Движение - это основное состояние окружающей нас материи. Ускорение является важной кинематической характеристикой любого вида механического движения. В данной статье рассмотрим, что собой представляет эта физическая величина и по какой формуле среднее ускорение вычисляется.
Откуда появляется ускорение у тел?
Прежде чем записывать и объяснять формулу среднего ускорения, рассмотрим, откуда оно появляется у тел во время их движения и что эта величина собой представляет.
Вам будет интересно:«Ерничать» — это о провокационном поведении
Первый закон Ньютона гласит, что тело не меняет своей прямолинейной траектории движения и своей скорости, если на него не действуют никакие внешние силы. Что происходит, если эти силы начинают действовать? На этот вопрос можно ответить, если вспомнить второй ньютоновский закон. Запишем его в привычной для нас форме:
F¯ = m*a¯
Действие силы F¯ на тело, имеющее массу m, приводит к появлению у него ускорения a¯. Последняя величина является векторной и направлена в сторону действующей силы. Согласно этому выражению, ускорение не связано со скоростью тела v¯, однако оно связано с изменением этой скорости.
Скорость и формула среднего ускорения в физике
Записанная выше формула определяет динамику движения тел. В данном пункте расскажем о его кинематике. В соответствии с определением в физике, ускорение - это величина, показывающая, насколько быстро изменяется скорость. Причем изменение учитывается не только модуля, но и вектора скорости. Формула для мгновенного ускорения записывается так:
a¯ = dv¯/dt.
Если известна зависимость скорости от времени, то, взяв ее первую производную, мы получим выражение зависимости ускорения от времени, то есть в любой момент сможем рассчитать численное значение величины a¯.
Мгновенное ускорение не имеет большого практического значения, поскольку на практике важны глобальные перемещения тел в пространстве, а не их локальные кинематические характеристики в данной точке траектории. Поэтому используют для описания процесса движения средние величины. Среднее ускорение показывает, как изменилась скорость за рассматриваемый промежуток времени Δt. Формула среднего ускорения имеет вид:
acp¯ = (v2¯-v1¯)/Δt или
acp¯ = Δv¯/Δt, где Δv¯ = v2¯-v1¯
Здесь v2¯, v1¯ - скорости в конечный и начальный моменты времени. Например, для равномерного движения по прямой вектор скорости не изменяется, это означает, что среднее ускорение будет равно нулю. С другой стороны, для равномерного вращения модуль скорости сохраняется, однако его вектор постоянно изменяется. Последнее приводит к появлению некоторого среднего ускорения, которое называется центростремительным.
Свободное падение и ускорение
Каждый знает, что благодаря существованию силы тяжести все предметы на нашей планете падают на ее поверхность, если их подбросить. Во время свободного падения тел планета сообщает всем им постоянное ускорение свободного падения. Для его определения следует с высоты h сбросить тело некоторой массы и измерить время t, за которое тело упадет на поверхность земли. Формула среднего ускорения свободного падения g имеет вид:
g = 2*h/t2
Величина g изменяется на несколько процентов при движении вдоль поверхности планеты, поскольку она зависит от расстояния до центра Земли, а также от локальных характеристик земной коры. Кроме того, его значение уменьшается с увеличением высоты.