Рух – це основний стан навколишнього нас матерії. Прискорення є важливою кінематичною характеристикою будь-якого виду механічного руху. У цій статті розглянемо, що собою являє ця фізична величина і за якою формулою обчислюється середнє прискорення.
Звідки з’являється прискорення у тіл?
Перш ніж записувати та пояснювати формулу середнього прискорення, розглянемо, звідки воно з’являється у тіл під час їх руху і що ця величина являє собою.
Перший закон Ньютона говорить, що тіло не змінює своєї прямолінійної траєкторії руху і своєї швидкості, якщо на нього не діють ніякі зовнішні сили. Що відбувається, якщо ці сили починають діяти? На це питання можна відповісти, якщо згадати другий ньютонівський закон. Запишемо його у звичній для нас формі:
F = m*a
Дія сили F на тіло, що має масу m, призводить до появи у нього прискорення a. Остання величина є векторної і направлена у бік діючої сили. Згідно з цим висловом, прискорення не пов’язано зі швидкістю тіла v, проте воно пов’язане зі зміною цієї швидкості.
Швидкість і формула середнього прискорення фізики
Записана вище формула визначає динаміку руху тел. У даному пункті розповімо про його кінематиці. Згідно з визначенням у фізиці, прискорення – це величина, що показує, наскільки швидко змінюється швидкість. Причому зміна враховується не тільки модуля, але і вектора швидкості. Формула для миттєвого прискорення записується так:
a = dv/dt.
Якщо відома залежність швидкості від часу, то, взявши першу похідну, ми отримаємо вираз залежності прискорення від часу, тобто в будь-який момент зможемо розрахувати чисельне значення величини a.
Миттєве прискорення не має великого практичного значення, оскільки на практиці важливі глобальні переміщення тіл у просторі, а не їх локальні кінематичні характеристики в даній точці траєкторії. Тому використовують для опису процесу руху середні величини. Середнє прискорення показує, як змінилась швидкість за розглянутий проміжок часу Δt. Формула середнього прискорення має вигляд:
acp = (v2-v1)/Δt або
acp = Δv/Δt, де Δv = v2-v1
Тут v2, v1 – швидкість в початковий або кінцевий моменти часу. Наприклад, для рівномірного руху по прямій вектор швидкості не змінюється, це означає, що середнє прискорення буде дорівнює нулю. З іншого боку, для рівномірного обертання модуль швидкості зберігається, проте його вектор постійно змінюється. Останнє призводить до появи деякого середнього прискорення, яке називається доцентровим.
Вільне падіння і прискорення
Кожен знає, що завдяки існуванню сили тяжіння всі предмети на нашій планеті падають на її поверхню, якщо їх підкинути. Під час вільного падіння тіл планета повідомляє всім їм постійне прискорення вільного падіння. Для його визначення слід з висоти h скинути тіло деякої маси і виміряти час t, за який тіло впаде на поверхню землі. Формула середнього прискорення вільного падіння g має вигляд:
g = 2*h/t2
Величина g змінюється на кілька відсотків при русі вздовж поверхні планети, оскільки вона залежить від відстані до центра Землі, а також від локальних характеристик земної кори. Крім того, його значення зменшується із збільшенням висоти.
