Mișcarea este una dintre principalele caracteristici ale lumii în care trăim. Din fizică se știe că toate corpurile și particulele din care sunt compuse se mișcă constant în spațiu chiar și la temperaturi zero absolut. În acest articol, vom considera definiția accelerației ca o caracteristică cinematică importantă a mișcării mecanice în fizică.
Despre ce dimensiune vorbim?
Conform definiției, accelerația este o cantitate care vă permite să descrieți cantitativ procesul de schimbare a vitezei în timp. Din punct de vedere matematic, accelerația se calculează după cum urmează:
a¯=dv¯/dt.
Această formulă pentru determinarea accelerației descrie așa-numita valoare instantanee a¯. Pentru a calcula accelerația medie, ar trebui să luați raportul dintre diferența de viteze și o perioadă mai lungă de timp.
Valoarea a¯ este un vector. Dacă viteza este direcționată de-a lungul tangentei la traiectoria considerată a corpului, atunci accelerația poate firegizat într-un mod complet aleatoriu. Nu are nimic de-a face cu traiectoria mișcării și cu vectorul v¯. Cu toate acestea, ambele caracteristici numite ale mișcării depind de accelerație. Acest lucru se datorează faptului că, în cele din urmă, vectorul de accelerație este cel care determină traiectoria și viteza corpului.
Pentru a înțelege unde este direcționată accelerația a¯, ar trebui să scriem a doua lege a lui Newton. În forma cunoscută, arată astfel:
F¯=ma¯.
Egalitatea spune că doi vectori (F¯ și a¯) sunt legați unul de celăl alt printr-o constantă numerică (m). Din proprietățile vectorilor se știe că înmulțirea cu un număr pozitiv nu schimbă direcția vectorului. Cu alte cuvinte, accelerația este întotdeauna îndreptată către acțiunea forței totale F¯ asupra corpului.
Cantitatea luată în considerare este măsurată în metri pe secundă pătrată. De exemplu, forța gravitațională a Pământului lângă suprafața sa conferă corpurilor o accelerație de 9,81 m/s2, adică viteza unui corp care căde liber în spațiul fără aer crește cu 9,81. m/s în fiecare secundă.
Conceptul de mișcare uniform accelerată
Formula pentru determinarea accelerației în cazul general a fost scrisă mai sus. Cu toate acestea, în practică este adesea necesar să se rezolve probleme pentru așa-numita mișcare uniform accelerată. Se înțelege ca atare o mișcare a corpurilor în care componenta lor tangențială de accelerație este o valoare constantă. Subliniem importanța constanței tangențialei și nu a componentei normale a accelerației.
Accelerația totală a corpului în procesul de mișcare curbilinie poate fi reprezentată ca două componente. Componenta tangențială descrie modificarea modulului de viteză. Componenta normală este întotdeauna direcționată perpendicular pe traiectorie. Nu modifică modulul de viteză, dar își schimbă vectorul.
Mai jos, vom trata mai detaliat întrebarea referitoare la componenta de accelerare.
Mișcare accelerată uniform în linie dreaptă
Deoarece vectorul viteză nu se modifică atunci când se deplasează în linie dreaptă a corpului, accelerația normală este zero. Aceasta înseamnă că accelerația totală este formată exclusiv din componenta tangențială. Definiția accelerației în timpul mișcării accelerate uniform se realizează conform următoarelor formule:
a=(v - v0)/t;
a=2S/t2;
a=2(S-v0t)/t2.
Aceste trei ecuații sunt expresiile de bază ale cinematicii. Aici v0 este viteza pe care o avea corpul înainte de accelerare. Se numeste initiala. Valoarea S este calea parcursă de corp de-a lungul unei traiectorii drepte în timpul t.
Orice valoare a timpului t o substituim în oricare dintre aceste ecuații, vom obține întotdeauna aceeași accelerație a, deoarece nu se modifică în timpul tipului de mișcare considerat.
Rotire rapidă
Mișcarea în jurul unui cerc cu accelerație este un tip de mișcare destul de comun în tehnologie. Pentru a înțelege acest lucru, este suficient să ne amintim de rotația arborilor,discuri, roti, rulmenti. Pentru a determina accelerația unui corp în timpul mișcării uniform accelerate într-un cerc, nu se folosesc cantități liniare, ci unghiulare. Accelerația unghiulară, de exemplu, este definită după cum urmează:
α=dω/dt.
Valoarea lui α este exprimată în radiani pentru fiecare secundă pătrat. Această accelerație cu componenta tangențială a mărimii a este legată astfel:
α=at/r.
Deoarece α este constantă în timpul rotației uniform accelerate, accelerația tangențială at crește direct proporțional cu creșterea razei de rotație r.
Dacă α=0, atunci există doar o accelerație normală diferită de zero în timpul rotației. Totuși, această mișcare se numește rotație uniform variabilă sau uniformă, nu uniform accelerată.
