Sisu
Kiirus ja kiirendus on mehaanikas ehk liikumisfüüsikas kaks põhimõistet ja nad on omavahel seotud. Kui mõõdate aja registreerimisel objekti kiirust, mõõtke seda uuesti natuke hiljem, ka aja salvestamise ajal, kiirendust, mis on nende kiiruste erinevus, jagatud ajaintervalliga. See on põhiidee, kuigi mõne probleemi korral peate võib-olla tuletama kiiruse muudest andmetest.
Seal on veel üks viis kiirenduse arvutamiseks Newtoni seaduste põhjal. Esimese seaduse kohaselt jääb keha ühtlase liikumise olekusse, kui sellele ei rakendata jõudu, ja teine seadus väljendab matemaatilist suhet jõu suuruse vahel (F) ja kiirendus (a) massikeha m kogemusi selle jõu tõttu. Suhe on F = ma. Kui teate kehale mõjuva jõu suurust ja keha massi, saate kohe arvutada kiirenduse, mida see kogeb.
Keskmine kiirendusvõrrand
Mõelge autole maanteel. Kui soovite teada, kui kiiresti see läheb ja spidomeeter ei tööta, valite teelt kaks punkti, x1 ja x2, ja vaatad oma kella, kui auto igast punktist möödub. Autode keskmine kiirus on kahe punkti vaheline kaugus jagatud ajaga, mis kulub autol mõlemast möödasõitmiseks. Kui kellaajal kell x1 on t1, ja kellaaeg kell x2 on t2, autode kiirus (s) on:
s= ∆x ÷ ∆t = (x2 − x1) ÷ (t2 − t1).
Oletame nüüd, et autode spidomeeter töötab ja see registreerib punktides kahte erinevat kiirust x1 ja x2. Kuna kiirused on erinevad, pidi auto kiirendama. Kiirendus on kiiruse muutus kindla ajavahemiku jooksul. See võib olla negatiivne arv, mis tähendaks, et auto aeglustus. Kui spidomeetri poolt hetkega salvestatud hetkekiirus t1 on s1ja kiirus kellaajal t2 on s2, kiirendus (a) punktide vahel x1 ja x2 on:
a = ∆s ÷ ∆t = (s2 − s1) ÷ (t2 − t1).
Need keskmised kiirendusvõrrandid ütlevad teile, et kui mõõdate kiirust teatud ajahetkel ja mõõdate seda uuesti teisel ajal, siis on kiirendus kiiruse muutus, jagatud ajavahemikuga. Kiiruse ühikud SI-süsteemis on meetrid sekundis (m / s) ja kiirenduse ühikud on meetrid sekundis / sekundis (m / s / s), milleks tavaliselt kirjutatakse m / s2. Keiserlikus süsteemis on kiirenduse eelistatavateks ühikuteks jalad sekundis / sekundis või jalgades sekundis2.
Näide: Lennuk lendab vahetult pärast õhkutõusu 100 miili tunnis ja tõuseb oma püsikiiruse kõrgusele 30 minutit hiljem, kui ta lendab 500 miili tunnis. Milline oli selle keskmine kiirendus, kui ta tõusis oma püsikiiruse kõrgusele?
Saame kasutada ülaltoodud tuletatud kiirendusvalemit. Kiiruse erinevus (∆s) on 400 mph ja aeg on 30 minutit, mis on 0,5 tundi. Kiirendus on siis
a = 400 km / h / 0,5 h = 800 miili / h2.
Newtoni teine seadus pakub kiirenduskalkulaatorit
Võrrand, mis väljendab Newtoni teist seadust, F = ma, on füüsikas üks kasulikumaid ja toimib kiirendusvalemina. Jõusüsteemi ühikuks SI-süsteemis on Newton (N), mis on nimetatud Sir Isaaci enda järgi. Üks njuuton on jõud, mis on vajalik 1-kilogrammise massi kiirenduseks 1 m / s2. Keiserlikus süsteemis on jõuühik nael. Kaalu mõõdetakse ka naeltes, nii et massi eristamiseks jõust nimetatakse jõuühikuid naela-jõuks (lbf).
Kiirenduse lahendamiseks saate Newtoni võrrandit ümber korraldada, jagades mõlemad pooled m. Sa saad:
a = F/m
Kasutage seda väljendit kiirenduskalkulaatorina, kui teate rakendatud jõu massi ja suurust.
Näide: Objekt massiga 8 kg. kogeb jõudu 20 njuutoni. Millist keskmist kiirendust see kogeb?
a = F/m = 20 N / 8 kg = 2,5 m / s2.
Näide: 2000-naelaline auto kogeb jõudu, mis on 1000-naelaline. Mis on selle kiirendus?
Kaal ei ole sama mis mass, nii et autode massi saamiseks tuleb selle kaal jagada raskusjõu kiirendusega, kus on 32 jalga sekundis2. Vastus on 62,5 nälkjat (nälkjad on kehasüsteemi massiühik). Nüüd saate arvutada kiirenduse:
a = F/m = 1000 naela / 62,5 nälkjat = 16 jalga / s2.