Die beweging van liggame in die ruimte word beskryf deur 'n stel kenmerke, waaronder die belangrikste is die afstand afgelê, spoed en versnelling. Laasgenoemde eienskap bepaal grootliks die eienaardigheid en tipe van die beweging self. In hierdie artikel sal ons die vraag oorweeg wat versnelling in fisika is, en ons sal 'n voorbeeld gee van die oplossing van 'n probleem deur hierdie waarde te gebruik.
Die hoofvergelyking van dinamika
Voordat ons versnelling in fisika definieer, kom ons gee die hoofvergelyking van dinamika, wat Newton se tweede wet genoem word. Dit word dikwels soos volg geskryf:
F¯dt=dp¯
Dit wil sê, die krag F¯, met 'n eksterne karakter, het 'n effek op 'n sekere liggaam gedurende die tyd dt gehad, wat gelei het tot 'n verandering in die momentum deur die waarde dp¯. Die linkerkant van die vergelyking word gewoonlik die momentum van die liggaam genoem. Let daarop dat die hoeveelhede F¯ en dp¯ vektor van aard is, en die vektore wat daarmee ooreenstem, is gerigdieselfde.
Elke student ken die formule vir die momentum, dit word soos volg geskryf:
p¯=mv¯
Die p¯-waarde kenmerk die kinetiese energie wat in die liggaam gestoor word (snelheidsfaktor v¯), wat afhang van die traagheidseienskappe van die liggaam (massafaktor m).
As ons hierdie uitdrukking in die formule van Newton se 2de wet vervang, kry ons die volgende gelykheid:
F¯dt=mdv¯;
F¯=mdv¯ / dt;
F¯=ma¯, waar a¯=dv¯ / dt.
Die invoerwaarde a¯ word versnelling genoem.
Wat is versnelling in fisika?
Kom ons verduidelik nou wat die waarde a¯ wat in die vorige paragraaf bekendgestel is, beteken. Kom ons skryf weer sy wiskundige definisie neer:
a¯=dv¯ / dt
Deur die formule te gebruik, kan 'n mens maklik verstaan dat dit versnelling in fisika is. Die fisiese hoeveelheid a¯ wys hoe vinnig die spoed met tyd sal verander, dit wil sê, dit is 'n maatstaf van die tempo van verandering van die spoed self. Byvoorbeeld, in ooreenstemming met Newton se wet, as 'n krag van 1 Newton op 'n liggaam inwerk wat 1 kilogram weeg, sal dit 'n versnelling van 1 m/s2 verkry, dit wil sê vir elke sekonde van beweging sal die liggaam sy spoed met 1 meter per sekonde verhoog.
Versnelling en spoed
In fisika is dit twee verskillende groothede wat met mekaar verbind is deur kinematiese bewegingsvergelykings. Beide hoeveelhede isvektor, maar in die algemene geval is hulle anders gerig. Versnelling word altyd in die rigting van die werkende krag gerig. Die spoed word langs die baan van die liggaam gerig. Die vektore van versnelling en snelheid sal slegs met mekaar saamval wanneer die eksterne krag in die aksierigting saamval met die beweging van die liggaam.
Anders as spoed, kan versnelling negatief wees. Laasgenoemde feit beteken dat dit teen die beweging van die liggaam gerig is en geneig is om sy spoed te verminder, dit wil sê die proses van vertraging vind plaas.
Die algemene formule wat die modules van spoed en versnelling in verband bring, lyk soos volg:
v=v0+ at
Dit is een van die basiese vergelykings van reglynige eenvormig versnelde beweging van liggame. Dit wys dat die spoed met verloop van tyd lineêr toeneem. As die beweging ewe stadig is, moet 'n minus voor die term at gestel word. Die waarde v0hier is 'n bietjie beginspoed.
Met eenvormig versnelde (ekwivalent stadige) beweging is die formule ook geldig:
a¯=Δv¯ / Δt
Dit verskil van 'n soortgelyke uitdrukking in differensiaalvorm deurdat die versnelling hier oor 'n eindige tydinterval Δt bereken word. Hierdie versnelling word die gemiddelde oor die gemerkte tydperk genoem.
Pad en versnelling
As die liggaam eenvormig en in 'n reguit lyn beweeg, dan kan die pad wat daardeur gereis word in tyd t soos volg bereken word:
S=vt
As v ≠ const, dan moet versnelling in ag geneem word wanneer die afstand wat deur die liggaam afgelê word bereken word. Die ooreenstemmende formule is:
S=v0 t + at2 / 2
Hierdie vergelyking beskryf eenvormig versnelde beweging (vir eenvormige stadige beweging, moet die "+"-teken deur die "-"-teken vervang word).
Sirkulêre beweging en versnelling
Daar is hierbo gesê dat versnelling in fisika 'n vektorhoeveelheid is, dit wil sê, die verandering daarvan is moontlik in beide rigting en in absolute waarde. In die geval van die beskoude reglynige versnelde beweging, bly die rigting van die vektor a¯ en sy modulus onveranderd. As die module begin verander, sal so 'n beweging nie meer eenvormig versnel word nie, maar reglynig bly. As die rigting van die vektor a¯ begin verander, sal die beweging kromlynig word. Een van die mees algemene tipes sulke bewegings is die beweging van 'n materiële punt langs 'n sirkel.
Twee formules is geldig vir hierdie tipe beweging:
α¯=dω¯ / dt;
ac=v2 / r
Die eerste uitdrukking is die hoekversnelling. Die fisiese betekenis daarvan lê in die tempo van verandering van die hoeksnelheid. Met ander woorde, α wys hoe vinnig die liggaam opdraai of sy rotasie vertraag. Die waarde α is 'n tangensiële versnelling, dit wil sê, dit is tangensiaal na die sirkel gerig.
Die tweede uitdrukking beskryf die sentripetale versnelling ac. As die lineêre rotasie spoedkonstant bly (v=const), dan verander die module ac nie, maar sy rigting verander altyd en is geneig om die liggaam na die middel van die sirkel te rig. Hier is r die rotasieradius van die liggaam.
Probleem met vrye val van 'n liggaam
Ons het uitgevind dat dit versnelling in fisika is. Kom ons wys nou hoe om die bogenoemde formules vir reglynige beweging te gebruik.
Een van die tipiese probleme in fisika met vryvalversnelling. Hierdie waarde verteenwoordig die versnelling wat die gravitasiekrag van ons planeet verleen aan alle liggame wat 'n eindige massa het. In fisika is die vryvalversnelling naby die oppervlak van die Aarde 9,81 m/s2.
Veronderstel dat die een of ander liggaam op 'n hoogte van 20 meter was. Toe is hy vrygelaat. Hoe lank sal dit neem om die oppervlak van die aarde te bereik?
Aangesien die aanvanklike spoed v0 gelyk aan nul is, kan ons vir die afstand afgelê (hoogte h) die vergelyking skryf:
h=gt2 / 2
Vanwaar ons die herfstyd kry:
t=√(2h/g)
Deur die data van die toestand te vervang, vind ons dat die liggaam binne 2,02 sekondes op die grond sal wees. In werklikheid sal hierdie tyd effens langer wees as gevolg van die teenwoordigheid van lugweerstand.
