Kroppens bevægelse i rummet er beskrevet af et sæt karakteristika, blandt hvilke de vigtigste er den tilbagelagte afstand, hastighed og acceleration. Sidstnævnte karakteristika bestemmer i høj grad selve bevægelsens ejendommelighed og type. I denne artikel vil vi overveje spørgsmålet om, hvad acceleration er i fysik, og vi vil give et eksempel på løsning af et problem ved hjælp af denne værdi.
Dynamikkens hovedligning
Før vi definerer acceleration i fysik, lad os give dynamikkens hovedligning, som kaldes Newtons anden lov. Det skrives ofte som følger:
F¯dt=dp¯
Det vil sige, at kraften F¯, der har en ydre karakter, havde en effekt på en bestemt krop i løbet af tiden dt, hvilket førte til en ændring i momentum med værdien dp¯. Den venstre side af ligningen kaldes norm alt kroppens momentum. Bemærk, at mængderne F¯ og dp¯ er vektor i naturen, og de vektorer, der svarer til dem, er rettetdet samme.
Hver elev kender formlen for momentum, den skrives som følger:
p¯=mv¯
p¯-værdien karakteriserer den kinetiske energi, der er lagret i kroppen (hastighedsfaktor v¯), som afhænger af kroppens inertiegenskaber (massefaktor m).
Hvis vi erstatter dette udtryk i formlen for Newtons 2. lov, får vi følgende lighed:
F¯dt=mdv¯;
F¯=mdv¯ / dt;
F¯=ma¯, hvor a¯=dv¯ / dt.
Inputværdien a¯ kaldes acceleration.
Hvad er acceleration i fysik?
Lad os nu forklare, hvad værdien a¯ introduceret i det foregående afsnit betyder. Lad os skrive dens matematiske definition ned igen:
a¯=dv¯ / dt
Ved at bruge formlen kan man let forstå, at dette er acceleration i fysik. Den fysiske størrelse a¯ viser, hvor hurtigt hastigheden vil ændre sig med tiden, dvs. den er et mål for hastigheden af ændringen af selve hastigheden. For eksempel, i overensstemmelse med Newtons lov, hvis en kraft på 1 Newton virker på et legeme, der vejer 1 kilogram, vil det opnå en acceleration på 1 m/s2, dvs. hvert sekunds bevægelse øger kroppen sin hastighed med 1 meter i sekundet.
Acceleration og hastighed
I fysik er disse to forskellige størrelser, der er forbundet med kinematiske bevægelsesligninger. Begge mængder ervektor, men i det generelle tilfælde er de rettet anderledes. Accelerationen er altid rettet i retning af den virkende kraft. Hastigheden er rettet langs kroppens bane. Vektorerne for acceleration og hastighed vil kun falde sammen med hinanden, når den ydre kraft i aktionsretningen falder sammen med kroppens bevægelse.
I modsætning til hastighed kan acceleration være negativ. Sidstnævnte kendsgerning betyder, at den er rettet mod kroppens bevægelse og har en tendens til at reducere dens hastighed, det vil sige, at decelerationsprocessen finder sted.
Den generelle formel, der relaterer modulerne til hastighed og acceleration, ser sådan ud:
v=v0+ at
Dette er en af de grundlæggende ligninger for retlinet ensartet accelereret bevægelse af kroppe. Den viser, at over tid stiger hastigheden lineært. Hvis bevægelsen er lige så langsom, skal der sættes et minus foran udtrykket at. Værdien v0her er en starthastighed.
Med ensartet accelereret (tilsvarende langsom) bevægelse er formlen også gyldig:
a¯=Δv¯ / Δt
Det adskiller sig fra et lignende udtryk i differentialform ved, at accelerationen her beregnes over et begrænset tidsinterval Δt. Denne acceleration kaldes gennemsnittet over den markerede tidsperiode.
Sti og acceleration
Hvis kroppen bevæger sig ensartet og i en lige linje, så kan den tilbagelagte vej i tiden t beregnes som følger:
S=vt
Hvis v ≠ const, skal der tages højde for acceleration ved beregning af afstanden, som kroppen tilbagelægger. Den tilsvarende formel er:
S=v0 t + at2 / 2
Denne ligning beskriver ensartet accelereret bevægelse (for ensartet langsom bevægelse skal "+"-tegnet erstattes af "-"-tegnet).
Cirkulær bevægelse og acceleration
Det blev sagt ovenfor, at acceleration i fysik er en vektorstørrelse, det vil sige, at dens ændring er mulig både i retning og i absolut værdi. I tilfælde af den betragtede retlineære accelererede bevægelse forbliver retningen af vektoren a¯ og dens modul uændret. Hvis modulet begynder at ændre sig, vil en sådan bevægelse ikke længere blive ensartet accelereret, men vil forblive retlinet. Hvis retningen af vektoren a¯ begynder at ændre sig, vil bevægelsen blive krumlinjet. En af de mest almindelige typer af sådanne bevægelser er bevægelsen af et materielt punkt langs en cirkel.
To formler er gyldige for denne type bevægelse:
α¯=dω¯ / dt;
ac=v2 / r
Det første udtryk er vinkelaccelerationen. Dens fysiske betydning ligger i hastigheden for ændring af vinkelhastigheden. Med andre ord viser α, hvor hurtigt kroppen drejer op eller sænker sin rotation. Værdien α er en tangentiel acceleration, dvs. den er rettet tangentielt til cirklen.
Det andet udtryk beskriver centripetalaccelerationen ac. Hvis den lineære rotationshastighedforbliver konstant (v=const), så ændres modulet ac ikke, men dets retning ændres altid og har en tendens til at lede kroppen mod cirklens centrum. Her er r kroppens rotationsradius.
Problem med en krops frie fald
Vi fandt ud af, at dette er acceleration i fysik. Lad os nu vise, hvordan man bruger ovenstående formler til retlinet bevægelse.
Et af de typiske problemer i fysik med fritfaldsacceleration. Denne værdi repræsenterer den acceleration, som tyngdekraften på vores planet giver til alle kroppe, der har en endelig masse. I fysik er accelerationen af frit fald nær Jordens overflade 9,81 m/s2.
Antag, at en krop var i en højde af 20 meter. Så blev han løsladt. Hvor lang tid vil det tage at nå jordens overflade?
Da starthastigheden v0er lig med nul, kan vi for den tilbagelagte distance (højde h) skrive ligningen:
h=gt2 / 2
Hvorfra vi får efterårets tid:
t=√(2t/g)
Ved at erstatte dataene fra tilstanden finder vi ud af, at kroppen vil være på jorden om 2,02 sekunder. I virkeligheden vil denne tid være lidt længere på grund af tilstedeværelsen af luftmodstand.
