Conţinut
Viteza și accelerația sunt două concepte fundamentale în mecanică sau fizica mișcării și sunt legate. Dacă măsurați viteza unui obiect în timp ce înregistrați timpul, apoi măsurați-l din nou puțin mai târziu, de asemenea, în timp ce înregistrați timpul, puteți găsi accelerație, care este diferența dintre acele viteze împărțite la intervalul de timp. Aceasta este ideea de bază, deși în unele probleme, poate fi necesar să obțineți viteze din alte date.
Există o altă modalitate de a calcula accelerația pe baza legilor Newton. Conform primei legi, un corp rămâne într-o stare de mișcare uniformă, dacă nu este acționat de o forță, iar a doua lege exprimă relația matematică dintre magnitudinea forței (F) și accelerația (A) un corp de masă m experiențe din cauza acestei forțe. Relația este F = ma. Dacă știți amploarea unei forțe care acționează asupra unui corp și știți masa corporală, puteți calcula imediat accelerația pe care o experimentează.
Ecuația medie de accelerare
Gândiți-vă la o mașină pe o autostradă. Dacă doriți să știți cât de repede merge și vitezometrul nu funcționează, alegeți două puncte pe calea sa, X1 și X2, și te uiți la ceasul tău în timp ce mașina trece în fiecare punct. Viteza medie a mașinilor este distanța dintre cele două puncte împărțită la timpul necesar pentru ca mașina să treacă pe amândouă. Dacă ora la ceas la X1 este T1, iar ora la X2 este T2, viteza mașinilor (s) este:
s= ∆X ÷ ∆T = (X2 − X1) ÷ (T2 − T1).
Să presupunem acum că vitezometrul funcționează și înregistrează două viteze diferite în puncte X1 și X2. Deoarece vitezele sunt diferite, mașina trebuia să se accelereze. Accelerația este definită ca schimbarea vitezei într-un anumit interval de timp. Poate fi un număr negativ, ceea ce ar însemna că mașina se decelerează. Dacă viteza instantanee, astfel cum este înregistrată de vitezometru la timp T1 este s1, și viteza la timp T2 este s2, accelerația (A) între puncte X1 și X2 este:
A = ∆s ÷ ∆T = (s2 − s1) ÷ (T2 − T1).
Această ecuație medie de accelerație vă spune că dacă măsurați viteza la un anumit timp și o măsurați din nou în alt moment, accelerația este schimbarea vitezei divizată la intervalul de timp. Unitățile de viteză în sistemul SI sunt metri / secundă (m / s), iar unitățile de accelerație sunt metri / secundă / secundă (m / s / s), care este de obicei scris m / s2. În sistemul imperial, unitățile de accelerație preferate sunt picioare / secundă / secundă sau ft / s2.
Exemplu: Un avion zboară 100 de mile pe oră imediat după decolare și atinge altitudinea de croazieră 30 de minute mai târziu, când zboară 500 de mile pe oră. Care a fost accelerația medie pe măsură ce urca la altitudinea de croazieră?
Putem folosi formula de accelerație derivată mai sus. Diferența de viteză (∆s) este de 400 mph, iar timpul de 30 minute, care este de 0,5 ore. Accelerația este atunci
A = 400 mph / 0,5 h = 800 miles / hr2.
Newtons A doua lege oferă un calculator de accelerare
Ecuația care exprimă legea a doua Newtons, F = ma, este una dintre cele mai utile în fizică și servește ca o formulă de accelerare. Unitatea de forță în sistemul SI este Newton (N), numit după însuși Sir Isaac. Un Newton este forța necesară pentru a da o masă de 1 kilogram o accelerație de 1 m / s2. În sistemul imperial, unitatea de forță este lira. Greutatea este, de asemenea, măsurată în lire, deci pentru a diferenția masa de forță, unitățile de forță se numesc lire-forță (lbf).
Puteți reorganiza ecuația Newtons pentru a rezolva accelerația împărțind ambele părți m. Primesti:
A = F/m
Utilizați această expresie ca un calcul de accelerație când știți masa și amploarea forței aplicate.
Exemplu: Un obiect cu masa de 8 kg. experimentează o forță de 20 Newton. Ce accelerație medie are?
A = F/m = 20 N / 8 kg = 2,5 m / s2.
Exemplu: O mașină de 2.000 de kilograme are o forță de 1.000 de kilograme. Care este accelerația sa?
Greutatea nu este aceeași cu masa, așa că pentru a obține masa mașinilor, trebuie să împărțiți greutatea ei în funcție de accelerația datorată gravitației, cu este de 32 ft / s2. Răspunsul este de 62,5 sluguri (slugurile sunt unitatea pentru masă din sistemul imperial). Acum puteți calcula accelerația:
A = F/m = 1.000 lbf / 62,5 slug = 16 ft / s2.