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, atunci măsurați-l din nou puțin mai târziu, tot în timp ce înregistrând timpul, puteți găsi accelerația, care este diferența dintre acele viteze împărțite la timp interval. Aceasta este ideea de bază, deși, în unele probleme, este posibil să trebuiască să obțineți viteze din alte date.
Există o altă modalitate de a calcula accelerația pe baza legilor lui 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 masămexperiențe din cauza acelei forțe. Relația esteF = ma. Dacă cunoașteți magnitudinea unei forțe care acționează asupra unui corp și cunoașteți masa corpului, puteți calcula imediat accelerația pe care o experimentează.
Ecuația de accelerație medie
Gândește-te la o mașină pe o autostradă. Dacă doriți să știți cât de repede merge și vitezometrul nu funcționează, alegeți două puncte pe drumul său,
X1 șiX2, și te uiți la ceas în timp ce mașina trece de fiecare punct. Viteza medie a mașinii este distanța dintre cele două puncte împărțită la timpul necesar mașinii pentru a le trece pe amândouă. Dacă ora de pe ceas laX1 estet1, și ora laX2 estet2, viteza mașinii (s) este:s = \ frac {\ Delta x} {\ Delta t} = \ frac {x_2-x_1} {t_2-t_1}
Acum, să presupunem că vitezometrul mașinii funcționează și înregistrează două viteze diferite în puncteX1 șiX2. Deoarece viteza este diferită, mașina trebuia să accelereze. Accelerarea este definită ca schimbarea vitezei pe un anumit interval de timp. Poate fi un număr negativ, ceea ce ar însemna că mașina a decelerat. Dacă viteza instantanee înregistrată de vitezometru la timpt1 estes1, și viteza la timpt2 estes2, accelerația (A) între puncteX1 șiX2 este:
a = \ frac {\ Delta s} {\ Delta t} = \ frac {s_2-s_1} {t_2-t_1}
Această ecuație medie de accelerație vă spune că dacă măsurați viteza la un anumit moment și măsurați-l din nou la altă oră, accelerația este schimbarea vitezei împărțită la timp interval. Unitățile de viteză din sistemul SI sunt metri / secundă (m / s), iar unitățile de accelerație sunt metri / secundă / secundă (m / s / s), care este de obicei scrisă 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 sa 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 și timpul este de 30 de minute, adică 0,5 ore. Accelerația este atunci
a = \ frac {400} {0.5} = 800 \ text {mile pe oră} ^ 2
A doua lege a lui Newton oferă un calculator de accelerare
Ecuația care exprimă a doua lege a lui Newton,F = ma, este unul dintre cele mai utile în fizică și servește ca formulă de accelerație. Unitatea de forță din sistemul SI este Newton (N), numit după însuși Sir Isaac. Un Newton este forța necesară pentru a da unei mase de 1 kilogram o accelerație de 1 m / s2. În sistemul imperial, unitatea de forță este lira. Greutatea este, de asemenea, măsurată în kilograme, deci pentru a diferenția masa de forță, unitățile de forță sunt numite kilograme-forță (lbf).
Puteți rearanja ecuația lui Newton pentru a rezolva accelerația împărțind ambele părți lam. Primesti:
a = \ frac {F} {m}
Folosiți această expresie ca calculator de accelerație atunci când cunoașteți masa și magnitudinea forței aplicate.
Exemplu:Un obiect cu o masă de 8 kg. experimentează o forță de 20 Newtoni. Ce accelerație medie experimentează?
a = \ frac {F} {m} = \ frac {20} {8} = 2,5 \ text {m / s} ^ 2
Exemplu: O mașină de 2.000 de lire sterline are o forță de 1.000 de lire sterline. Care este accelerarea sa?
Greutatea nu este aceeași cu masa, deci pentru a obține masa mașinii, trebuie să împărțiți greutatea acesteia la accelerația datorată gravitației, cu 32 de ft / s2. Răspunsul este 62,5 melci (melcii sunt unitatea pentru masă în sistemul imperial). Acum puteți calcula accelerația:
a = \ frac {F} {m} = \ frac {1000} {62.5} = 16 \ text {ft / s} ^ 2