מהירות ותאוצה הם שני מושגים בסיסיים במכניקה, או בפיזיקה של תנועה, והם קשורים זה לזה. אם אתה מודד את המהירות של אובייקט בזמן שאתה מקליט את הזמן, ואז מודד אותו שוב מעט מאוחר יותר, גם בזמן רישום הזמן, אתה יכול למצוא תאוצה, וזה ההבדל במהירויות האלה חלקי הזמן הַפסָקָה. זה הרעיון הבסיסי, אם כי בחלק מהבעיות ייתכן שיהיה עליך להפיק מהירויות מנתונים אחרים.
יש דרך אחרת לחשב תאוצה על פי חוקי ניוטון. על פי החוק הראשון, גוף נותר במצב של תנועה אחידה אלא אם כן פועל על ידי כוח, והחוק השני מבטא את הקשר המתמטי בין גודל הכוח (F) והתאוצה (אגוף מסהMחוויות בגלל הכוח הזה. היחסים הםF = אִמָא. אם אתה יודע את גודל הכוח הפועל על גוף, ואתה יודע את מסת הגוף, אתה יכול לחשב מיד את התאוצה שהוא חווה.
משוואת התאוצה הממוצעת
תחשוב על מכונית על כביש מהיר. אם אתה רוצה לדעת כמה מהר זה הולך, ומד המהירות לא עובד, אתה בוחר שתי נקודות בדרכו,איקס1 ואיקס2, ואתה מסתכל בשעון שלך כשהמכונית עוברת כל נקודה. המהירות הממוצעת של המכונית היא המרחק בין שתי הנקודות חלקי הזמן שלוקח לרכב לעבור את שתיהן. אם השעה בשעון בשעהאיקס1 הואt1, והשעה בשעהאיקס2 הואt2, מהירות המכונית (ס) הוא:
s = \ frac {\ Delta x} {\ Delta t} = \ frac {x_2-x_1} {t_2-t_1}
עכשיו נניח שמד המהירות של המכונית פועל והוא רושם שתי מהירויות שונות בנקודותאיקס1 ואיקס2. מכיוון שהמהירויות שונות, המכונית נאלצה להאיץ. האצה מוגדרת כשינוי המהירות על פני מרווח זמן מסוים. זה יכול להיות מספר שלילי, מה שאומר שהמכונית מאטה. אם המהירות המיידית כפי שתועדה על ידי מד המהירות בזמןt1 הואס1, והמהירות בזמןt2 הואס2, התאוצה (א) בין נקודותאיקס1 ואיקס2 הוא:
a = \ frac {\ Delta s} {\ Delta t} = \ frac {s_2-s_1} {t_2-t_1}
משוואות תאוצה ממוצעות זו אומרות לך שאם אתה מודד את המהירות בזמן מסוים ו למדוד את זה שוב בפעם אחרת, התאוצה היא שינוי המהירות חלקי הזמן הַפסָקָה. יחידות המהירות במערכת SI הן מטרים / שנייה (m / s), ויחידות התאוצה הן מטרים / שנייה / שנייה (m / s / s) שלרוב כותבים m / s2. במערכת האימפריאלית יחידות התאוצה המועדפות הם רגליים / שנייה / שנייה, או רגל / שנייה2.
דוגמא: מטוס טס 100 מייל לשעה ממש לאחר ההמראה, והוא מגיע לגובה הפלגה כעבור 30 דקות, כשהוא טס 500 מייל לשעה. מה הייתה התאוצה הממוצעת שלו כשטיפס לגובה השייט שלה?
אנו יכולים להשתמש בנוסחת ההאצה הנגזרת לעיל. ההבדל במהירות (∆ס) הוא 400 קמ"ש, והזמן הוא 30 דקות, כלומר 0.5 שעות. התאוצה היא אז
a = \ frac {400} {0.5} = 800 \ text {מייל לשעה} ^ 2
החוק השני של ניוטון מספק מחשבון תאוצה
המשוואה המבטאת את החוק השני של ניוטון,F = אִמָא, הוא אחד השימושיים ביותר בפיזיקה ומשמש כנוסחת תאוצה. יחידת הכוח במערכת SI היא הניוטון (N), על שם סר אייזק עצמו. ניוטון אחד הוא הכוח הנדרש להענקת מסה של 1 קילוגרם האצה של 1 מ / ש2. במערכת הקיסרית, יחידת הכוח היא הלירה. משקל נמדד גם בקילוגרמים, ולכן כדי להבדיל את המסה מהכוח, יחידות כוח נקראות קילוגרמים (lbf).
אתה יכול לסדר מחדש את המשוואה של ניוטון כדי לפתור תאוצה על ידי חלוקת שני הצדדיםM. אתה מקבל:
a = \ frac {F} {m}
השתמש בביטוי זה כמחשבון תאוצה כאשר אתה יודע את המסה ואת גודל הכוח המופעל.
דוגמא:חפץ בעל מסה של 8 ק"ג. חווה כוח של 20 ניוטון. איזו תאוצה ממוצעת היא חווה?
a = \ frac {F} {m} = \ frac {20} {8} = 2.5 \ text {m / s} ^ 2
דוגמא: מכונית של 2,000 קילו חווה כוח של 1,000 קילוגרם כוח. מהי התאוצה שלו?
המשקל אינו זהה למסה, לכן כדי לקבל את מסת המכונית, עליכם לחלק את משקלו בתאוצה עקב כוח המשיכה, עם 32 ft / s2. התשובה היא 62.5 שבלולים (שבלולים הם היחידה למסה במערכת הקיסרית). עכשיו אתה יכול לחשב תאוצה:
a = \ frac {F} {m} = \ frac {1000} {62.5} = 16 \ text {ft / s} ^ 2