Gibanje teles v prostoru je opisano z nizom značilnosti, med katerimi so glavne prevožena razdalja, hitrost in pospešek. Slednja lastnost v veliki meri določa posebnost in vrsto samega gibanja. V tem članku bomo obravnavali vprašanje, kaj je pospešek v fiziki, in dali bomo primer reševanja problema s to vrednostjo.
Glavna enačba dinamike
Preden definiramo pospešek v fiziki, dajmo glavno enačbo dinamike, ki se imenuje Newtonov drugi zakon. Pogosto je zapisano takole:
F¯dt=dp¯
To pomeni, da je sila F¯, ki ima zunanji značaj, vplivala na določeno telo v času dt, kar je povzročilo spremembo gibalne količine za vrednost dp¯. Leva stran enačbe se običajno imenuje zagon telesa. Upoštevajte, da sta velikosti F¯ in dp¯ vektorske narave, vektorji, ki jima ustrezajo, pa so usmerjeniisto.
Vsak študent pozna formulo za zagon, zapisano je takole:
p¯=mv¯
Vrednost p¯ označuje kinetično energijo, shranjeno v telesu (faktor hitrosti v¯), ki je odvisna od inercialnih lastnosti telesa (masni faktor m).
Če ta izraz nadomestimo s formulo Newtonovega 2. zakona, dobimo naslednjo enakost:
F¯dt=mdv¯;
F¯=mdv¯ / dt;
F¯=ma¯, kjer je a¯=dv¯ / dt.
Vhodna vrednost a¯ se imenuje pospešek.
Kaj je pospešek v fiziki?
Zdaj pojasnimo, kaj pomeni vrednost a¯, uvedena v prejšnjem odstavku. Ponovno zapišimo njegovo matematično definicijo:
a¯=dv¯ / dt
Z uporabo formule zlahka razumemo, da je to pospešek v fiziki. Fizična količina a¯ kaže, kako hitro se bo hitrost spreminjala s časom, torej je merilo za hitrost spreminjanja same hitrosti. Na primer, v skladu z Newtonovim zakonom, če na telo, ki tehta 1 kilogram, deluje sila 1 Newton, bo pridobilo pospešek 1 m / s2, to je za vsako sekundo gibanja bo telo povečalo svojo hitrost za 1 meter na sekundo.
Pospešek in hitrost
V fiziki sta to dve različni količini, ki sta med seboj povezani s kinematskimi enačbami gibanja. Obe količini stavektorja, v splošnem pa so usmerjeni drugače. Pospešek je vedno usmerjen vzdolž smeri delujoče sile. Hitrost je usmerjena vzdolž poti telesa. Vektorja pospeška in hitrosti bosta med seboj sovpadala samo takrat, ko bo zunanja sila v smeri delovanja sovpadala z gibanjem telesa.
Za razliko od hitrosti je lahko pospešek negativen. Zadnje dejstvo pomeni, da je usmerjen proti gibanju telesa in teži k zmanjšanju njegove hitrosti, torej pride do procesa upočasnjevanja.
Splošna formula, ki povezuje module hitrosti in pospeška, izgleda takole:
v=v0+ at
To je ena od osnovnih enačb premočrtnega enakomerno pospešenega gibanja teles. Kaže, da sčasoma hitrost linearno narašča. Če je gibanje enako počasno, je treba pred izrazom at postaviti minus. Vrednost v0tukaj je nekaj začetne hitrosti.
Pri enakomerno pospešenem (enakovredno počasnem) gibanju velja tudi formula:
a¯=Δv¯ / Δt
Od podobnega izraza v diferencialni obliki se razlikuje po tem, da se tukaj pospešek izračuna v končnem časovnem intervalu Δt. Ta pospešek se imenuje povprečje v označenem časovnem obdobju.
Pot in pospešek
Če se telo giblje enakomerno in v ravni črti, potem lahko pot, ki jo prepotuje v času t, izračunamo na naslednji način:
S=vt
Če je v ≠ const, je treba pri izračunu razdalje, ki jo prepotuje telo, upoštevati pospešek. Ustrezna formula je:
S=v0 t + at2 / 2
Ta enačba opisuje enakomerno pospešeno gibanje (za enakomerno počasno gibanje je treba znak "+" nadomestiti z znakom "-").
Krožno gibanje in pospešek
Zgoraj je bilo rečeno, da je pospešek v fiziki vektorska količina, to pomeni, da je njegova sprememba možna tako v smeri kot v absolutni vrednosti. V primeru obravnavanega pravokotnega pospešenega gibanja ostaneta smer vektorja a¯ in njegov modul nespremenjena. Če se modul začne spreminjati, potem takšno gibanje ne bo več enakomerno pospešeno, ampak bo ostalo pravolinijsko. Če se smer vektorja a¯ začne spreminjati, bo gibanje postalo krivolinijsko. Ena najpogostejših vrst takšnega gibanja je premikanje materialne točke vzdolž kroga.
Za to vrsto gibanja veljata dve formuli:
α¯=dω¯ / dt;
ac=v2 / r
Prvi izraz je kotni pospešek. Njegov fizični pomen je v hitrosti spreminjanja kotne hitrosti. Z drugimi besedami, α kaže, kako hitro se telo vrti ali upočasni svoje vrtenje. Vrednost α je tangencialni pospešek, to pomeni, da je usmerjena tangencialno na krog.
Drugi izraz opisuje centripetalni pospešek ac. Če je linearna hitrost vrtenjaostane konstanten (v=const), potem se modul ac ne spremeni, vendar se njegova smer vedno spreminja in teži k temu, da telo usmeri proti središču kroga. Tukaj je r polmer vrtenja telesa.
Težava s prostim padcem telesa
Ugotovili smo, da je to pospešek v fiziki. Zdaj pa pokažimo, kako uporabiti zgornje formule za premočrtno gibanje.
Ena od tipičnih težav v fiziki s pospeševanjem prostega padca. Ta vrednost predstavlja pospešek, ki ga gravitacijska sila našega planeta daje vsem telesom, ki imajo končno maso. V fiziki je pospešek prostega padca blizu površine Zemlje 9,81 m/s2.
Predpostavimo, da je bilo neko telo na višini 20 metrov. Nato so ga izpustili. Koliko časa bo trajalo, da dosežemo površje zemlje?
Ker je začetna hitrost v0 enaka nič, lahko za prevoženo razdaljo (višina h) zapišemo enačbo:
h=gt2 / 2
Od koder dobimo jesenski čas:
t=√(2h / g)
Če zamenjamo podatke iz pogoja, ugotovimo, da bo telo na tleh v 2,02 sekunde. V resnici bo ta čas nekoliko daljši zaradi prisotnosti zračnega upora.
