Як виразити невідому величину з фізичної формули
~15 хв · 8 розділів · 8 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії Підготовка до НМТ 2027: Фізика — повний курс.
Виражати шукану величину з фізичної формули (множник, дріб, доданок, квадрат, корінь) і поєднувати дві-три формули в один загальний вираз, виключаючи спільну величину, щоб підставити числа в одиницях СІ лише в кінцеву формулу й перевірити її за одиницями.
Коли ти розв'язуєш фізичну задачу, найнадійніший шлях — спершу отримати формулу, у якій шукана величина виражена лише через дані умови й сталі, і лише після цього підставляти числа. Такий підхід називають «розв'язок у загальному вигляді».
Що таке розв'язок у загальному вигляді
Ти записуєш формулу, де ліворуч стоїть шукана величина, а праворуч — вираз, що містить тільки відомі з умови величини та фізичні сталі. Наприклад, тіло рушає зі спокою з прискоренням a і проходить шлях s. Треба знайти швидкість v у кінці шляху. Загальний вигляд:
Тільки після цього ти підставляєш числа: a = 3 м/с², s = 50 м →
Переваги загального вигляду
Менше арифметики: ти обчислюєш один раз, а не на кожному кроці.
Немає накопиченого округлення: проміжні числа не спотворюють кінцевий результат.
Часто скорочується величина, якої немає в умові. Наприклад, у формулі
v = √(2Eк/m)маса m може скоротитися, якщо Eк виражено через інші дані.Видно, як результат залежить від даних: подвоєння a подвоює v², але v зростає лише в √2 разів.
Похибка проміжного округлення
Ось чому варто уникати проміжних обчислень. Тіло рушає зі спокою, s = 50 м, a = 3 м/с². Якщо спершу знайти час:
а потім швидкість: v = at ≈ 3 · 5,8 = 17,4 м/с, то відповідь до десятих різниться від правильної 17,3 м/с, отриманої з кінцевої формули v = √(2as) = √300 ≈ 17,3 м/с. Похибка в 0,1 м/с виникла через округлення часу до 5,8 с замість 5,7735… с.
Якщо проміжне число неминуче (наприклад, його треба записати в чернетку), зберігай у ньому на 1–2 значущі цифри більше, ніж потрібно у відповіді.
Перевірка за одиницями
Це простий спосіб виявити помилку в перетворенні формули. У кінцеву формулу замість величин підстав їхні одиниці СІ. Наприклад, перевіряємо формулу
Підставляємо одиниці: (м/с)² : (м/с²) = м²/с² · с²/м = м. Одиниця шляху — метр, усе збігається.
Якби після перетворень у тебе вийшло s = v² · a, то одиниця була б (м/с)² · (м/с²) = м³/с⁴ — це не метр, отже, у перетворенні помилка.
Перевірка одиниць не ловить помилок у числових множниках (2, π, ½). Якщо ти забув двійку в знаменнику, одиниця все одно буде метр — перевіряй множники окремо.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Будь-яке перетворення формули — це рівносильне перетворення: ти виконуєш ту саму дію з обома частинами рівності. Невідому величину «звільняють» у порядку, оберненому до того, в якому вона була «вкладена» під час обчислення.
Добуток і дріб
Найпростіший випадок — формула, де шукана величина множиться або ділиться на іншу.
Формула | Виразити | Результат |
|---|---|---|
s = vt | t | t = s / v |
s = vt | v | v = s / t |
p = F / S | F | F = p · S |
p = F / S | S | S = F / p |
a = b / c | b | b = a · c |
a = b / c | c | c = b / a |
Запам'ятай: множник переноситься через знак рівності діленням, дільник — множенням.
Доданок
Якщо шукана величина входить до суми або різниці, спершу відокрем доданок, що містить її, а вже потім діли.
Приклад: v = v₀ + at. Виразимо прискорення a:
Переносимо v₀ ліворуч: at = v − v₀
Ділимо на t: a = (v − v₀) / t
Поширена помилка: ділити лише частину виразу. Не можна писати a = v/t − v₀ — це порушує рівносильність.
Квадрат
Якщо шукана величина піднесена до квадрата, спершу вирази квадрат, а потім добудь додатний квадратний корінь.
Приклад: кінетична енергія
Виражаємо модуль швидкості v:
Множимо обидві частини на 2: 2Eк = mv²
Ділимо на m: v² = 2Eк / m
Добуваємо додатний корінь: v = √(2Eк / m)
Беремо лише додатний корінь, бо модуль швидкості (або інша фізична величина, що є модулем) не може бути від'ємним.
Корінь
Якщо шукана величина стоїть під коренем, підносимо обидві частини рівняння до квадрата.
Приклад: v = √(2gh). Виразимо висоту h:
Підносимо до квадрата: v² = 2gh
Ділимо на 2g: h = v² / (2g)
Обернені величини
Коли невідома входить до виразу як обернена величина, спершу зведи праву частину до спільного знаменника, а потім «переверни» обидві частини.
Приклад: 1/x = 1/a + 1/b. Виразимо x:
Зводимо праву частину: 1/x = (a + b) / (ab)
Перевертаємо обидві частини: x = ab / (a + b)
Не можна «перевертати» кожен доданок окремо: 1/x = 1/a + 1/b не дорівнює x = a + b. Правильно: x = ab / (a + b).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
У багатьох задачах дані пов'язані не однією, а двома чи трьома формулами. Спільна величина, яка з'єднує ці формули, дозволяє «виключити» її й отримати один загальний вираз.
Як виключити спільну величину
Алгоритм простий: з однієї формули виражаєш спільну величину, а потім підставляєш цей вираз у другу формулу.
Приклад: рух зі стану спокою
Тіло рушає зі стану спокою. Відомі прискорення a і час t. Швидкість: v = at. Шлях: s = at²/2. Як виразити шлях через v і a, не знаючи t?
З v = at виражаємо t = v / a.
Підставляємо в s = at²/2: s = a · (v/a)² / 2 = a · v² / a² / 2 = v² / (2a).
Отримали компактну формулу
Цікаво, що той самий шлях можна записати ще простіше: s = vt/2. Переконайся: підстав t = v/a → s = v · (v/a) / 2 = v²/(2a).
Ланцюжок підстановок
Коли формул більше ніж дві, підстановки можна виконувати послідовно.
Нагрівання без фазового переходу
Кількість теплоти Q = cmΔt. Маса m = ρV. Підставляємо m:
Тепер для обчислення Q достатньо знати питому теплоємність c, густину ρ, об'єм V і зміну температури Δt.
Потужність і робота
Робота A = Fs. Потужність P = A/t. Підставляємо A:
Тут v = s/t — швидкість рівномірного руху. Отже, для сталої сили, що діє вздовж напрямку руху, потужність дорівнює добутку сили на швидкість.
Тиск твердого тіла
Тиск p = F/S. Сила тяжіння F = mg. Підставляємо:
Тепер тиск виражено через масу, прискорення вільного падіння й площу опори.
Коли підстановка працює, а коли ні
Для однозначного визначення невідомої потрібна система з незалежних рівнянь. Якщо ти просто переписуєш ту саму формулу в іншому вигляді, нової інформації це не додає. Наприклад, з s = at²/2 і t = √(2s/a) підстановка t у s = at²/2 дасть s = a · (2s/a) / 2 = s — це не нове рівняння, а тотожність, яка не визначає жодної величини.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розв'яжемо кілька типових задач, які трапляються на НМТ. Уважно стеж за порядком: спершу загальний вираз, потім числа.
Приклад 1. Шлях через швидкість і прискорення
Тіло рушає зі стану спокою з прискоренням 2 м/с² і набуває швидкості 12 м/с. Вирази шлях через v і a та знайди його в метрах.
Розв'язання:
Записуємо формули: v = at, s = at²/2.
Виражаємо t = v/a.
Підставляємо: s = a · (v/a)² / 2 = v² / (2a).
Підставляємо числа: s = (12 м/с)² / (2 · 2 м/с²) = 144 / 4 = 36 м.
Відповідь: 36.
Чому не 72? Якщо забути поділити на 2 (наприклад, узяти s = v²/a або s = vt з t = v/a = 6 с), вийде 144 / 2 = 72 — це неправильно. Формула s = vt/2 рівносильна s = v²/(2a) і дає той самий результат 36.
Приклад 2. Швидкість з кінетичної енергії
М'яч масою 0,4 кг має кінетичну енергію 20 Дж. Знайди модуль його швидкості в м/с.
Розв'язання:
Формула: Eк = mv² / 2.
Виражаємо v: v² = 2Eк / m → v = √(2Eк / m).
Підставляємо: v = √(2 · 20 / 0,4) = √(40 / 0,4) = √100 = 10 м/с.
Відповідь: 10.
Поширена помилка: забути помножити Eк на 2. Тоді v = √(20 / 0,4) = √50 ≈ 7,1 — неправильно.
Приклад 3. Нагрівання води
2 л води нагріли на 50 °C. Питома теплоємність води c = 4200 Дж/(кг · °C), густина ρ = 1000 кг/м³. Склади вираз Q = cρVΔt і знайди кількість теплоти в кілоджоулях.
Розв'язання:
Переводимо об'єм у м³: 2 л = 2 · 10⁻³ м³ = 0,002 м³.
Загальний вираз: Q = cρVΔt.
Підставляємо: Q = 4200 · 1000 · 0,002 · 50.
Обчислюємо: 4200 · 1000 = 4 200 000; 4 200 000 · 0,002 = 8400; 8400 · 50 = 420 000 Дж = 420 кДж.
Відповідь: 420.
Зверни увагу: об'єм у літрах треба перевести в кубічні метри, інакше результат буде хибним.
Приклад 4. Швидкість без проміжного округлення
Тіло рушає зі спокою з прискоренням 3 м/с² і проходить 50 м. Знайди швидкість у кінці шляху в м/с, округливши до десятих.
Розв'язання:
Загальний вираз: v = √(2as).
Підставляємо: v = √(2 · 3 · 50) = √300.
Обчислюємо: √300 ≈ 17,3205… → округлюємо до десятих: 17,3 м/с.
Відповідь: 17,3.
Якщо спершу знайти час t = √(2s/a) = √(100/3) ≈ 5,8 с, а потім v = at ≈ 17,4 м/с, то відповідь буде хибною. Проміжне округлення «з'їдає» точність.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розберемо найпоширеніші помилки, яких припускаються учні під час перетворення формул, і як їх уникнути.
Підставляти числа на кожному кроці й округлювати проміжні результати — відповідь до десятих «з'їжджає». Завжди спершу отримуй загальний вираз, потім підставляй числа один раз.
Переносити множник через знак рівності, не замінюючи дію оберненою. Наприклад, з s = vt пишуть t = sv. Правильно: t = s / v.
Ділити лише частину виразу. З v = v₀ + at помилково пишуть a = v/t − v₀. Правильно: спершу at = v − v₀, потім a = (v − v₀) / t.
Забувати добути корінь після виразу квадрата. З Eк = mv²/2 отримали v² = 2Eк/m, але записують v = 2Eк/m, пропускаючи корінь. Або беруть від'ємний корінь для модуля швидкості — фізичний зміст вимагає додатного.
У формулі з оберненими величинами «перевертати» кожен доданок окремо: з 1/x = 1/a + 1/b пишуть x = a + b. Правильно: x = ab / (a + b).
Підставляти числа не в одиницях СІ (грами замість кілограмів, сантиметри замість метрів, літри замість кубічних метрів, хвилини замість секунд). Загальний вираз може бути правильним, але відповідь — хибною.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розуміння того, як саме перевіряють уміння виражати величини з формул, допоможе тобі правильно розподілити час на іспиті.
Довідкові матеріали НМТ
На НМТ-2026 ти отримаєш довідкові матеріали, які містять формули до всіх 17 тем програми. Але ці формули не розв'язані щодо кожної величини — шукану величину з них виражаєш ти сам. Наприклад, у довіднику є Eк = mv²/2, але немає готового виразу v = √(2Eк/m).
Формат завдань № 17–22
Завдання № 17–22 — це розрахункові задачі з короткою відповіддю. Вони оцінюються в 0 або 2 бали без часткових балів. Якщо ти помилився в перетворенні формули або в округленні — отримуєш 0 балів, навіть якщо хід думки був правильним.
Відповідь у № 17–22 — ціле число або десятковий дріб. Одиницю вимірювання вказано в умові, тому в поле відповіді вводиш лише число.
Особливості демонстраційного варіанта 2026
У демонстраційному варіанті НМТ-2026 числа підібрано так, щоб обчислення можна було виконати без калькулятора. Наприклад, у № 18 використано наближення π² = 10. Тому тобі вигідно спершу спростити загальний вираз — часто після скорочень залишаються прості числа, які легко порахувати усно.
Стратегія виконання
У чернетці вирази шукану величину в загальному вигляді.
Перевір одиниці: підстав замість величин їхні одиниці СІ — має вийти одиниця шуканої величини.
Лише після цього підставляй числа й обчислюй.
Введи й збережи відповідь — тільки число, без одиниці.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Навіщо розв'язувати в загальному вигляді, якщо можна одразу рахувати з числами?
Загальний вигляд дає змогу побачити, як результат залежить від даних, і часто скорочує величини, яких немає в умові. Крім того, ти уникаєш похибки проміжного округлення — числа підставляєш лише один раз. На НМТ, де кожна помилка в розрахунках коштує 2 бали, це критично.
Як не заплутатися, виражаючи величину з формули з дробом?
Уяви, що невідома величина — це невідомий множник або дільник. Якщо вона в чисельнику (a = b/c, шукаємо b), множ її на знаменник: b = a · c. Якщо вона в знаменнику (a = b/c, шукаємо c), діли чисельник на ліву частину: c = b / a. Найпростіше перевірити себе підстановкою чисел: візьми прості числа, обчисли, чи збігається результат.
Який корінь брати, якщо шукана величина стоїть у квадраті?
Завжди додатний. Фізичні величини, що є модулями (швидкість, сила, прискорення), не можуть бути від'ємними. Якщо з рівняння v² = 4 отримуєш v = ±2, фізичний зміст задачі підкаже взяти v = 2. У задачах НМТ шукають саме модуль, тому корінь завжди додатний.
Що робити, якщо в двох формулах є спільна невідома величина?
Вирази цю спільну величину з однієї формули й підстав у другу. Наприклад, маєш v = at і s = at²/2. Спільна величина — t. З першої формули t = v/a. Підставляєш у другу: s = a · (v/a)² / 2 = v² / (2a). Тепер шлях виражено лише через v і a.
Чи знайде перевірка одиниць усі помилки в розв'язанні?
Ні. Перевірка одиниць виявляє помилки в тому, яку дію (множення чи ділення) ти застосував до величин. Але вона не ловить помилок у числових множниках: якщо ти забув двійку в знаменнику формули s = v²/(2a) і написав s = v²/a, одиниця все одно буде метр. Тому після перевірки одиниць ще раз переконайся, що всі числові коефіцієнти на місці.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Спершу отримай загальний вираз — формулу, де шукана величина виражена лише через дані. Потім підстав числа в СІ один раз.
Дія, обернена до тієї, що «тримає» величину: множення ↔ ділення, квадрат ↔ корінь.
Спершу відокрем доданок, що містить невідому, потім діли.
Спільну величину виключають підстановкою: з v = at і s = at²/2 маємо s = v²/(2a).
Проміжні числа не округлюй — це спотворює кінцевий результат.
Одиниця кінцевої формули має збігтися з одиницею шуканої величини. Перевір це перед підстановкою чисел.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.