Φυσική Α' Λυκείου

Κατακόρυφη Βολή

1. Θεωρία

Τι είναι η Κατακόρυφη Βολή προς τα Πάνω;

Κατακόρυφη βολή προς τα πάνω είναι η κίνηση ενός σώματος που:

  • Εκτοξεύεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα υ₀
  • Κινείται υπό την επίδραση μόνο της βαρύτητας
  • Επιβραδύνεται καθώς ανεβαίνει (η g είναι αντίθετη της κίνησης)
  • Σταματά στιγμιαία στο μέγιστο ύψος (υ = 0)
  • Πέφτει πίσω με ελεύθερη πτώση

Οι Δύο Φάσεις της Κίνησης

Φάση Ανόδου

Κίνηση: Προς τα πάνω

Επιτάχυνση: α = -g (αντίθετη)

Ταχύτητα: Μειώνεται

Τέλος: υ = 0 στο h_max

Φάση Καθόδου

Κίνηση: Προς τα κάτω

Επιτάχυνση: α = +g (ομόρροπη)

Ταχύτητα: Αυξάνεται

Τέλος: υ = υ₀ στο έδαφος

Πολύ Σημαντικό

Στο μέγιστο ύψος: Η ταχύτητα μηδενίζεται (υ = 0), αλλά η επιτάχυνση παραμένει g = 10 m/s² (δεν μηδενίζεται ποτέ!).
Συμμετρία: Ο χρόνος ανόδου = χρόνος καθόδου. Η ταχύτητα επιστροφής = αρχική ταχύτητα.

2. Βασικοί Τύποι

Οι τύποι προκύπτουν από την ΕΟΜΚ με α = -g (αρνητική επιτάχυνση κατά την άνοδο):

1. Ταχύτητα σε χρόνο t

\(\upsilon = \upsilon_0 - g \cdot t\)
Η ταχύτητα μειώνεται κατά g κάθε δευτερόλεπτο (άνοδος)

2. Ύψος σε χρόνο t

\(h = \upsilon_0 \cdot t - \tfrac{1}{2} g \cdot t^2\)
Το ύψος του σώματος από το σημείο εκτόξευσης

3. Μέγιστο Ύψος

\(h_{\max} = \frac{\upsilon_0^2}{2g}\)
Το μέγιστο ύψος που φτάνει το σώμα (όταν υ = 0)

4. Χρόνος Ανόδου

\(t_{\text{άνοδος}} = \frac{\upsilon_0}{g}\)
Χρόνος μέχρι να φτάσει στο μέγιστο ύψος

5. Συνολικός Χρόνος Πτήσης

\(t_{\text{ολικός}} = \frac{2 \upsilon_0}{g} = 2 \cdot t_{\text{άνοδος}}\)
Χρόνος μέχρι να επιστρέψει στο σημείο εκτόξευσης

3. Διαγράμματα

Διάγραμμα ταχύτητας-χρόνου (υ-t)

  • Ευθεία γραμμή με αρνητική κλίση (-g)
  • Ξεκινά από υ₀ (θετική τιμή)
  • Περνά από το μηδέν τη στιγμή t_άνοδος (μέγιστο ύψος)
  • Συνεχίζει σε αρνητικές τιμές (κάθοδος)
  • Τέλος στο -υ₀ (επιστροφή στο έδαφος)

Διάγραμμα ύψους-χρόνου (h-t)

  • Παραβολή με τα κοίλα προς τα κάτω
  • Ξεκινά από h = 0
  • Μέγιστο στη στιγμή t_άνοδος
  • Επιστρέφει στο h = 0 τη στιγμή t_ολικός

Διάγραμμα επιτάχυνσης-χρόνου (a-t)

  • Οριζόντια ευθεία στο -g = -10 m/s²
  • Η επιτάχυνση είναι σταθερή και αρνητική σε όλη τη διάρκεια

4. Λυμένα Παραδείγματα

Παράδειγμα 1: Μέγιστο ύψος
Ένα σώμα εκτοξεύεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα υ₀ = 20 m/s. Να βρεθεί το μέγιστο ύψος που φτάνει.
Λύση
Δεδομένα: υ₀ = 20 m/s, g = 10 m/s²
Ζητούμενο: h_max = ;
Λύση: Από τον τύπο h_max = υ₀² / (2g)
h_max = 20² / (2 · 10) = 400 / 20 = 20 m
Απάντηση: Το μέγιστο ύψος είναι 20 m
Παράδειγμα 2: Χρόνος ανόδου και ολικός χρόνος
Σώμα εκτοξεύεται με υ₀ = 30 m/s. Να βρεθεί: α) ο χρόνος ανόδου, β) ο συνολικός χρόνος πτήσης.
Λύση
Δεδομένα: υ₀ = 30 m/s, g = 10 m/s²
α) Χρόνος ανόδου: t = υ₀ / g = 30 / 10 = 3 s
β) Ολικός χρόνος: t_ολ = 2 · t = 2 · 3 = 6 s
Απάντηση: α) t_άνοδος = 3 s, β) t_ολικός = 6 s
Παράδειγμα 3: Ύψος και ταχύτητα σε χρόνο t
Σώμα εκτοξεύεται με υ₀ = 40 m/s. Να βρεθεί η ταχύτητα και το ύψος μετά από 2 s.
Λύση
Δεδομένα: υ₀ = 40 m/s, t = 2 s, g = 10 m/s²
Ταχύτητα: υ = υ₀ - g·t = 40 - 10·2 = 20 m/s
Ύψος: h = υ₀·t - ½·g·t² = 40·2 - 5·4 = 80 - 20 = 60 m
Απάντηση: υ = 20 m/s, h = 60 m
Παράδειγμα 4: Υπολογισμός αρχικής ταχύτητας
Ένα σώμα εκτοξεύεται κατακόρυφα και φτάνει σε μέγιστο ύψος 45 m. Με ποια αρχική ταχύτητα εκτοξεύτηκε;
Λύση
Δεδομένα: h_max = 45 m, g = 10 m/s²
Λύση: Από h_max = υ₀² / (2g)
45 = υ₀² / 20
υ₀² = 900
υ₀ = 30 m/s
Απάντηση: Η αρχική ταχύτητα ήταν 30 m/s

5. Ασκήσεις για Εξάσκηση

Άσκηση 1

Μπάλα εκτοξεύεται κατακόρυφα προς τα πάνω με υ₀ = 25 m/s.

α) Ποιο είναι το μέγιστο ύψος;

β) Σε πόσο χρόνο φτάνει στο μέγιστο ύψος;

γ) Ποιος είναι ο συνολικός χρόνος πτήσης;

Λύση

Απαντήσεις: α) h_max = 31,25 m, β) t = 2,5 s, γ) t_ολ = 5 s

Άσκηση 2

Σώμα εκτοξεύεται με υ₀ = 50 m/s κατακόρυφα προς τα πάνω.

α) Ποια είναι η ταχύτητα μετά από 3 s;

β) Σε ποιο ύψος βρίσκεται τη στιγμή αυτή;

γ) Πόσο χρόνο χρειάζεται για να φτάσει στα 80 m;

Λύση

Απαντήσεις: α) υ = 20 m/s, β) h = 105 m, γ) t = 2 s

Άσκηση 3

Ένα σώμα εκτοξεύεται κατακόρυφα και επιστρέφει στο έδαφος μετά από 8 s.

α) Ποια ήταν η αρχική ταχύτητα;

β) Ποιο ήταν το μέγιστο ύψος;

Λύση

Απαντήσεις: α) υ₀ = 40 m/s, β) h_max = 80 m

Άσκηση 4

Δύο σώματα Α και Β εκτοξεύονται ταυτόχρονα από το έδαφος. Το Α με υ₀ = 20 m/s και το Β με υ₀ = 30 m/s.

α) Σε ποια ύψη φτάνουν;

β) Ποια η διαφορά των μέγιστων υψών;

Λύση

Απαντήσεις: α) h_A = 20 m, h_B = 45 m, β) Διαφορά = 25 m

Σύνοψη - Τι να Θυμάμαι

Ο σύνδεσμος αντιγράφηκε!