Rörelse är en av huvuddragen i den värld vi lever i. Det är känt från fysiken att alla kroppar och partiklarna som de består av hela tiden rör sig i rymden även vid absoluta nolltemperaturer. I den här artikeln kommer vi att betrakta definitionen av acceleration som en viktig kinematisk egenskap hos mekanisk rörelse i fysiken.
Vilken storlek pratar vi om?
Acceleration är enligt definitionen en kvantitet som låter dig kvantitativt beskriva processen att ändra hastighet med tiden. Matematiskt beräknas accelerationen enligt följande:
a¯=dv¯/dt.
Denna formel för att bestämma acceleration beskriver det så kallade momentana värdet a¯. För att beräkna medelaccelerationen bör du ta förhållandet mellan skillnaden i hastigheter till en längre tidsperiod.
Värdet a¯ är en vektor. Om hastigheten är riktad längs tangenten till kroppens betraktade bana, kan accelerationen vararegisserad på ett helt slumpmässigt sätt. Det har ingenting att göra med rörelsens bana och med vektorn v¯. Ändå beror båda namngivna egenskaperna hos rörelse på acceleration. Detta beror på att det i slutändan är accelerationsvektorn som bestämmer kroppens bana och hastighet.
För att förstå vart accelerationen a¯ är riktad bör man skriva ner Newtons andra lag. I den välkända formen ser det ut så här:
F¯=ma¯.
Equality säger att två vektorer (F¯ och a¯) är relaterade till varandra genom en numerisk konstant (m). Det är känt från vektorers egenskaper att multiplikation med ett positivt tal inte ändrar vektorns riktning. Med andra ord, accelerationen är alltid riktad mot verkan av den totala kraften F¯ på kroppen.
Mängden i fråga mäts i meter per kvadratsekund. Till exempel ger jordens gravitationskraft nära dess yta till kropparna en acceleration på 9,81 m/s2, det vill säga hastigheten för en fritt fallande kropp i luftlöst rymd ökar med 9,81 m/s varje sekund.
Konceptet med jämnt accelererad rörelse
Formeln för att bestämma acceleration i det allmänna fallet skrevs ovan. I praktiken är det emellertid ofta nödvändigt att lösa problem för den så kallade likformigt accelererade rörelsen. Det förstås som en sådan rörelse av kroppar där deras tangentiella accelerationskomponent är ett konstant värde. Vi betonar vikten av tangentialens konstantitet, och inte den normala komponenten av acceleration.
Kroppens totala acceleration i processen med kurvlinjär rörelse kan representeras som två komponenter. Den tangentiella komponenten beskriver förändringen i hastighetsmodulen. Normalkomponenten är alltid riktad vinkelrätt mot banan. Den ändrar inte hastighetsmodulen, men den ändrar dess vektor.
Nedan kommer vi att behandla frågan om accelerationskomponenten mer i detalj.
Rörelse accelererad jämnt i en rak linje
Eftersom hastighetsvektorn inte ändras när man rör sig i en rät linje av kroppen, är den normala accelerationen noll. Detta innebär att den totala accelerationen enbart bildas av den tangentiella komponenten. Definitionen av acceleration under likformigt accelererad rörelse utförs enligt följande formler:
a=(v - v0)/t;
a=2S/t2;
a=2(S-v0t)/t2.
Dessa tre ekvationer är de grundläggande uttrycken för kinematik. Här är v0 hastigheten som kroppen hade innan accelerationen. Det kallas initial. Värdet S är den väg som kroppen färdats längs en rak bana under tiden t.
Oavsett värde av tid t vi sätter in i någon av dessa ekvationer, kommer vi alltid att få samma acceleration a, eftersom den inte förändras under den aktuella typen av rörelse.
Snabbsnurr
Att röra sig i en cirkel med acceleration är en ganska vanlig typ av rörelse inom tekniken. För att förstå detta räcker det att komma ihåg axlarnas rotation,skivor, hjul, lager. För att bestämma en kropps acceleration under likformigt accelererad rörelse i en cirkel används ofta inte linjära storheter utan vinkelstorlekar. Vinkelacceleration, till exempel, definieras enligt följande:
α=dω/dt.
Värdet på α uttrycks i radianer för varje sekund i kvadrat. Denna acceleration med den tangentiella komponenten av storheten a är relaterad enligt följande:
α=at/r.
Eftersom α är konstant under likformigt accelererad rotation, ökar den tangentiella accelerationen at i direkt proportion med ökande rotationsradie r.
Om α=0, är det endast normal acceleration som inte är noll under rotation. Denna rörelse kallas dock likformigt variabel eller likformig rotation, inte likformigt accelererad.
