Περιεχόμενο
Η γραμμική επιτάχυνση είναι ο ρυθμός μεταβολής της ταχύτητας, κατά τη διάρκεια μιας δεδομένης χρονικής περιόδου, ενός αντικειμένου που κινείται προς μία κατεύθυνση. Αυτή είναι μια πολύ βασική ιδέα στη φυσική και αποτελεί μέρος της κλασσικής μηχανικής - του συγκεκριμένου πεδίου της φυσικής που ασχολείται με τους νόμους της κίνησης των μη ατομικών αντικειμένων (η κίνηση και η συμπεριφορά των ατομικών σωματιδίων περιγράφονται στην κβαντική μηχανική). Το πιο απλό παράδειγμα καθημερινής γραμμικής επιτάχυνσης είναι ένα αυτοκίνητο που επιταχύνει συνεχώς κατά μήκος ενός ευθύγραμμου δρόμου.
Όροι και έννοιες
Η ταχύτητα ορίζεται ως ο ρυθμός μεταβολής της θέσης ενός κινούμενου αντικειμένου σε μια χρονική περίοδο. Στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI), μετράται σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο ή m / s. "Μετρητές" περιγράφει τη μεταβολή της θέσης ή της απόστασης και "δευτερόλεπτα" είναι η μονάδα χρόνου. Ένα κινούμενο αντικείμενο που καλύπτει τη μεγαλύτερη απόσταση για κάθε μονάδα χρόνου κινείται γρηγορότερα ή έχει υψηλότερη ταχύτητα. Ένα κινούμενο αντικείμενο λέγεται ότι επιταχύνεται όταν αλλάζει η ταχύτητά του. Η επιτάχυνση μετράται σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο τετράγωνο ή m / s². Έτσι, ένα αυτοκίνητο που επιταχύνεται στα 15 m / s² αυξάνει την ταχύτητά του με ρυθμό 15 μέτρα ανά δευτερόλεπτο κάθε δευτερόλεπτο που κινείται.
Παρανοήσεις
Στη συνηθισμένη καθημερινή γλώσσα χρησιμοποιούμε συχνά τις λέξεις ταχύτητα και ταχύτητα αδιάφορα. Αλλά στη φυσική, η ταχύτητα ταξινομείται ως διανυσματική ποσότητα, ενώ η ταχύτητα είναι μια κλιμακωτή ποσότητα. Η διαφορά είναι ότι μια ποσότητα φορέα περιλαμβάνει μια περιγραφή της κατεύθυνσης. Συνεπώς, το "10 m / s North" είναι ένα μέτρο ταχύτητας, ενώ το "10 m / s" είναι ένα μέτρο ταχύτητας. Επίσης, η επιτάχυνση είναι μια διανυσματική ποσότητα και, σε γραμμική επιτάχυνση, το αντικείμενο πρέπει να κινείται ενώ κινείται σε μία μόνο κατεύθυνση.
Επίσης, η επιτάχυνση καθώς χρησιμοποιείται στη φυσική δεν σημαίνει απαραίτητα αύξηση της ταχύτητας. Ο ορισμός του "ρυθμού αλλαγής" περιλαμβάνει επίσης μείωση της ποσότητας. Στη συνέχεια, η επιτάχυνση μπορεί να είναι αρνητικός αριθμός. Η μέτρηση "-10 m / s²" σημαίνει ότι το κινούμενο αντικείμενο επιβραδύνεται στα 10 m / s για κάθε δευτερόλεπτο.
Υπολογισμός
Η έννοια της επιτάχυνσης είναι μέρος του δεύτερου νόμου κίνησης του Νεύτωνα, που λέει ότι η δύναμη που ενεργεί πάνω σε ένα αντικείμενο είναι ίση με τη μάζα του πολλαπλασιασμένη με την επιτάχυνσή του. Εκφράζεται στην εξίσωση F = m. α; όπου το "F" είναι το σύμβολο της δύναμης, το "m" για τη μάζα και το "a" για την επιτάχυνση. Εάν η δύναμη που ασκείται σε ένα αντικείμενο και η μάζα του είναι γνωστές, η επιτάχυνση του μπορεί να προσδιοριστεί διαιρώντας τη δύναμη με τη μάζα: a = F / m.
Ένας άλλος τρόπος για να υπολογίσουμε την επιτάχυνση είναι να πάρουμε τη διαφορά στην ταχύτητα και να διαιρούμε με τη διαφορά ώρας: a = dv / dt, όπου "dv" είναι η διαφορά στην ταχύτητα "(v2 - v1) Για παράδειγμα, αν ένα αυτοκίνητο σε κατάσταση ηρεμίας αρχίζει να κινείται και φτάνει την ταχύτητα των 20 m / s σε 10 δευτερόλεπτα, τότε η επιτάχυνση θα είναι 2 m / s² (20 μέτρα ανά δευτερόλεπτο - 0 μέτρα ανά δευτερόλεπτο / 10 δευτερόλεπτα - 0 δευτερόλεπτα).
Κυκλική κίνηση
Η γραμμική επιτάχυνση ισχύει μόνο στο πλαίσιο της γραμμικής κίνησης, η οποία είναι κίνηση κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής. Αλλά τα αντικείμενα μπορούν επίσης να κινηθούν και να επιταχυνθούν με άλλους τρόπους. Επειδή η επιτάχυνση μετρά τις μεταβολές στην ταχύτητα και η ταχύτητα περιλαμβάνει την κατεύθυνση, μια αλλαγή στην κατεύθυνση ονομάζεται επίσης επιτάχυνση. Για παράδειγμα, εάν ένα αυτοκίνητο που κινείται συνεχώς στα 20 m / s σε ένα ίσιο δρόμο ξαφνικά μπαίνει σε μια καμπύλη, αυτό το αυτοκίνητο επιταχύνεται καθώς κινείται κατά μήκος της καμπύλης, ακόμα κι αν η ταχύτητά του δεν αλλάξει. Η επιτάχυνση που αισθάνεται ο οδηγός ονομάζεται "κυκλική επιτάχυνση".
Εφαρμογή
Ως μέρος ενός θεμελιώδους νόμου της φυσικής, η αρχή της γραμμικής επιτάχυνσης χρησιμοποιείται σε πολλούς τομείς, από τη μηχανική έως την αστρονομία. Ένα αξιοσημείωτο παράδειγμα είναι ένα μηχάνημα που χρησιμοποιείται από την Εθνική Διοίκηση Διαστήματος και Αεροναυπη- ρίας (NASA), που ονομάζεται Συσκευή Μέτρησης Μέσης Μαζικής Επιτάχυνσης Διαστήματος ή SLAMMD. Αυτό το μηχάνημα χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της μάζας των αστροναυτών στην τροχιά. Η σιωπηρή αρχή του είναι ο δεύτερος νόμος κίνησης του Νεύτωνα, αλλά αυτή τη φορά η μάζα καθορίζεται διαιρώντας τη δύναμη με την επιτάχυνση: m = F / a.