6 Most SAQ’s of Motion in a Straight Line Chapter in Inter 1st Year Physics (TS/AP)

4 Marks

SAQ-1 : A car travels the first third of a distance with a speed of 10Kmph, the second third at 20Kmph and the last third at 60Kmph. What is its mean speed over the entire distance ?

For Backbenchers 😎

Imagine a car is going on a long trip, and the trip is divided into three parts. In each part, the car drives at a different speed. First, it goes at 10km/h, then 20km/h, and finally at 60km/h. The car travels the same distance in each of these three parts. We want to find out the car’s average speed for the entire trip.

To figure this out, we first need to know how long it takes to travel each part of the trip. We calculate this time by dividing the distance of each part by the speed for that part. Since the car travels an equal distance in each part, we divide the total distance, ‘d’, into three equal parts. For example, for the first part of the trip at 10km/h, we divide the distance of this part by 10 to find the time taken.

Next, we add up the time taken for all three parts. This gives us the total time for the entire trip.

Now, to find the average speed, we divide the total distance of the trip by the total time it took. This calculation gives us the car’s average speed for the whole trip.

In short, the average speed isn’t just a simple average of 10km/h, 20km/h, and 60km/h. It’s based on how much time the car spends on each part of the trip. We find out the time for each part, add these times together, and then divide the whole trip’s distance by this total time to get the average speed. Remember, average speed is all about balancing the distance and the time taken for the entire trip, not just averaging the speeds.

మన తెలుగులో

ఒక కారు లాంగ్ ట్రిప్‌కు వెళుతోందని ఊహించుకోండి మరియు యాత్ర మూడు భాగాలుగా విభజించబడింది. ప్రతి భాగంలో, కారు వేర్వేరు వేగంతో నడుస్తుంది. మొదట, ఇది గంటకు 10 కిమీ, తరువాత 20 కిమీ / గం మరియు చివరకు 60 కిమీ / గం. ఈ మూడు భాగాలలో ఒక్కో కారు ఒకే దూరం ప్రయాణిస్తుంది. మేము మొత్తం ట్రిప్‌లో కారు సగటు వేగాన్ని కనుగొనాలనుకుంటున్నాము.

దీన్ని గుర్తించడానికి, ట్రిప్‌లోని ప్రతి భాగాన్ని ప్రయాణించడానికి ఎంత సమయం పడుతుందో మనం మొదట తెలుసుకోవాలి. ప్రతి భాగం యొక్క దూరాన్ని ఆ భాగానికి వేగంతో విభజించడం ద్వారా మేము ఈ సమయాన్ని లెక్కిస్తాము. కారు ప్రతి భాగంలో సమాన దూరం ప్రయాణిస్తుంది కాబట్టి, మేము మొత్తం దూరాన్ని, ‘d’ని మూడు సమాన భాగాలుగా విభజిస్తాము. ఉదాహరణకు, ట్రిప్‌లో మొదటి భాగం 10km/h వద్ద, మేము తీసుకున్న సమయాన్ని కనుగొనడానికి ఈ భాగం యొక్క దూరాన్ని 10తో భాగిస్తాము.

తరువాత, మేము మూడు భాగాలకు తీసుకున్న సమయాన్ని జోడిస్తాము. ఇది మొత్తం పర్యటన కోసం మాకు మొత్తం సమయాన్ని ఇస్తుంది.

ఇప్పుడు, సగటు వేగాన్ని కనుగొనడానికి, మేము ట్రిప్ యొక్క మొత్తం దూరాన్ని అది తీసుకున్న మొత్తం సమయంతో భాగిస్తాము. ఈ లెక్కింపు మొత్తం ట్రిప్‌కు కారు సగటు వేగాన్ని అందిస్తుంది.

సంక్షిప్తంగా, సగటు వేగం కేవలం 10km/h, 20km/h మరియు 60km/h సాధారణ సగటు కాదు. ఇది ట్రిప్‌లో ప్రతి భాగానికి కారు ఎంత సమయం వెచ్చిస్తుంది అనే దానిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. మేము ప్రతి భాగానికి సమయాన్ని కనుగొంటాము, ఈ సమయాలను కలిపి, ఆపై సగటు వేగాన్ని పొందడానికి మొత్తం ట్రిప్ దూరాన్ని ఈ మొత్తం సమయంతో భాగిస్తాము. గుర్తుంచుకోండి, సగటు వేగం అనేది కేవలం వేగాన్ని మాత్రమే కాకుండా, మొత్తం ట్రిప్‌కు పట్టే సమయాన్ని మరియు దూరాన్ని సమతుల్యం చేయడం.

Introduction

In this explanation, we will solve a problem related to calculating the mean speed of a car that travels different distances at various speeds. We will use the formula of mean speed, distance, and time $$V_{\text{avg}} = \frac{D}{T}$$ to find the average speed of the car over the entire journey.

Problem

A car travels a total distance ‘d’ in three parts, each with a different speed. The speeds of the car during these parts are v1​=10km/h, v2​=20km/h, and v3​=60km/h. We need to calculate the mean speed of the car over the entire distance.

Step-by-Step Solution

  1. Divide the Total Distance: Let’s assume the total distance is ‘d’. So, each part of the distance will be $$\frac{d}{3}$$
  2. Calculate Time for Each Part: Time (t) is given by the formula $$t = \frac{\text{distance}}{\text{speed}}$$
    • For the first part (v1​=10km/h): $$t_1 = \frac{d/3}{10}$$
    • For the second part (v2​=20km/h): $$t_2 = \frac{d/3}{20}$$​
    • For the third part (v3​=60km/h): $$t_3 = \frac{d/3}{60}$$
  3. Calculate the Mean Speed: Mean speed (Vavg​) is given by $$V_{\text{avg}} = \frac{\text{Total distance}}{\text{Total time taken}}$$
    • Total distance is ‘d’, and total time is the sum of t1​,t2​, and t3​.
  4. Determine Mean Speed:
    $$V_{\text{avg}} = \frac{d}{t_1 + t_2 + t_3}$$
    $$V_{\text{avg}} = \frac{d}{\frac{d}{30} + \frac{d}{60} + \frac{d}{180}}$$
    Simplify the equation to find Vavg​.

Summary

The mean speed of the car over the entire distance is not 180 km/h. This result is incorrect as the calculation of the mean speed involves dividing the total distance by the sum of the individual times taken for each section. Speed is a scalar quantity that indicates how fast an object is moving. It’s important to note that velocity is a different concept, being a vector quantity that includes both speed and direction.


SAQ-2 : A ball is dropped from the roof of a tall building and simultaneously another ball is thrown horizontally with some velocity from the same roof. Which ball lands first? Explain your  answer.

For Backbenchers 😎

Imagine you are standing on top of a tall building with two balls. You drop one ball straight down. At the same moment, you throw the other ball sideways. Now, we want to know which ball will hit the ground first.

The ball you drop goes straight down because gravity pulls it. It’s just like dropping anything; it falls straight to the ground. There’s no sideways movement, only downward.

The other ball is a bit different. When you throw it sideways, it moves both sideways and starts falling down at the same time. But here’s the interesting thing: even though the ball is moving sideways, it still falls down at the same speed as the first ball. The sideways throw doesn’t slow down or speed up its fall.

In the end, both balls hit the ground at the same time. This happens because gravity pulls on both balls equally, no matter if one is moving sideways or not. So, whether a ball is dropped straight down or thrown sideways, it will take the same amount of time to hit the ground. This is a neat thing about how gravity works!

మన తెలుగులో

మీరు రెండు బంతులతో ఎత్తైన భవనం పైన నిలబడి ఉన్నారని ఊహించుకోండి. మీరు ఒక బంతిని నేరుగా క్రిందికి వదలండి. అదే సమయంలో, మీరు ఇతర బంతిని పక్కకు విసిరేస్తారు. ఇప్పుడు, ఏ బంతి ముందుగా నేలను తాకుతుందో తెలుసుకోవాలనుకుంటున్నాము.

గురుత్వాకర్షణ దానిని లాగుతుంది కాబట్టి మీరు పడే బంతి నేరుగా క్రిందికి వెళుతుంది. ఇది కేవలం ఏదైనా డ్రాప్ వంటిది; అది నేరుగా నేలమీద పడిపోతుంది. పక్కకి కదలిక లేదు, క్రిందికి మాత్రమే.

మరో బంతి కాస్త భిన్నంగా ఉంటుంది. మీరు దానిని పక్కకు విసిరినప్పుడు, అది రెండు వైపులా కదులుతుంది మరియు అదే సమయంలో కింద పడటం ప్రారంభమవుతుంది. అయితే ఇక్కడ ఆసక్తికరమైన విషయం ఏమిటంటే: బంతి పక్కకు కదులుతున్నప్పటికీ, అది మొదటి బంతి వలె అదే వేగంతో క్రిందికి పడిపోతుంది. పక్కకి విసిరేటటువంటి దాని పతనం వేగాన్ని తగ్గించదు లేదా వేగవంతం చేయదు.

చివర్లో రెండు బంతులు ఒకేసారి నేలను తాకాయి. గురుత్వాకర్షణ రెండు బంతుల్లో సమానంగా లాగడం వలన ఇది జరుగుతుంది, ఒకటి పక్కకి కదులుతున్నా లేదా లేకపోయినా. కాబట్టి, బంతిని నేరుగా కిందకు పడేసినా లేదా పక్కకు విసిరినా, అది నేలను తాకడానికి అదే సమయం పడుతుంది. గురుత్వాకర్షణ ఎలా పనిచేస్తుందనే దాని గురించి ఇది చక్కని విషయం!

Introduction

In this scenario, gravity and projectile motion are the key factors. A ball is dropped vertically from a tall building’s roof, falling solely under the influence of gravity. Simultaneously, another ball is thrown horizontally with an initial velocity ‘u’ from the same height. We aim to determine which ball lands first: the vertically free-falling ball or the horizontally thrown ball.

Analysis

  1. Vertical Motion of the Dropped Ball: The motion is described by the equation $$h = \frac{1}{2}gt^2$$, where ‘h’ is the height of the building, ‘g’ is the acceleration due to gravity, and ‘t’ is the time taken to reach the ground. Solving for ‘t’, we find $$t = \sqrt{\frac{2h}{g}}$$
  2. Horizontal Motion of the Thrown Ball: The horizontal motion is unaffected by gravity, as there is no vertical acceleration involved. The horizontal distance (X) covered by the ball is given by X=ut, where ‘u’ is the initial horizontal velocity and ‘t’ is the time to reach the ground.

Summary

Both balls, irrespective of their motion (vertical or horizontal), are subject to the same gravitational pull. Since the horizontal velocity of the thrown ball does not influence its vertical acceleration, both balls will experience the same fall time under gravity. Therefore, both the vertically dropped ball and the horizontally thrown ball will land simultaneously. This conclusion is a fundamental principle of physics, demonstrating that the horizontal component of motion does not affect the vertical component in projectile motion.


SAQ-3 : Derive the equation of motion x=v_0 t+1/2 at^2 using appropriate graph.

For Backbenchers 😎

Imagine you’re watching a car’s speed on a graph over time. This graph is called a velocity-time graph. It shows us how fast the car is going (its velocity) and how this changes as time passes. If the car speeds up or slows down at a steady rate, this graph can help us figure out how far the car travels.

To understand the distance the car covers, we look at two shapes on this graph:

A triangle shape shows how the speed of the car changes over time. To find out how much distance this speed change adds, we use a simple formula for the area of a triangle. It’s like finding out how much paper you need to cover that triangle shape on the graph.

A rectangle shape represents the distance the car travels because of its starting speed. We find the area of this rectangle, too, which is like measuring the paper needed to cover the rectangle on the graph.

The total distance the car travels is just adding these two areas together – the triangle and the rectangle.

Now, with a little bit of math magic (using a basic motion formula), we can rearrange these areas into a simple formula: $$x = v_0t + \frac{1}{2}at^2$$ This formula tells us the total distance the car travels, considering how fast it started, how much time has passed, and how quickly it’s speeding up or slowing down.

In summary, by using the graph that shows the car’s speed over time and calculating the areas of a triangle and a rectangle, we get a handy formula. It helps us understand how far something travels when its speed is changing steadily. This is a cool trick in physics that helps solve many movement problems!

మన తెలుగులో

మీరు కాలక్రమేణా గ్రాఫ్‌లో కారు వేగాన్ని చూస్తున్నారని ఊహించుకోండి. ఈ గ్రాఫ్‌ను వేగం-సమయం గ్రాఫ్ అంటారు. ఇది కారు ఎంత వేగంగా వెళ్తుందో (దాని వేగం) మరియు సమయం గడిచేకొద్దీ ఇది ఎలా మారుతుందో చూపిస్తుంది. స్థిరమైన వేగంతో కారు వేగం పెంచినా లేదా నెమ్మదించినా, కారు ఎంత దూరం ప్రయాణిస్తుందో గుర్తించడంలో ఈ గ్రాఫ్ మాకు సహాయపడుతుంది.

కారు కవర్ చేసే దూరాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి, మేము ఈ గ్రాఫ్‌లో రెండు ఆకృతులను చూస్తాము:

త్రిభుజం ఆకారం కాలక్రమేణా కారు వేగం ఎలా మారుతుందో చూపిస్తుంది. ఈ వేగ మార్పు ఎంత దూరాన్ని జోడిస్తుందో తెలుసుకోవడానికి, మేము త్రిభుజం వైశాల్యం కోసం ఒక సాధారణ సూత్రాన్ని ఉపయోగిస్తాము. ఇది గ్రాఫ్‌లో ఆ త్రిభుజం ఆకారాన్ని కవర్ చేయడానికి మీకు ఎంత కాగితం అవసరమో కనుగొనడం లాంటిది.

దీర్ఘచతురస్రాకార ఆకారం దాని ప్రారంభ వేగం కారణంగా కారు ప్రయాణించే దూరాన్ని సూచిస్తుంది. మేము ఈ దీర్ఘచతురస్ర వైశాల్యాన్ని కూడా కనుగొంటాము, ఇది గ్రాఫ్‌లో దీర్ఘచతురస్రాన్ని కవర్ చేయడానికి అవసరమైన కాగితాన్ని కొలిచినట్లు ఉంటుంది.

కారు ప్రయాణించే మొత్తం దూరం ఈ రెండు ప్రాంతాలను కలుపుతోంది – త్రిభుజం మరియు దీర్ఘచతురస్రం.

ఇప్పుడు, కొంచెం గణిత మాయాజాలంతో (ప్రాథమిక చలన సూత్రాన్ని ఉపయోగించి), మేము ఈ ప్రాంతాలను ఒక సాధారణ ఫార్ములాగా మార్చవచ్చు: $$x = v_0t + \frac{1}{2} వద్ద^2$$ ఈ ఫార్ములా మాకు చెబుతుంది కారు ఎంత వేగంగా స్టార్ట్ అయ్యింది, ఎంత సమయం గడిచిపోయింది మరియు ఎంత త్వరగా వేగాన్ని పెంచుతోంది లేదా నెమ్మదిస్తోంది అనేదానిని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, కారు ప్రయాణించే మొత్తం దూరం.

సారాంశంలో, కాలక్రమేణా కారు వేగాన్ని చూపించే గ్రాఫ్‌ని ఉపయోగించడం ద్వారా మరియు త్రిభుజం మరియు దీర్ఘచతురస్రం యొక్క ప్రాంతాలను లెక్కించడం ద్వారా, మేము సులభ సూత్రాన్ని పొందుతాము. ఏదైనా దాని వేగం స్థిరంగా మారుతున్నప్పుడు ఎంత దూరం ప్రయాణిస్తుందో అర్థం చేసుకోవడానికి ఇది మాకు సహాయపడుతుంది. ఇది అనేక కదలిక సమస్యలను పరిష్కరించడంలో సహాయపడే భౌతిక శాస్త్రంలో ఒక కూల్ ట్రిక్!

Introduction

In this explanation, we will derive the equation of motion $$x = v_0t + \frac{1}{2}at^2$$ using a velocity-time graph. We utilize the concept of the area under the graph to calculate the distance covered by a moving object.

Step-by-Step Derivation

  1. Velocity-Time Graph: A velocity-time graph represents the variation of velocity of a moving object with respect to time. Its shape varies depending on the type of motion.
  2. Area Under the Velocity-Time Graph: The distance covered by a moving object is equal to the area under its velocity-time graph. For our derivation, we consider a graph with initial velocity v0​ and final velocity v.
  3. Defining the Graph: Let the velocity-time graph be represented as a v-t graph. In the case of accelerated motion, the graph is a straight line inclined to the time axis, indicating a constant acceleration. For motion with zero acceleration, the graph is a horizontal line parallel to the time axis.
  4. Calculating Distance (s):
    • Area of Triangle ABE: The area of the triangular region ABE represents the change in velocity over time. It is calculated as: $$\text{Area of ABE} = \frac{1}{2} \times \text{Base} \times \text{Height} = \frac{1}{2} \times t \times (v – v_0)$$
    • Area of Rectangle ECD: The area of the rectangular region ECD represents the initial velocity over time. It is calculated as: $$\text{Area of ECD} = \text{Length} \times \text{Breadth} = t \times v_0$$
  5. Total Distance Covered (s): The total distance s is the sum of the areas of ABE and ECD. $$s = \text{Area of ABCD} = \text{Area of ABE} + \text{Area of ECD} = \frac{1}{2} \times t \times (v – v_0) + t \times v_0$$
  6. Applying the First Equation of Motion: According to the first equation of motion, v = v0​+at, where a is the acceleration.
  7. Solving for Distance (s): Using the first equation of motion, we substitute v − v0​ = at into the equation for s, yielding $$s = v_0t + \frac{1}{2}at^2$$

Summary

We have successfully derived the equation of motion $$x = v_0t + \frac{1}{2}at^2$$ using the velocity-time graph and the concept of the area under the graph. The variable a represents the acceleration of the body, and the area under any v-t graph equates to the distance traveled by the object. This derivation demonstrates a fundamental relationship between an object’s velocity, acceleration, and the distance it covers over time.


SAQ-4 : Show that the maximum height reached by a projectile launched at an angle of 45o is one quarter of its range.

For Backbenchers 😎

Imagine you throw a ball at a special angle, 45 degrees, which is halfway between straight up and straight out. We want to figure out two things: how far the ball goes (its range) and how high it goes (its maximum height).

Now, there are some simple math formulas that tell us these things. When we use these formulas for a 45-degree throw, they become much easier.

First, for how far the ball goes, the formula tells us it’s based on the ball’s speed and gravity. The formula becomes really simple at a 45-degree angle: just the speed of the throw squared, divided by gravity.

Next, for how high the ball goes, the formula is a bit different. But again, at a 45-degree angle, it simplifies to the speed squared, divided by four times gravity.

Here’s the cool part: when you compare how far the ball goes with how high it goes, you find out that the maximum height is always one-fourth of how far it travels. So, if you know the distance the ball travels, just divide that number by four, and you’ll know how high it went.

In short, when you throw something at a 45-degree angle, the highest point it reaches is just a quarter of the total distance it travels. This is a neat fact that comes from the way gravity works with things moving through the air.

మన తెలుగులో

మీరు ఒక ప్రత్యేక కోణంలో, 45 డిగ్రీల వద్ద బంతిని విసిరినట్లు ఊహించుకోండి, ఇది నేరుగా పైకి మరియు నేరుగా బయటకు మధ్యలో ఉంటుంది. మేము రెండు విషయాలను గుర్తించాలనుకుంటున్నాము: బంతి ఎంత దూరం వెళుతుంది (దాని పరిధి) మరియు అది ఎంత ఎత్తుకు వెళుతుంది (దాని గరిష్ట ఎత్తు).

ఇప్పుడు, ఈ విషయాలను మనకు తెలియజేసే కొన్ని సాధారణ గణిత సూత్రాలు ఉన్నాయి. మేము 45-డిగ్రీల త్రో కోసం ఈ సూత్రాలను ఉపయోగించినప్పుడు, అవి చాలా సులభంగా మారతాయి.

ముందుగా, బంతి ఎంత దూరం వెళుతుందో, అది బంతి వేగం మరియు గురుత్వాకర్షణపై ఆధారపడి ఉంటుందని ఫార్ములా చెబుతుంది. ఫార్ములా 45-డిగ్రీల కోణంలో నిజంగా సులభం అవుతుంది: త్రో యొక్క వేగం స్క్వేర్డ్, గురుత్వాకర్షణ ద్వారా విభజించబడింది.

తర్వాత, బంతి ఎంత ఎత్తుకు వెళుతుందో, ఫార్ములా కొంచెం భిన్నంగా ఉంటుంది. కానీ మళ్ళీ, 45-డిగ్రీల కోణంలో, అది నాలుగు రెట్లు గురుత్వాకర్షణతో విభజించబడిన స్పీడ్ స్క్వేర్‌కి సులభతరం చేస్తుంది.

ఇక్కడ చక్కని భాగం ఉంది: మీరు బంతి ఎంత ఎత్తుకు వెళుతుందో దానితో పోల్చినప్పుడు, గరిష్ట ఎత్తు ఎల్లప్పుడూ అది ఎంత దూరం ప్రయాణిస్తుందో దానిలో నాలుగింట ఒక వంతు ఉంటుందని మీరు కనుగొంటారు. కాబట్టి, బంతి ప్రయాణించే దూరం మీకు తెలిస్తే, ఆ సంఖ్యను నాలుగుతో భాగించండి మరియు అది ఎంత ఎత్తుకు వెళ్లిందో మీకు తెలుస్తుంది.

సంక్షిప్తంగా, మీరు 45-డిగ్రీల కోణంలో ఏదైనా విసిరినప్పుడు, అది చేరే ఎత్తైన స్థానం అది ప్రయాణించే మొత్తం దూరంలో కేవలం నాలుగింట ఒక వంతు మాత్రమే. ఇది గాలిలో కదిలే వస్తువులతో గురుత్వాకర్షణ పనిచేసే విధానం నుండి వచ్చిన చక్కని వాస్తవం.

Introduction

We aim to demonstrate that the maximum height reached by a projectile launched at an angle of 45 degrees is one quarter of its range. This will be achieved using the standard equations for range and maximum height in projectile motion.

Given Equations:

  1. Range (R): $$R = \frac{u^2 \sin(2\theta)}{g}$$
  2. Maximum Height (H): $$H = \frac{u^2 \sin^2(\theta)}{2g}$$

When θ = 45 Degrees:

  • Range (Rmax): $$R_{\text{max}} = \frac{u^2 \sin(90^\circ)}{g}$$
    Since $$\sin(90^\circ) = 1$$, $$R_{\text{max}} = \frac{u^2}{g}$$
  • Maximum Height (Hmax): $$H_{\text{max}} = \frac{u^2 \sin^2(45^\circ)}{2g}$$
    Since $$\sin(45^\circ) = \frac{1}{\sqrt{2}}, H_{\text{max}} = \frac{u^2 \left(\frac{1}{\sqrt{2}}\right)^2}{2g}$$
    Simplifying, $$H_{\text{max}} = \frac{u^2}{4g}$$

Comparing Hmax and Rmax at θ = 45 Degrees:

  • Hmax: $$H_{\text{max}} = \frac{u^2}{4g}$$
  • Rmax: $$R_{\text{max}} = \frac{u^2}{g}$$

Ratio of Hmax to Rmax:

  • $$\frac{H_{\text{max}}}{R_{\text{max}}} = \frac{\frac{u^2}{4g}}{\frac{u^2}{g}}$$
  • Simplifying, $$\frac{H_{\text{max}}}{R_{\text{max}}} = \frac{1}{4}$$

Summary

When a projectile is launched at an angle of 45 degrees, the maximum height (Hmax) it reaches is indeed one quarter of its range (Rmax). This conclusion is derived from the fundamental equations of projectile motion and does not depend on approximations. The ratio $$\frac{H_{\text{max}}}{R_{\text{max}}}$$​​ is precisely 1/4​, demonstrating the elegance and symmetry in the physics of projectile motion.


SAQ-5 : How is average velocity its different from instantaneous velocity?

For Backbenchers 😎

Velocity tells us two things about something that’s moving: how fast it’s going and in which direction.

There are two types of velocity: average velocity and instantaneous velocity.

Average velocity is like the overall speed and direction of a trip. Imagine you drive from home to a store and back. Your average velocity would be how fast you went on the whole trip, from start to finish.

The formula for average velocity looks at the total distance you traveled and the total time it took. It’s like asking, “On average, how fast was I going during my whole trip?”

Instantaneous velocity is different. It’s about how fast you’re going at one specific moment. It’s like looking at your car’s speedometer at a certain second to see your exact speed and direction right then.

If you’re driving at a steady speed, not speeding up or slowing down, then your average velocity and instantaneous velocity are the same. Your speed at every moment is just like your average speed for the whole drive.

But if you change speeds – like speeding up or slowing down – then your average velocity and instantaneous velocity are different. Your average velocity tells you your overall speed for the trip, but your instantaneous velocity tells you your exact speed at each moment.

So, in short, velocity is how fast and in what direction you’re going. Average velocity is about your overall speed and direction for a whole trip, and instantaneous velocity is your exact speed and direction at a single moment. These ideas help us understand how things move.

మన తెలుగులో

కదులుతున్న దాని గురించి వేగం మనకు రెండు విషయాలను చెబుతుంది: అది ఎంత వేగంగా వెళుతోంది మరియు ఏ దిశలో ఉంది.

వేగం రెండు రకాలు: సగటు వేగం మరియు తక్షణ వేగం.

సగటు వేగం అనేది ట్రిప్ యొక్క మొత్తం వేగం మరియు దిశ వంటిది. మీరు ఇంటి నుండి దుకాణానికి మరియు వెనుకకు డ్రైవ్ చేసినట్లు ఊహించుకోండి. మీ సగటు వేగం మీరు ప్రారంభం నుండి ముగింపు వరకు మొత్తం ట్రిప్‌లో ఎంత వేగంగా వెళ్ళారు.

సగటు వేగం యొక్క సూత్రం మీరు ప్రయాణించిన మొత్తం దూరం మరియు దానికి పట్టిన మొత్తం సమయాన్ని చూస్తుంది. ఇది “సగటున, నా మొత్తం పర్యటనలో నేను ఎంత వేగంగా వెళ్తున్నాను?” అని అడగడం లాంటిది.

తక్షణ వేగం భిన్నంగా ఉంటుంది. మీరు ఒక నిర్దిష్ట క్షణంలో ఎంత వేగంగా వెళ్తున్నారనేది. ఇది మీ ఖచ్చితమైన వేగం మరియు దిశను చూడటానికి ఒక నిర్దిష్ట సెకనులో మీ కారు స్పీడోమీటర్‌ను చూడటం లాంటిది.

మీరు స్థిరమైన వేగంతో డ్రైవింగ్ చేస్తుంటే, వేగాన్ని పెంచకుండా లేదా నెమ్మదించకుండా ఉంటే, మీ సగటు వేగం మరియు తక్షణ వేగం ఒకే విధంగా ఉంటాయి. ప్రతి క్షణం మీ వేగం మొత్తం డ్రైవ్‌లో మీ సగటు వేగం వలె ఉంటుంది.

కానీ మీరు వేగాన్ని మార్చినట్లయితే – వేగాన్ని పెంచడం లేదా మందగించడం వంటివి – అప్పుడు మీ సగటు వేగం మరియు తక్షణ వేగం భిన్నంగా ఉంటాయి. మీ సగటు వేగం ట్రిప్ కోసం మీ మొత్తం వేగాన్ని మీకు తెలియజేస్తుంది, కానీ మీ తక్షణ వేగం ప్రతి క్షణంలో మీ ఖచ్చితమైన వేగాన్ని మీకు తెలియజేస్తుంది.

కాబట్టి, సంక్షిప్తంగా, వేగం అంటే మీరు ఎంత వేగంగా మరియు ఏ దిశలో వెళ్తున్నారు. సగటు వేగం అనేది మొత్తం ట్రిప్ కోసం మీ మొత్తం వేగం మరియు దిశకు సంబంధించినది మరియు తక్షణ వేగం అనేది ఒకే క్షణంలో మీ ఖచ్చితమైన వేగం మరియు దిశ. విషయాలు ఎలా కదులుతాయో అర్థం చేసుకోవడానికి ఈ ఆలోచనలు మాకు సహాయపడతాయి.

Introduction

Velocity is a key concept in physics that describes the speed and direction of a moving object. There are two significant types of velocity: average velocity and instantaneous velocity. Grasping the distinctions between these is crucial for a comprehensive understanding of motion.

Average Velocity

  1. Definition: Average velocity is defined as the ratio of the total displacement of an object to the time taken for that displacement.
  2. Formula: $$V_{\text{avg}} = \frac{X_{\text{final}} – X_{\text{initial}}}{T_{\text{final}} – T_{\text{initial}}}$$
  3. Meaning: Average velocity represents an effective uniform velocity over the entire duration of the journey, irrespective of actual speed variations during the journey.

Instantaneous Velocity

  1. Definition: Instantaneous velocity refers to the velocity of an object at a specific moment in time, indicating its speed and direction at that exact instance.
  2. Formula: $$V_{\text{instant}} = \frac{dX}{dT}​$$
  3. Meaning: Instantaneous velocity provides a precise measurement of velocity at a particular instant, considering the actual motion of the object.

Relationship between Average and Instantaneous Velocity

  1. When an object’s velocity is constant, or its acceleration is zero, the average velocity and instantaneous velocity are the same.
  2. Under these conditions, all instantaneous velocities during the motion are equal to each other and to the average velocity.
  3. However, in many real-world situations, an object’s velocity changes over time, leading to different values for instantaneous velocity compared to average velocity.

Summary

Velocity, indicating how fast an object moves and in which direction, has two primary forms: average velocity and instantaneous velocity. Average velocity provides an effective measure of uniform motion over a time interval, while instantaneous velocity gives the exact speed and direction at a particular moment. The two types of velocity coincide when an object moves at a constant speed or has no acceleration. Otherwise, they differ, reflecting the varying speeds during motion. Understanding these differences is fundamental to comprehending motion and its mathematical representation in physics.


SAQ-6 : Give an example where the velocity of an object is Zero but its acceleration is not zero.

For Backbenchers 😎

Velocity is just how fast something is moving and in which direction. Like if you’re riding a bike straight down the street, your velocity is how fast you’re going and the fact that you’re moving straight.

Acceleration, on the other hand, is all about how your speed is changing. If you start pedaling faster, you’re accelerating.

Now, here’s an interesting part: sometimes something can be not moving at all (zero velocity) but still be accelerating. This might sound odd, but let’s look at some examples.

Imagine a swing, like a pendulum in a clock, swinging back and forth. When it gets to the very top of the swing, it stops for a split second before swinging back. At that top point, it’s not moving, so its velocity is zero. But it’s still accelerating because gravity is pulling it back down.

Another example is throwing a ball straight across. It keeps moving sideways, but it also starts to fall down because of gravity. Here, the ball’s sideways speed doesn’t change, but it’s still accelerating downwards.

Lastly, think about the Earth going around the Sun. The Earth moves in a circle, which means it’s always slightly changing direction. So, even though it’s moving, the change in direction means it’s accelerating.

In summary, velocity is about speed and direction, and acceleration is how speed or direction changes. You can have situations where something isn’t moving (zero velocity), like the swing at the top of its swing, but it’s still accelerating because of forces like gravity. These concepts help us understand how things move around us.

మన తెలుగులో

వేగం అంటే ఏదైనా ఎంత వేగంగా కదులుతోంది మరియు ఏ దిశలో ఉంది. మీరు వీధిలో నేరుగా బైక్‌ను నడుపుతున్నట్లయితే, మీరు ఎంత వేగంగా వెళ్తున్నారు మరియు మీరు నేరుగా కదులుతున్నారన్నది మీ వేగం.

త్వరణం, మరోవైపు, మీ వేగం ఎలా మారుతోంది. మీరు వేగంగా పెడలింగ్ చేయడం ప్రారంభిస్తే, మీరు వేగవంతం అవుతున్నారు.

ఇప్పుడు, ఇక్కడ ఒక ఆసక్తికరమైన భాగం ఉంది: కొన్నిసార్లు ఏదైనా కదలకుండా ఉంటుంది (సున్నా వేగం) కానీ ఇప్పటికీ వేగవంతం అవుతుంది. ఇది బేసిగా అనిపించవచ్చు, కానీ కొన్ని ఉదాహరణలను చూద్దాం.

గడియారంలో ఒక లోలకం లాగా ఒక ఊపు ఊపుతూ ముందుకు వెనుకకు ఊగుతుంది. అది స్వింగ్ యొక్క పైభాగానికి చేరుకున్నప్పుడు, అది వెనుకకు స్వింగ్ చేయడానికి ముందు ఒక స్ప్లిట్ సెకను పాటు ఆగిపోతుంది. ఆ పైభాగంలో, అది కదలదు, కాబట్టి దాని వేగం సున్నా. కానీ గురుత్వాకర్షణ దానిని వెనక్కి లాగుతున్నందున ఇది ఇంకా వేగవంతం అవుతోంది.

మరొక ఉదాహరణ బంతిని నేరుగా అడ్డంగా విసరడం. ఇది పక్కకి కదులుతూనే ఉంటుంది, కానీ అది గురుత్వాకర్షణ కారణంగా కింద పడటం కూడా ప్రారంభిస్తుంది. ఇక్కడ, బంతి పక్కకి వేగం మారదు, కానీ అది ఇంకా క్రిందికి వేగవంతం అవుతోంది.

చివరగా, భూమి సూర్యుని చుట్టూ తిరగడం గురించి ఆలోచించండి. భూమి ఒక వృత్తంలో కదులుతుంది, అంటే ఇది ఎల్లప్పుడూ కొద్దిగా దిశను మారుస్తుంది. కాబట్టి, అది కదులుతున్నప్పటికీ, దిశలో మార్పు అంటే అది వేగవంతం అవుతోంది.

సారాంశంలో, వేగం అనేది వేగం మరియు దిశకు సంబంధించినది మరియు త్వరణం అంటే వేగం లేదా దిశ ఎలా మారుతుందో. మీరు దాని స్వింగ్ ఎగువన ఉన్న స్వింగ్ వంటి ఏదైనా కదలని (సున్నా వేగం) పరిస్థితులను కలిగి ఉండవచ్చు, కానీ గురుత్వాకర్షణ వంటి శక్తుల కారణంగా ఇది ఇప్పటికీ వేగవంతం అవుతుంది. ఈ భావనలు మన చుట్టూ విషయాలు ఎలా కదులుతాయో అర్థం చేసుకోవడానికి మాకు సహాయపడతాయి.

Introduction

In physics, velocity and acceleration are pivotal concepts that describe an object’s motion. Velocity indicates the speed and direction of an object’s movement, while acceleration measures the change in velocity over time. Contrary to common belief, there are instances where an object can have a velocity of zero while still experiencing non-zero acceleration. This concept is crucial in understanding the dynamics of motion.

Definition of Acceleration and Velocity

  1. Acceleration: The rate of change in velocity of an object over time.
  2. Velocity: The speed and direction of an object’s movement over time.

Example 1: Pendulum Motion

  1. In the motion of a pendulum, at the peak of its swing, its velocity momentarily becomes zero as it changes direction.
  2. Despite having zero velocity at this point, the pendulum experiences non-zero acceleration due to kinetic energy and the restoring force acting on it.

Example 2: Constant Horizontal Velocity with Downward Acceleration

  1. Imagine a ball moving horizontally with a constant velocity but also experiencing a constant downward acceleration due to gravity (denoted as ‘-g’).
  2. The ball’s motion can be represented as $$x = \frac{1}{2} (-g) t^2$$, where ‘t’ is time.
  3. In this scenario, the velocity (horizontal) and acceleration (vertical) are in different directions.

Example 3: Centripetal Acceleration in Planetary Motion

  1. In planetary motion, such as the Earth orbiting the Sun, the acceleration (centripetal acceleration) is directed towards the center of the orbit.
  2. The velocity of Earth is perpendicular to this acceleration, indicating different directions of velocity and acceleration.

Summary

Velocity is the measure of an object’s speed and direction, while acceleration is the rate at which velocity changes over time. It’s a common misconception that zero velocity implies zero acceleration. However, examples such as a pendulum at the end of its swing, a ball moving horizontally with constant velocity and downward acceleration, and planetary motion illustrate scenarios where objects have zero velocity but non-zero acceleration. These instances occur due to factors like kinetic energy, restoring forces, and centripetal forces, which influence the object’s motion. Understanding these examples is key to comprehending the relationship between velocity and acceleration in physics.