El moviment dels cossos a l'espai es descriu mitjançant un conjunt de característiques, entre les quals les principals són la distància recorreguda, la velocitat i l'acceleració. Aquesta última característica determina en gran mesura la peculiaritat i el tipus del propi moviment. En aquest article, considerarem la qüestió de què és l'acceleració en física i donarem un exemple de resolució d'un problema amb aquest valor.
L'equació principal de la dinàmica
Abans de definir l'acceleració en física, donem l'equació principal de la dinàmica, que s'anomena segona llei de Newton. Sovint s'escriu així:
F¯dt=dp¯
És a dir, la força F¯, de caràcter extern, va tenir un efecte sobre un determinat cos durant el temps dt, fet que va provocar un canvi en l'impuls pel valor dp¯. El costat esquerre de l'equació se sol anomenar impuls del cos. Tingueu en compte que les magnituds F¯ i dp¯ són de naturalesa vectorial, i els vectors corresponents estan dirigits.el mateix.
Cada alumne coneix la fórmula de l'impuls, s'escriu de la següent manera:
p¯=mv¯
El valor p¯ caracteritza l'energia cinètica emmagatzemada al cos (factor de velocitat v¯), que depèn de les propietats inercials del cos (factor de massa m).
Si substituïm aquesta expressió a la fórmula de la segona llei de Newton, obtenim la següent igu altat:
F¯dt=mdv¯;
F¯=mdv¯ / dt;
F¯=ma¯, on a¯=dv¯ / dt.
El valor d'entrada a¯ s'anomena acceleració.
Què és l'acceleració en física?
Ara expliquem què significa el valor a¯ introduït al paràgraf anterior. Escrivim de nou la seva definició matemàtica:
a¯=dv¯ / dt
Usant la fórmula, es pot entendre fàcilment que això és acceleració en física. La magnitud física a¯ mostra la rapidesa amb què canviarà la velocitat amb el temps, és a dir, és una mesura de la velocitat de canvi de la mateixa velocitat. Per exemple, d'acord amb la llei de Newton, si una força d'1 Newton actua sobre un cos que pesa 1 quilogram, llavors adquirirà una acceleració d'1 m / s2, és a dir, per cada segon de moviment, el cos augmentarà la seva velocitat 1 metre per segon.
Acceleració i velocitat
En física, aquestes són dues magnituds diferents que estan interconnectades per equacions cinemàtiques de moviment. Les dues quantitats ho sónvector, però en el cas general estan dirigits de manera diferent. L'acceleració sempre es dirigeix en la direcció de la força d'acció. La velocitat es dirigeix al llarg de la trajectòria del cos. Els vectors de l'acceleració i la velocitat coincidiran entre si només quan la força externa en la direcció de l'acció coincideixi amb el moviment del cos.
A diferència de la velocitat, l'acceleració pot ser negativa. Aquest darrer fet vol dir que es dirigeix contra el moviment del cos i tendeix a reduir-ne la velocitat, és a dir, es produeix el procés de desacceleració.
La fórmula general que relaciona els mòduls de velocitat i acceleració té aquest aspecte:
v=v0+ at
Aquesta és una de les equacions bàsiques del moviment rectilini uniformement accelerat dels cossos. Mostra que amb el temps la velocitat augmenta linealment. Si el moviment és igual de lent, s'ha de posar un menys al davant del terme at. El valor v0 aquí és una mica de velocitat inicial.
Amb un moviment uniformement accelerat (equivalentment lent), la fórmula també és vàlida:
a¯=Δv¯ / Δt
Difereix d'una expressió similar en forma diferencial perquè aquí l'acceleració es calcula en un interval de temps finit Δt. Aquesta acceleració s'anomena mitjana durant el període de temps marcat.
Camí i acceleració
Si el cos es mou uniformement i en línia recta, aleshores el camí recorregut per ell en el temps t es pot calcular de la següent manera:
S=vt
Si v ≠ const, a l'hora de calcular la distància recorreguda pel cos, s'ha de tenir en compte l'acceleració. La fórmula corresponent és:
S=v0 t + at2 / 2
Aquesta equació descriu el moviment uniformement accelerat (per a un moviment uniformement lent, el signe "+" s'ha de substituir pel signe "-").
Moviment circular i acceleració
A d alt es va dir que l'acceleració en física és una magnitud vectorial, és a dir, el seu canvi és possible tant en direcció com en valor absolut. En el cas del moviment accelerat rectilini considerat, la direcció del vector a¯ i el seu mòdul romanen sense canvis. Si el mòdul comença a canviar, aquest moviment ja no s'accelerarà uniformement, sinó que es mantindrà rectilini. Si la direcció del vector a¯ comença a canviar, el moviment esdevindrà curvilini. Un dels tipus més comuns d'aquest moviment és el moviment d'un punt material al llarg d'un cercle.
Dues fórmules són vàlides per a aquest tipus de moviment:
α¯=dω¯ / dt;
ac=v2 / r
La primera expressió és l'acceleració angular. El seu significat físic rau en la velocitat de canvi de la velocitat angular. En altres paraules, α mostra la rapidesa amb què el cos gira cap amunt o alenteix la seva rotació. El valor α és una acceleració tangencial, és a dir, està dirigit tangencialment a la circumferència.
La segona expressió descriu l'acceleració centrípeta ac. Si la velocitat de gir linealroman constant (v=const), aleshores el mòdul ac no canvia, però la seva direcció sempre canvia i tendeix a dirigir el cos cap al centre del cercle. Aquí r és el radi de rotació del cos.
Problema amb la caiguda lliure d'un cos
Vam descobrir que això és acceleració en física. Ara mostrem com utilitzar les fórmules anteriors per al moviment rectilini.
Un dels problemes típics de la física amb l'acceleració de caiguda lliure. Aquest valor representa l'acceleració que la força gravitatòria del nostre planeta imparteix a tots els cossos que tenen una massa finita. En física, l'acceleració de caiguda lliure prop de la superfície de la Terra és de 9,81 m/s2.
Suposem que algun cos es trobava a una alçada de 20 metres. Després va ser alliberat. Quant de temps trigarà a arribar a la superfície de la terra?
Com que la velocitat inicial v0 és igual a zero, per a la distància recorreguda (altura h) podem escriure l'equació:
h=gt2 / 2
D'on obtenim l'hora de tardor:
t=√(2h / g)
Substituint les dades de la condició, trobem que el cos estarà a terra en 2,02 segons. En realitat, aquest temps serà una mica més llarg a causa de la presència de resistència a l'aire.
