Ruch to jedna z głównych cech świata, w którym żyjemy. Z fizyki wiadomo, że wszystkie ciała i cząstki, z których się składają, nieustannie poruszają się w przestrzeni nawet w temperaturach zerowych bezwzględnych. W tym artykule rozważymy definicję przyspieszenia jako ważnej cechy kinematycznej ruchu mechanicznego w fizyce.
O jakim rozmiarze mówimy?
Zgodnie z definicją przyspieszenie to wielkość, która pozwala ilościowo opisać proces zmiany prędkości w czasie. Przyspieszenie matematycznie oblicza się w następujący sposób:
a¯=dv¯/dt.
Ten wzór na określenie przyspieszenia opisuje tak zwaną wartość chwilową a¯. Aby obliczyć średnie przyspieszenie, należy wziąć stosunek różnicy prędkości do dłuższego okresu czasu.
Wartość a¯ jest wektorem. Jeżeli prędkość jest skierowana wzdłuż stycznej do rozważanej trajektorii ciała, wówczas przyspieszenie może wynosićwyreżyserowane w zupełnie przypadkowy sposób. Nie ma to nic wspólnego z trajektorią ruchu i wektorem v¯. Niemniej jednak obie wymienione cechy ruchu zależą od przyspieszenia. Dzieje się tak, ponieważ ostatecznie to wektor przyspieszenia określa trajektorię i prędkość ciała.
Aby zrozumieć, gdzie skierowane jest przyspieszenie a¯, należy zapisać drugie prawo Newtona. W dobrze znanej formie wygląda to tak:
F¯=ma¯.
Równość mówi, że dwa wektory (F¯ i a¯) są powiązane ze sobą poprzez stałą liczbową (m). Z właściwości wektorów wiadomo, że mnożenie przez liczbę dodatnią nie zmienia kierunku wektora. Innymi słowy, przyspieszenie jest zawsze skierowane na działanie całkowitej siły F¯ na ciało.
Rozważana ilość jest mierzona w metrach na sekundę kwadratową. Na przykład siła grawitacyjna Ziemi w pobliżu jej powierzchni nadaje ciału przyspieszenie 9,81 m/s2, to znaczy prędkość swobodnie spadającego ciała w przestrzeni pozbawionej powietrza wzrasta o 9,81 m/s na sekundę.
Pojęcie ruchu jednostajnie przyspieszonego
Wzór na określenie przyspieszenia w ogólnym przypadku został napisany powyżej. Jednak w praktyce często konieczne jest rozwiązywanie problemów dla tzw. ruchu jednostajnie przyspieszonego. Jest rozumiany jako taki ruch ciał, w którym ich styczna składowa przyspieszenia jest wartością stałą. Podkreślamy znaczenie stałości stycznej, a nie normalnej składowej przyspieszenia.
Całkowite przyspieszenie ciała w trakcie ruchu krzywoliniowego można przedstawić jako dwie składowe. Składowa styczna opisuje zmianę modułu prędkości. Składowa normalna jest zawsze skierowana prostopadle do trajektorii. Nie zmienia modułu prędkości, ale zmienia jego wektor.
Poniżej omówimy bardziej szczegółowo pytanie dotyczące składnika akceleracji.
Ruch równomiernie przyspieszony w linii prostej
Ponieważ wektor prędkości nie zmienia się podczas poruszania się po linii prostej ciała, normalne przyspieszenie wynosi zero. Oznacza to, że całkowite przyspieszenie jest tworzone wyłącznie przez składową styczną. Definicja przyspieszenia podczas ruchu jednostajnie przyspieszonego odbywa się według następujących wzorów:
a=(v - v0)/t;
a=2S/t2;
a=2(S-v0t)/t2.
Te trzy równania są podstawowymi wyrażeniami kinematyki. Tutaj v0 to prędkość, jaką ciało miało przed przyspieszeniem. Nazywa się inicjał. Wartość S to droga przebyta przez ciało po prostej trajektorii w czasie t.
Jakąkolwiek wartość czasu t podstawimy do któregokolwiek z tych równań, zawsze otrzymamy takie samo przyspieszenie a, ponieważ nie zmienia się ono podczas rozważanego rodzaju ruchu.
Szybkie wirowanie
Poruszanie się po okręgu z przyspieszeniem jest dość powszechnym rodzajem ruchu w technologii. Aby to zrozumieć, wystarczy przypomnieć sobie obrót wałów,tarcze, koła, łożyska. Aby określić przyspieszenie ciała podczas jednostajnie przyspieszonego ruchu po okręgu, często stosuje się wielkości nie liniowe, ale kątowe. Na przykład przyspieszenie kątowe definiuje się następująco:
α=dω/dt.
Wartość α jest wyrażona w radianach na każdą sekundę do kwadratu. To przyspieszenie ze składową styczną wielkości a jest powiązane w następujący sposób:
α=at/r.
Ponieważ α jest stałe podczas jednostajnie przyspieszonego obrotu, przyspieszenie styczne at wzrasta wprost proporcjonalnie do wzrostu promienia obrotu r.
Jeżeli α=0, to podczas obrotu występuje tylko niezerowe przyspieszenie normalne. Jednak ten ruch nazywa się jednostajnie zmiennym lub jednostajnym obrotem, a nie jednostajnie przyspieszanym.
