במישור

  • ווקטור המיקום:

    \(\vec{r}=r_x\hat{x}+r_y\hat{y}\)
  • העתק:

    \(\Delta \vec{r}=\Delta x\hat{x}+\Delta y\hat{y}\)
  • מהירות:

    \(\vec{v}=\frac{\Delta \vec{r}}{\Delta t}=\frac{\Delta x}{\Delta t}\hat{x}+\frac{\Delta y}{\Delta t}\hat{y}\)
    \(\vec{v}_{\Delta t \rightarrow 0}=\frac{dx}{dt}\hat{x}+\frac{dy}{dt}\hat{y}=v_{xt}\hat{x}+v_{yt}\hat{y}\)
  • תאוצה:

    \(\vec{a}=\frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}=\frac{\Delta v_x}{\Delta t}\hat{x}+\frac{\Delta v_y}{\Delta t}\hat{y}\)
    \(\vec{a}_{\Delta t \rightarrow 0}=\frac{dv_{xt}}{dt}\hat{x}+\frac{dv_{yt}}{dt}\hat{y}=a_{xt}\hat{x}+a_{yt}\hat{y}\)
  • בהינתן \(\vec{v_0},\vec{r_0},\vec{a}\):

    \(\vec{v}=(\int{a_xdt})\hat{x}+(\int{a_ydt})\hat{y}\)
    \(\vec{r}=(\int{v_xdt})\hat{x}+(\int{v_ydt})\hat{y}\)

תנועה מעגלית

  • המרה ממעלות לרדיאנים:

    \(\Theta(rad)=\frac{\Theta(deg)\cdot 2\pi}{360^\circ}\)
  • אורך קשת:

    \(S=\Theta R\)
  • פונקציית \(sin\):

    \(Asin(\omega t+\phi)\)
  • זמן מחזור: 

    \(T=\frac{2\pi}{\omega}\)
  • הפונקציות \(sin,cos\)- נגזרות ואינטגרלים:

    \(\frac{d}{dt}(sint)=cost\)
    \(\frac{d}{dt}(cost)=-sint\)
    \(\int{sintdt}=-cost+C\)
    \(\int{costdt}=sint+C\)
  • תנועה מעגלית במהירות קבועה:

    \(\vec{r}=Rcos(\omega t)\hat{x}+Rsin(\omega t)\hat{y}\)
    \(|\vec{r}|=R\)
    \(\vec{v}=-R\omega sin(\omega t)\hat{x}+R\omega cos(\omega t)\hat{y}\)
    \(|\vec{v}|=\omega R\)
    \(\vec{a}=-\omega^2Rcos(\omega t)\hat{x}-\omega^2 Rsin(\omega t)\hat{y}\)
    \(\vec{a}=-\omega^2\vec{r}\)
    \(|\vec{a}|=\omega^2R=\frac{v^2}{R}\)
  • תנועה מעגלית מוכללת:

    \(\vec{r}=Rcos(\Theta_t)\hat{x}+Rsin(\Theta_t)\hat{y}\)
    \(\omega_t=\frac{d\Theta_t}{dt}\)
    \(\vec{v}=-R\omega_t sin(\Theta_t)\hat{x}+R\omega_t cos(\Theta_t)\hat{y}\)
    \(|\vec{v}|=R\omega_t\)
    \(\alpha_t=\frac{d\omega_t}{dt}\)
    \(\vec{a}=-\omega_t^2\vec{r}+\frac{\alpha_t}{\omega_t}\vec{v}\)
    \(|\vec{a_R}|=\omega_t^2R\)
    \(|\vec{a_T}|=\alpha_tR\)

חוקי ניוטון

  • החוק הראשון של ניוטון:

    \(\Sigma \vec{F} \iff \vec{a}=0\)
    \(\Sigma F_x \iff a_x=0\)
    \(\Sigma F_y \iff a_y=0\)
  • החוק השני של ניוטון:

    \(\Sigma \vec{F}=m\vec{a}\)
    \(\Sigma F_x=ma_x\)
    \(\Sigma F_y=ma_y\)
  • החוק השלישי של ניוטון:

    \(\vec{F_{1,2}}=-\vec{F_{2,1}}\)
  • כוח החיכוך:

    \(f_{s,max}=\mu_s\cdot N\)
    \(f_k=\mu_k\cdot N\)
    \(\mu_s \geq \mu_k\)

חוקי ניוטון ב'

  • חוק הכבידה האוניברסלי:

    \(F=G\frac{m_1\cdot m_2}{r^2}\)
    \(G=6.67\cdot 10^{-11}\frac{Nm^2}{kg^2}\)
  • תאוצת הכובד:

    \(a=\frac{GM}{r^2}\)
  • כוחות בתנועה מעגלית:

    \(\Sigma F_R=ma_R=m\omega^2R=\frac{mv^2}{R}\)
    \(\Sigma F_T=ma_T=m\alpha R\)

תנועה הרמונית

  • חוק הוק:

    \(\vec{F}=-k\vec{x}\)
  • תנועה הרמונית:

    המשוואה הדיפרנציאלית המתארת את התנועה ההרמונית:
    \(\frac{d^2x_t}{dt^2}=-\omega^2x_t\)
    \(\omega^2=\frac{k}{m}\)

    \(x(t)=Acos(\omega t+\phi)\)
    \(v(t)=-A\omega sin(\omega t+\phi)\)
    \(a(t)=-A\omega^2cos(\omega t+\phi)\)
  • זמן מחזור:

    \(T=\frac{2\pi}{\omega}\)
  • תדירות:

    \(f=\frac{1}{T}\)
  • קפיץ אנכי:

    \(F=mg-kx=-ku\)
    \(u=x-\frac{mg}{k}\)

    \(u(t)=Acos(\omega t+\phi)\)
    \(x(t)=u(t)+\frac{mg}{k}\)
  • מטוטלת:

    המשוואה הדיפרנציאלית המתארת את תנועת המטוטלת:
    \(\frac{d^2\Theta}{dt^2}=-\frac{g}{l}sin\Theta\)

    עבור זוויות קטנות:
    \(sin\Theta \sim \Theta\)
    \(\frac{d^2\Theta}{dt^2}=-\Omega^2 \Theta\)
    \(\Omega^2=\frac{g}{l}\)


עבודה ואנרגיה

  • עבודה:

    \(W=|\vec{F}|cos\alpha|\Delta \vec{x}|=\vec{F}\cdot \Delta \vec{x}\)
  • מכפלה סקלרית:

    \(\vec{A}\cdot\vec{B}=|\vec{A}||\vec{B}|cos\alpha\)
  • סכום העבודות:

    \(\Sigma W=W_1+W_2+....\)
  • עבודת הכוח השקול:

    \(W_{F_T}=\vec{F_T}\cdot \Delta \vec{x}\)
  • משפט עבודה אנרגיה קינטית:

    \(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)
    \(W_{F_T}=\Delta E_k\)
  • עבודה של כוח לא קבוע:

    \(W=\int^{x_2}_{x_1}\vec{F}\cdot \vec{dx}\)
  • אנרגיה פוטנציאלית:

    \(E_p=-\int\vec{F}\cdot \vec{dx}\)
  • אנרגיה פוטנציאלית של כוח הכובד:

    \(E_p=mgh\)
  • אנרגיה פוטנציאלית של קפיץ:

    \(E_p=\frac{1}{2}kx^2\)
  • עבודה של \(\vec{F}\):

    \(W_F=-\Delta E_p\)
  • חוק שימור האנרגיה:

    \(E_T=E_k+E_{p_1}+E_{p_2}+....\)
    \(\Delta E_T=W_{n.c}\)
  • תנועה מעגלית אנכית:

    \(N_{\Theta}=mgcos\Theta+\frac{mv_{\Theta}^2}{R}\)
    \(v_{\Theta,min}=\sqrt{-Rgcos\Theta}\)
    בנקודה העליונה ביותר:
    \(v_{\Theta,min}=v_c=\sqrt{Rg}\)

מתקף ותנע

  • תנע:

    \(\vec{p}=m\vec{v}\)
  • תנע של מערכת:

    \(\vec{p_1}+\vec{p_2}+\vec{p_3}+...\)
  • חוק שימור התנע:

    כאשר אין כוחות חיצוניים על המערכת:
    \(\vec{p_1}+\vec{p_2}+...=const\)
  • התנגשויות:

    \(m_1\vec{v_1}+m_2\vec{v_2}=m_1\vec{u_1}+m_2\vec{u_2}\)\
  • התנגשות פלסטית:

    \(m_1\vec{v_1}+m_2\vec{v_2}=(m_1+m_2)\vec{u}\)
  • התנגשות אלסטית:

    \(v_1-v_2=u_2-u_1\)