Hva er akselerasjon i fysikk. Konseptet med full akselerasjon og dets komponenter. Ensartet akselerert rettlinjet bevegelse

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 05:37

Mekanisk bevegelse omgir oss fra fødselen. Hver dag ser vi hvordan biler beveger seg langs veiene, skip beveger seg langs hav og elver, fly flyr, til og med planeten vår beveger seg og krysser verdensrommet. En viktig egenskap for alle typer bevegelse uten unntak er akselerasjon. Dette er en fysisk størrelse, hvis typer og hovedkarakteristika vil bli diskutert i denne artikkelen.

Fysisk konsept for akselerasjon

Mange av begrepet "akselerasjon" er intuitivt kjent. I fysikk er akselerasjon en størrelse som karakteriserer enhver endring i hastighet over tid. Den tilsvarende matematiske formuleringen er:

a¯=dv¯/ dt

Linjen over symbolet i formelen betyr at denne verdien er en vektor. Akselerasjonen a¯ er således en vektor, og den beskriver også endringen i en vektormengde - hastigheten v¯. Dette erakselerasjon kalles full, den måles i meter per kvadratsekund. For eksempel, hvis en kropp øker hastigheten med 1 m/s for hvert sekund av bevegelsen, er den tilsvarende akselerasjonen 1 m/s².

Hvor kommer akselerasjonen fra og hvor går den?

Vi fant ut definisjonen av hva som er akselerasjon. Det ble også funnet ut at vi snakker om størrelsen på vektoren. Hvor peker denne vektoren?

For å gi det riktige svaret på spørsmålet ovenfor, bør man huske Newtons andre lov. I vanlig form skrives det slik:

F¯=ma¯

Med ord kan denne likheten leses som følger: kraften F¯ av enhver art som virker på et legeme med masse m, fører til akselerasjonen a¯ av dette legemet. Siden masse er en skalar størrelse, viser det seg at kraft- og akselerasjonsvektorene vil bli rettet langs den samme rette linjen. Med andre ord, akselerasjonen er alltid rettet i retning av kraften og er helt uavhengig av hastighetsvektoren v¯. Sistnevnte er rettet langs tangenten til bevegelsesbanen.

Kurvilineær bevegelse og fullakselerasjonskomponenter

I naturen møter vi ofte bevegelser av kropper langs kurvelinjede baner. Vurder hvordan vi kan beskrive akselerasjonen i dette tilfellet. For dette antar vi at hastigheten til et materialpunkt i den betraktede delen av banen kan skrives som:

v¯=vu_t¯

Hastigheten v¯ er produktet av dens absolutte verdi v byenhetsvektor u_t¯ rettet langs tangenten til banen (tangential komponent).

I henhold til definisjonen er akselerasjon den deriverte av hastighet med hensyn til tid. Vi har:

a¯=dv¯/dt=d(vu_t¯)/dt=dv/dtu_t ¯ + vd(u_t¯)/dt

Det første leddet på høyre side av den skrevne ligningen kalles tangentiell akselerasjon. Akkurat som hastigheten, er den rettet langs tangenten og karakteriserer endringen i den absolutte verdien v¯. Det andre leddet er normalakselerasjonen (sentripetal), den er rettet vinkelrett på tangenten og karakteriserer endringen i størrelsesvektoren v¯.

Dermed, hvis krumningsradiusen til banen er lik uendelig (rett linje), så endrer ikke hastighetsvektoren retning i prosessen med å bevege kroppen. Det siste betyr at normalkomponenten av den totale akselerasjonen er null.

Hvis et materialpunkt beveger seg jevnt langs en sirkel, forblir hastighetsmodulen konstant, det vil si at den tangentielle komponenten av den totale akselerasjonen er lik null. Normalkomponenten er rettet mot midten av sirkelen og beregnes med formelen:

a=v²/r

Her er radiusen. Årsaken til utseendet til sentripetal akselerasjon er virkningen på kroppen av en indre kraft, som er rettet mot midten av sirkelen. For eksempel, for bevegelse av planeter rundt solen, er denne kraften gravitasjonsattraksjon.

Formelen som forbinder de fulle akselerasjonsmodulene og denskomponent a_t(tangens), a (normal), ser slik ut:

a=√(a_t² + a²⁾

Ensartet akselerert bevegelse i en rett linje

Bevegelse i en rett linje med konstant akselerasjon finnes ofte i hverdagen, for eksempel er dette bevegelsen til en bil langs veien. Denne typen bevegelse er beskrevet av følgende hastighetsligning:

v=v₀+ at

Here v₀- noe fart som kroppen hadde før akselerasjonen a.

Hvis vi plotter funksjonen v(t), vil vi få en rett linje som krysser y-aksen i punktet med koordinater (0; v₀), og tangenten til skråningen til x-aksen er lik akselerasjonsmodulen a.

Når vi tar integralet til funksjonen v(t), får vi formelen for banen L:

L=v₀t + at²/2

Grafen til funksjonen L(t) er den høyre grenen av parablen, som starter ved punktet (0; 0).

Formlene ovenfor er de grunnleggende ligningene for kinematikken for akselerert bevegelse langs en rett linje.

Hvis en kropp, med en starthastighet v₀, begynner å bremse sin bevegelse med en konstant akselerasjon, så snakker vi om jevn langsom bevegelse. Følgende formler er gyldige for det:

v=v₀- at;

L=v₀t - at²/2

Løser problemet med å beregne akselerasjon

Å være stilletilstand begynner kjøretøyet å bevege seg. Samtidig, i løpet av de første 20 sekundene, reiser han en distanse på 200 meter. Hva er akselerasjonen til bilen?

Først, la oss skrive ned den generelle kinematiske ligningen for banen L:

L=v₀t + at²/2

Siden kjøretøyet i vårt tilfelle var i ro, var hastigheten v₀ lik null. Vi får formelen for akselerasjon:

L=at²/2=>

a=2L/t²

Erstatt verdien av tilbakelagt avstand L=200 m med tidsintervallet t=20 s og skriv ned svaret på oppgavespørsmålet: a=1 m/s².