La vitesse et l'accélération sont deux concepts fondamentaux en mécanique, ou physique du mouvement, et ils sont liés. Si vous mesurez la vitesse d'un objet pendant que vous enregistrez le temps, mesurez-la à nouveau un peu plus tard, également pendant en enregistrant le temps, vous pouvez trouver l'accélération, qui est la différence entre ces vitesses divisée par le temps intervalle. C'est l'idée de base, même si dans certains problèmes, vous devrez peut-être dériver des vitesses à partir d'autres données.
Il existe une autre façon de calculer l'accélération basée sur les lois de Newton. Selon la première loi, un corps reste dans un état de mouvement uniforme à moins qu'il ne soit soumis à une force, et la seconde loi exprime la relation mathématique entre la grandeur de la force (F) et l'accélération (une) un corps de massemexpériences à cause de cette force. La relation estF = ma. Si vous connaissez l'ampleur d'une force agissant sur un corps et que vous connaissez la masse du corps, vous pouvez immédiatement calculer l'accélération qu'il subit.
L'équation d'accélération moyenne
Pensez à une voiture sur une autoroute. Si vous voulez savoir à quelle vitesse il va et que le compteur de vitesse ne fonctionne pas, vous choisissez deux points sur sa trajectoire,X1 etX2, et vous regardez votre horloge pendant que la voiture passe chaque point. La vitesse moyenne de la voiture est la distance entre les deux points divisé par le temps qu'il faut à la voiture pour les passer tous les deux. Si l'heure de l'horloge àX1 estt1, et l'heure àX2 estt2, la vitesse de la voiture (s) est:
s=\frac{\Delta x}{\Delta t}=\frac{x_2-x_1}{t_2-t_1}
Supposons maintenant que le compteur de vitesse de la voiture fonctionne et qu'il enregistre deux vitesses différentes à des pointsX1 etX2. Les vitesses étant différentes, la voiture devait accélérer. L'accélération est définie comme le changement de vitesse sur un intervalle de temps particulier. Il peut s'agir d'un nombre négatif, ce qui signifierait que la voiture ralentissait. Si la vitesse instantanée enregistrée par le compteur de vitesse au momentt1 ests1, et la vitesse au tempst2 ests2, l'accélération (une) entre les pointsX1 etX2 est:
a=\frac{\Delta s}{\Delta t}=\frac{s_2-s_1}{t_2-t_1}
Cette équation d'accélération moyenne vous indique que si vous mesurez la vitesse à un certain moment et mesurer à nouveau à un autre moment, l'accélération est le changement de vitesse divisé par le temps intervalle. Les unités de vitesse dans le système SI sont les mètres/seconde (m/s), et les unités d'accélération sont les mètres/seconde/seconde (m/s/s) qui s'écrit généralement m/s2. Dans le système impérial, les unités d'accélération préférées sont les pieds/seconde/seconde ou les pieds/s2.
Exemple: Un avion vole à 100 milles à l'heure juste après le décollage, et il atteint son altitude de croisière 30 minutes plus tard, alors qu'il vole à 500 milles à l'heure. Quelle a été son accélération moyenne lorsqu'il a atteint son altitude de croisière ?
Nous pouvons utiliser la formule d'accélération dérivée ci-dessus. La différence de vitesse (∆s) est de 400 mph et le temps est de 30 minutes, soit 0,5 heure. L'accélération est alors
a=\frac{400}{0.5}=800\text{ miles par heure}^2
La deuxième loi de Newton fournit un calculateur d'accélération
L'équation qui exprime la deuxième loi de Newton,F = ma, est l'une des plus utiles en physique et sert de formule d'accélération. L'unité de force dans le système SI est le Newton (N), du nom de Sir Isaac lui-même. Un Newton est la force nécessaire pour donner à une masse de 1 kilogramme une accélération de 1 m/s2. Dans le système impérial, l'unité de force est la livre. Le poids est également mesuré en livres, donc pour différencier la masse de la force, les unités de force sont appelées livres-force (lbf).
Vous pouvez réorganiser l'équation de Newton pour résoudre l'accélération en divisant les deux côtés parm. Vous obtenez:
a=\frac{F}{m}
Utilisez cette expression comme calculateur d'accélération lorsque vous connaissez la masse et l'amplitude de la force appliquée.
Exemple:Un objet d'une masse de 8 kg. subit une force de 20 Newtons. Quelle accélération moyenne subit-il ?
a=\frac{F}{m}=\frac{20}{8}=2.5\text{ m/s}^2
Exemple: Une voiture de 2 000 livres subit une force de 1 000 livres-force. Quelle est son accélération ?
Le poids n'est pas la même chose que la masse, donc pour obtenir la masse de la voiture, vous devez diviser son poids par l'accélération due à la gravité, soit 32 ft/s2. La réponse est 62,5 limaces (les limaces sont l'unité de masse dans le système impérial). Vous pouvez maintenant calculer l'accélération :
a=\frac{F}{m}=\frac{1000}{62.5}=16\text{ ft/s}^2