La velocidad y la aceleración son dos conceptos fundamentales en mecánica, o física del movimiento, y están relacionados. Si mide la velocidad de un objeto mientras registra el tiempo, vuelva a medirlo un poco más tarde, también mientras registrando el tiempo, puede encontrar la aceleración, que es la diferencia en esas velocidades dividida por el tiempo intervalo. Esa es la idea básica, aunque en algunos problemas, es posible que deba derivar velocidades de otros datos.
Hay otra forma de calcular la aceleración según las leyes de Newton. Según la primera ley, un cuerpo permanece en un estado de movimiento uniforme a menos que una fuerza actúe sobre él, y la segunda ley expresa la relación matemática entre la magnitud de la fuerza (F) y la aceleración (a) un cuerpo de masametroexperiencias debido a esa fuerza. La relación esF = mamá. Si conoce la magnitud de una fuerza que actúa sobre un cuerpo y conoce la masa del cuerpo, puede calcular inmediatamente la aceleración que experimenta.
La ecuación de aceleración promedio
Piense en un automóvil en una carretera. Si desea saber qué tan rápido va y el velocímetro no funciona, elija dos puntos en su camino,X1 yX2, y miras tu reloj mientras el coche pasa por cada punto. La velocidad promedio del automóvil es la distancia entre los dos puntos dividida por el tiempo que tarda el automóvil en rebasar a ambos. Si la hora del reloj a lasX1 est1, y la hora enX2 est2, la velocidad del coches) es:
s = \ frac {\ Delta x} {\ Delta t} = \ frac {x_2-x_1} {t_2-t_1}
Ahora suponga que el velocímetro del automóvil está funcionando y registra dos velocidades diferentes en puntosX1 yX2. Dado que las velocidades son diferentes, el automóvil tuvo que estar acelerando. La aceleración se define como el cambio de velocidad durante un intervalo de tiempo particular. Puede ser un número negativo, lo que significaría que el automóvil estaba desacelerando. Si la velocidad instantánea registrada por el velocímetro en el momentot1 ess1y la velocidad en el momentot2 ess2, la aceleración (a) entre puntosX1 yX2 es:
a = \ frac {\ Delta s} {\ Delta t} = \ frac {s_2-s_1} {t_2-t_1}
Estas ecuaciones de aceleración promedio le dicen que si mide la velocidad en un momento determinado y medirlo de nuevo en otro momento, la aceleración es el cambio de velocidad dividido por el tiempo intervalo. Las unidades de velocidad en el sistema SI son metros / segundo (m / s), y las unidades de aceleración son metros / segundo / segundo (m / s / s) que generalmente se escribe m / s2. En el sistema imperial, las unidades de aceleración preferidas son pies / segundo / segundo o pies / s2.
Ejemplo: Un avión vuela a 100 millas por hora justo después del despegue y alcanza su altitud de crucero 30 minutos más tarde, cuando vuela a 500 millas por hora. ¿Cuál fue su aceleración promedio mientras ascendía a su altitud de crucero?
Podemos usar la fórmula de aceleración derivada anteriormente. La diferencia de velocidad (∆s) es de 400 mph y el tiempo es de 30 minutos, que es de 0,5 horas. La aceleración es entonces
a = \ frac {400} {0.5} = 800 \ text {millas por hora} ^ 2
La segunda ley de Newton proporciona una calculadora de aceleración
La ecuación que expresa la segunda ley de Newton,F = mamá, es uno de los más útiles en física y sirve como fórmula de aceleración. La unidad de fuerza en el sistema SI es el Newton (N), llamado así por el propio Sir Isaac. Un Newton es la fuerza requerida para dar a una masa de 1 kilogramo una aceleración de 1 m / s2. En el sistema imperial, la unidad de fuerza es la libra. El peso también se mide en libras, por lo que para diferenciar la masa de la fuerza, las unidades de fuerza se denominan libras-fuerza (lbf).
Puede reorganizar la ecuación de Newton para resolver la aceleración dividiendo ambos lados pormetro. Usted obtiene:
a = \ frac {F} {m}
Utilice esta expresión como calculadora de aceleración cuando sepa la masa y la magnitud de la fuerza aplicada.
Ejemplo:Un objeto con una masa de 8 kg. experimenta una fuerza de 20 Newtons. ¿Qué aceleración promedio experimenta?
a = \ frac {F} {m} = \ frac {20} {8} = 2.5 \ text {m / s} ^ 2
Ejemplo: Un automóvil de 2,000 libras experimenta una fuerza de 1,000 libras-fuerza. ¿Cuál es su aceleración?
El peso no es lo mismo que la masa, por lo que para obtener la masa del automóvil, debe dividir su peso por la aceleración debida a la gravedad, con 32 pies / s2. La respuesta es 62,5 babosas (las babosas son la unidad de masa en el sistema imperial). Ahora puedes calcular la aceleración:
a = \ frac {F} {m} = \ frac {1000} {62.5} = 16 \ text {ft / s} ^ 2