Uczysz innych? Poznaj LekcjeRazem.pl →
FZ04

Opory ruchu, prędkość graniczna i hydrostatyka — klucz maturalny, poziom rozszerzony

PriorytetA+najwyższy zwrot z nauki
Częstotliwość2/5arkuszy 2022–2026
Punkty w arkuszuśr. 3,2 pkt (0–8)
Formy zadańwiązka 3–4 zadań za 8 pkt: rysunek sił, analiza wymiarowa jednostek, wyprowadzenie $v_{max}$
🔑 Sygnał: „Prędkość przestaje rosnąć” → wypadkowa zero; pamiętaj o wyporze.

🎯 Co musisz umieć

  • zapisywać warunek prędkości granicznej: suma sił $=0$, gdy $a=0$,
  • uwzględniać siłę wyporu $F_w=\rho_c gV$ obok grawitacji i oporu,
  • wyznaczać jednostkę współczynnika z analizy wymiarowej,
  • porównywać długości wektorów sił na rysunku (opór $\propto v$ albo $\propto v^2$).

🔍 Jak rozpoznać zadanie

  • „prędkość przestaje rosnąć / ruch staje się jednostajny” → $F_{wyp}=0$,
  • „wyraź jednostkę współczynnika w jednostkach podstawowych SI” → analiza wymiarowa,
  • „kulka opada w cieczy” → trzy siły: grawitacji, wyporu i oporu,
  • „narysuj siły parcia na fragmenty powierzchni” → ciśnienie rośnie z głębokością.

📘 Teoria w pigułce

  • Prędkość graniczna: gdy $F_{opor}(v)$ zrówna się z siłą wypadkową pozostałych sił, przyśpieszenie maleje do zera, a prędkość przestaje rosnąć.
  • Opór liniowy: $F_o=Av$ (małe prędkości, ciecze lepkie); opór kwadratowy: $F_o=k\rho Sv^2$ (powietrze, większe prędkości).
  • Siła wyporu: $F_w=\rho_{\text{cieczy}}\,g\,V_{\text{zanurzonej części}}$ — zależy od gęstości ośrodka, nie ciała.
  • Ciśnienie hydrostatyczne $p=\rho gh$ rośnie z głębokością, dlatego parcie na dolną powierzchnię jest większe niż na górną — stąd bierze się wypór.
  • Analiza wymiarowa: z $[F]=\text{N}=\text{kg}\cdot\text{m}\cdot\text{s}^{-2}$ wyznaczamy jednostkę współczynnika, dzieląc obustronnie.
  • Objętość kuli $V=\tfrac43\pi R^3$, pole przekroju $S=\pi R^2$ — CKE podaje te wzory we wskazówce.

∑ Najważniejsze wzory

$F_o=Av$
$F_o=k\rho Sv^2$
$F_w=\rho gV$
$p=\rho gh$
$V_{kuli}=\tfrac43\pi R^3$
$mg=F_w+F_o \Rightarrow v_{max}$

⚙️ Algorytm krok po kroku

  1. Wypisz wszystkie siły: grawitacji, wyporu, oporu (i ewentualnie napędu).
  2. Dla prędkości granicznej przyrównaj wypadkową do zera.
  3. Masę zamień na $\rho V$, jeżeli dane są gęstości.
  4. Wyznacz $v_{max}$ — sprawdź, czy wzór ma sens (np. $v_{max}\gt 0$ wymaga $\rho_k\gt \rho_c$).
  5. Jednostkę współczynnika sprawdź, podstawiając jednostki do wzoru na siłę.

⚠️ Najczęstsze pułapki

ŹleDobrzeDlaczego
✗ $F_w=\rho_{ciala}gV$✓ $F_w=\rho_{osrodka}gV$gęstość ośrodka!
✗ przy $v_{max}$ siła oporu $=0$✓ siła wypadkowa $=0$opór jest wtedy największy
✗ opór $\propto v$ i $\propto v^2$ dają ten sam wzór✓ inne potęgi $v$czytaj wzór z treści
✗ pomijanie wyporu w cieczy✓ w cieczy wypór jest istotnyw powietrzu zwykle pomijalny

✍️ Przykład wzorcowy typ zadania 4.3 z matury 2022

Kulka o promieniu $R$ i gęstości $\rho_k$ opada w cieczy o gęstości $\rho_c$. Siła oporu ma wartość $F_o=ARv$. Wyprowadź wzór na prędkość graniczną $v_{max}$ kulki w zależności od $R$, $\rho_k$, $\rho_c$, $g$ i $A$. Objętość kuli $V=\tfrac43\pi R^3$.

📊 Ślad w prawdziwych arkuszach CKE

Zadania autentyczne. Niżej są prawdziwe zadania z arkuszy CKE — numer i punktacja zgodne z oryginalnym arkuszem. Kliknij rok, aby otworzyć cały arkusz.

RokZadaniaPktCzego dotyczyło
2026—0 pktbrak osobnego zadania
2025—0 pktbrak osobnego zadania
2024zad. 1.1–1.38 pktkropla wody w powietrzu: $F_o=k\rho_pSv^2$, rysunek sił, wyprowadzenie $v_E$
2023—0 pktbrak osobnego zadania
2022zad. 4.1–4.48 pktkulka w cieczy: $F_o=ARv$, jednostka $A$ w SI, wzór na $v_{max}$, siły parcia

✍️ Trening: 10 zadań w formacie maturalnym

Zadania autorskie. To nie są przedruki z arkuszy — ułożyliśmy je w formacie maturalnym, na wzorów z tabeli „Ślad w arkuszach CKE” powyżej. Typ, punktacja i poziom trudności odpowiadają realnym zadaniom egzaminacyjnym.

Zadania zamknięte sprawdzają się po kliknięciu odpowiedzi (jedna próba). W otwartych porównaj swoje rozwiązanie z wzorcowym i wystaw samoocenę według schematu punktowania — wynik zapisze się na koncie.

FZ04.1odpowiedź krótka★★★ 0–2 pkt🔗

Oblicz ciśnienie hydrostatyczne na głębokości $20$ m w wodzie ($\rho=1000\,\tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g=10\,\tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$).

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 2 pkt
FZ04.2odpowiedź krótka★★★ 0–2 pkt🔗

Ciało o objętości $0{,}002\ \text{m}^3$ zanurzono całkowicie w wodzie. Oblicz wartość siły wyporu ($\rho=1000\,\tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g=10\,\tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$).

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 2 pkt
FZ04.3zamknięte★★★ 0–1 pkt🔗

Spadochroniarz opada ze stałą prędkością. Wtedy wartość siły oporu powietrza:

Ajest równa zero
Bjest równa sile grawitacji
Cjest większa od siły grawitacji
Drośnie jednostajnie
FZ04.4prawda / fałsz★★★ 0–1 pkt🔗

Kulka opada w cieczy: zaczyna od spoczynku, a jej prędkość dąży do wartości granicznej. Siła oporu ma postać $F_o=ARv$. Oceń prawdziwość stwierdzeń.

  1. Wartość siły oporu rośnie w miarę wzrostu prędkości kulki.
  2. Wartość przyśpieszenia kulki rośnie w czasie ruchu.
  3. Po osiągnięciu prędkości granicznej siła wypadkowa działająca na kulkę jest równa zero.

Oceń prawdziwość każdego stwierdzenia (P — prawda, F — fałsz) i wybierz odpowiedni układ.

P/P/P1. P, 2. P, 3. P
P/P/F1. P, 2. P, 3. F
P/F/P1. P, 2. F, 3. P
P/F/F1. P, 2. F, 3. F
F/P/P1. F, 2. P, 3. P
F/P/F1. F, 2. P, 3. F
F/F/P1. F, 2. F, 3. P
F/F/F1. F, 2. F, 3. F
FZ04.5otwarte★★★ 0–2 pkt🔗

Siła oporu dana jest wzorem $F_o=ARv$, gdzie $R$ — promień (w metrach), $v$ — prędkość. Wyraź jednostkę współczynnika $A$ za pomocą podstawowych jednostek układu SI.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 2 pkt
FZ04.6otwarte★★★ 0–3 pkt🔗

Ciało o masie $80$ kg spada w powietrzu; siła oporu ma postać $F_o=bv^2$, gdzie $b=0{,}32\,\tfrac{\text{kg}}{\text{m}}$ ($g=10\,\tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$). Oblicz prędkość graniczną spadania.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 3 pkt
FZ04.7otwarte★★★ 0–3 pkt🔗

Drewniany klocek o gęstości $600\,\tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$ pływa w wodzie ($\rho_w=1000\,\tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$). Oblicz, jaka część objętości klocka jest zanurzona.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 3 pkt
FZ04.8otwarte★★★ 0–3 pkt🔗

Kulka o gęstości $\rho_k=2700\,\tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$ i promieniu $R=2$ mm opada w oleju o gęstości $\rho_c=900\,\tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$. Siła oporu wynosi $F_o=ARv$, gdzie $A=0{,}12\,\tfrac{\text{kg}}{\text{m}\cdot\text{s}}$, $g=10\,\tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$. Oblicz prędkość graniczną kulki.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 3 pkt
FZ04.9otwarte★★★ 0–4 pkt🔗

Ciało o masie $2$ kg i objętości $0{,}001\ \text{m}^3$ zanurzono całkowicie w wodzie i puszczono swobodnie ($\rho_w=1000\,\tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g=10\,\tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$, opór pomijamy). Oblicz wartość i zwrot przyśpieszenia ciała.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 4 pkt
FZ04.10otwarte★★★ 0–4 pkt🔗

Kropla deszczu o promieniu $R$ i gęstości $\rho_w$ spada w powietrzu o gęstości $\rho_p$. Siła oporu ma postać $F_o=k\rho_pSv^2$, gdzie $S=\pi R^2$. Wyprowadź wzór na prędkość ruchu jednostajnego kropli w zależności od $R$, $\rho_p$, $\rho_w$, $g$ i $k$ (wypór powietrza pomijamy, $V=\tfrac43\pi R^3$).

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 4 pkt
LekcjeRazem.pl — prowadź korepetycje profesjonalnie. Tablica online, grafik, rozliczenia i AI w jednym miejscu. Sprawdź LekcjeRazem.pl.
Zacznij dziś

Zacznij naukę już dziś — to nic nie kosztuje

Załóż bezpłatne konto i otwórz dostęp do pełnego śledzenia postępów, planów nauki i quizów. Arkusze i zadania podstawowe są dostępne bez rejestracji. Już ponad 5 000 uczniów uczy się z Matematix.