Mișcarea corpurilor în spațiu este descrisă de un set de caracteristici, printre care principalele sunt distanța parcursă, viteza și accelerația. Această din urmă caracteristică determină în mare măsură particularitatea și tipul mișcării în sine. În acest articol, vom lua în considerare întrebarea ce este accelerația în fizică și vom oferi un exemplu de rezolvare a unei probleme folosind această valoare.
Ecuația principală a dinamicii
Înainte de a defini accelerația în fizică, să dăm ecuația principală a dinamicii, care se numește a doua lege a lui Newton. Este adesea scris după cum urmează:
F¯dt=dp¯
Adica forta F¯, avand un caracter exterior, a avut efect asupra unui anumit corp in timpul dt, ceea ce a dus la o modificare a impulsului cu valoarea dp¯. Partea stângă a ecuației este de obicei numită impulsul corpului. Rețineți că mărimile F¯ și dp¯ sunt de natură vectorială, iar vectorii corespunzători acestora sunt direcționațila fel.
Fiecare elev știe formula pentru impuls, se scrie astfel:
p¯=mv¯
Valoarea p¯ caracterizează energia cinetică stocată în corp (factorul de viteză v¯), care depinde de proprietățile inerțiale ale corpului (factorul de masă m).
Dacă substituim această expresie în formula celei de-a doua legi a lui Newton, obținem următoarea egalitate:
F¯dt=mdv¯;
F¯=mdv¯ / dt;
F¯=ma¯, unde a¯=dv¯ / dt.
Valoarea introdusă a¯ se numește accelerație.
Ce este accelerația în fizică?
Acum să explicăm ce înseamnă valoarea a¯ introdusă în paragraful anterior. Să scriem din nou definiția sa matematică:
a¯=dv¯ / dt
Folosind formula, se poate înțelege cu ușurință că aceasta este accelerație în fizică. Mărimea fizică a¯ arată cât de repede se va schimba viteza în timp, adică este o măsură a ratei de schimbare a vitezei în sine. De exemplu, în conformitate cu legea lui Newton, dacă o forță de 1 Newton acționează asupra unui corp care cântărește 1 kilogram, atunci acesta va dobândi o accelerație de 1 m / s2, adică pt. la fiecare secundă de mișcare, corpul își va crește viteza cu 1 metru pe secundă.
Accelerație și viteză
În fizică, acestea sunt două mărimi diferite care sunt interconectate prin ecuații cinematice ale mișcării. Ambele cantități suntvector, dar în cazul general sunt direcționate diferit. Accelerația este întotdeauna direcționată de-a lungul direcției forței care acționează. Viteza este direcționată de-a lungul traiectoriei corpului. Vectorii accelerație și viteză vor coincide între ei numai atunci când forța externă în direcția acțiunii coincide cu mișcarea corpului.
Spre deosebire de viteză, accelerația poate fi negativă. Acest din urmă fapt înseamnă că este îndreptat împotriva mișcării corpului și tinde să-și reducă viteza, adică are loc procesul de decelerare.
Formula generală care leagă modulele de viteză și accelerație arată astfel:
v=v0+ at
Aceasta este una dintre ecuațiile de bază ale mișcării rectilinie uniform accelerate a corpurilor. Arată că în timp viteza crește liniar. Dacă mișcarea este la fel de lentă, atunci trebuie pus un minus în fața termenului at. Valoarea v0 aici este o viteză inițială.
Cu o mișcare uniform accelerată (echivalent lentă), formula este de asemenea valabilă:
a¯=Δv¯ / Δt
Diferă de o expresie similară sub formă diferențială prin aceea că aici accelerația este calculată pe un interval de timp finit Δt. Această accelerație se numește medie pe perioada de timp marcată.
Cale și accelerație
Dacă corpul se mișcă uniform și în linie dreaptă, atunci calea parcursă de el în timpul t poate fi calculată după cum urmează:
S=vt
Dacă v ≠ const, atunci când se calculează distanța parcursă de corp, trebuie luată în considerare accelerația. Formula corespunzătoare este:
S=v0 t + at2 / 2
Această ecuație descrie mișcarea uniform accelerată (pentru o mișcare uniformă lentă, semnul „+” trebuie înlocuit cu semnul „-”).
Mișcare circulară și accelerație
S-a spus mai sus că accelerația în fizică este o mărime vectorială, adică schimbarea ei este posibilă atât în direcție, cât și în valoare absolută. În cazul mișcării accelerate rectilinie considerate, direcția vectorului a¯ și modulul acestuia rămân neschimbate. Dacă modulul începe să se schimbe, atunci o astfel de mișcare nu va mai fi accelerată uniform, ci va rămâne rectilinie. Dacă direcția vectorului a¯ începe să se schimbe, atunci mișcarea va deveni curbilinie. Unul dintre cele mai comune tipuri de astfel de mișcări este mișcarea unui punct material de-a lungul unui cerc.
Două formule sunt valabile pentru acest tip de mișcare:
α¯=dω¯ / dt;
ac=v2 / r
Prima expresie este accelerația unghiulară. Semnificația sa fizică constă în viteza de schimbare a vitezei unghiulare. Cu alte cuvinte, α arată cât de repede corpul se învârte sau își încetinește rotația. Valoarea α este o accelerație tangențială, adică este direcționată tangențial la cerc.
A doua expresie descrie accelerația centripetă ac. Dacă viteza de rotație liniarărămâne constant (v=const), atunci modulul ac nu se schimbă, dar direcția lui se schimbă mereu și tinde să îndrepte corpul spre centrul cercului. Aici r este raza de rotație a corpului.
Problemă cu căderea liberă a unui corp
Am aflat că aceasta este o accelerare în fizică. Acum să arătăm cum să folosiți formulele de mai sus pentru mișcarea rectilinie.
Una dintre problemele tipice din fizică cu accelerația în cădere liberă. Această valoare reprezintă accelerația pe care forța gravitațională a planetei noastre o conferă tuturor corpurilor care au o masă finită. În fizică, accelerația de cădere liberă în apropierea suprafeței Pământului este de 9,81 m/s2.
Să presupunem că un corp se afla la o înălțime de 20 de metri. Apoi a fost eliberat. Cât timp va dura să ajungi la suprafața pământului?
Deoarece viteza inițială v0 este egală cu zero, atunci pentru distanța parcursă (înălțimea h) putem scrie ecuația:
h=gt2 / 2
De unde obținem ora de toamnă:
t=√(2h / g)
Înlocuind datele din condiție, constatăm că trupul va fi la pământ în 2,02 secunde. În realitate, acest timp va fi puțin mai lung din cauza prezenței rezistenței aerului.
