NộI Dung
Tốc độ và gia tốc là hai khái niệm cơ bản trong cơ học, hay vật lý của chuyển động, và chúng có liên quan với nhau. Nếu bạn đo tốc độ của một vật trong khi bạn ghi lại thời gian, sau đó đo lại một chút sau đó, trong khi ghi lại thời gian, bạn có thể tìm thấy gia tốc, đó là sự khác biệt về tốc độ chia cho khoảng thời gian. Đó là ý tưởng cơ bản, mặc dù trong một số vấn đề, bạn có thể phải lấy tốc độ từ dữ liệu khác.
Có một cách khác để tính gia tốc dựa trên định luật Newton. Theo định luật thứ nhất, một cơ thể vẫn ở trạng thái chuyển động đều trừ khi bị tác động bởi một lực và định luật thứ hai biểu thị mối quan hệ toán học giữa độ lớn của lực (ĐỤ) và gia tốc (một) một khối lượng m Kinh nghiệm vì lực lượng đó. Mối quan hệ là ĐỤ = ma. Nếu bạn biết cường độ của một lực tác dụng lên cơ thể và bạn biết khối lượng cơ thể, bạn có thể tính ngay gia tốc mà nó trải qua.
Phương trình gia tốc trung bình
Hãy nghĩ về một chiếc xe hơi trên đường cao tốc. Nếu bạn muốn biết tốc độ của nó diễn ra nhanh như thế nào và đồng hồ tốc độ không hoạt động, bạn chọn hai điểm trên đường đi của nó, x1 và x2, và bạn nhìn vào đồng hồ của bạn khi chiếc xe đi qua từng điểm. Tốc độ trung bình của ô tô là khoảng cách giữa hai điểm chia cho thời gian để xe vượt qua cả hai điểm. Nếu thời gian trên đồng hồ tại x1 Là t1, và thời gian tại x2 Là t2, tốc độ xe (S) Là:
S= ∆x ÷ ∆t = (x2 − x1) ÷ (t2 − t1).
Bây giờ giả sử công tơ mét đang hoạt động và nó ghi lại hai tốc độ khác nhau tại các điểm x1 và x2. Vì tốc độ là khác nhau, chiếc xe đã phải tăng tốc. Gia tốc được định nghĩa là sự thay đổi tốc độ trong một khoảng thời gian cụ thể. Nó có thể là một số âm, có nghĩa là chiếc xe đang giảm tốc. Nếu tốc độ tức thời như được ghi lại bởi đồng hồ tốc độ tại thời điểm t1 Là S1và tốc độ tại thời điểm t2 Là S2, gia tốc (một) giữa các điểm x1 và x2 Là:
một = ∆S ÷ ∆t = (S2 − S1) ÷ (t2 − t1).
Phương trình gia tốc trung bình này cho bạn biết rằng nếu bạn đo tốc độ tại một thời điểm nhất định và đo lại lần nữa vào thời điểm khác, gia tốc là sự thay đổi tốc độ chia cho khoảng thời gian. Đơn vị tốc độ trong hệ thống SI là mét / giây (m / s) và đơn vị gia tốc là mét / giây / giây (m / s / s) thường được viết là m / s2. Trong hệ thống đế quốc, các đơn vị gia tốc ưa thích là feet / giây / giây hoặc ft / s2.
Thí dụ: Một máy bay đang bay 100 dặm một giờ ngay sau khi cất cánh, và khi nó đạt đến độ cao bay đường của nó 30 phút sau, khi nó được bay 500 dặm một giờ. Gia tốc trung bình của nó là bao nhiêu khi nó leo lên độ cao hành trình của nó?
Chúng ta có thể sử dụng công thức tăng tốc dẫn xuất ở trên. Sự khác biệt về tốc độ (∆S) là 400 dặm / giờ, và thời gian là 30 phút, tức là 0,5 giờ. Gia tốc là sau đó
một = 400 mph / 0,5 giờ = 800 dặm / giờ2.
Định luật thứ hai của Newton cung cấp một máy tính gia tốc
Phương trình biểu thị định luật thứ hai của Newton, ĐỤ = ma, là một trong những công cụ hữu ích nhất trong vật lý và phục vụ như một công thức gia tốc. Đơn vị lực trong hệ SI là Newton (N), được đặt theo tên của chính Ngài Isaac. Một Newton là lực cần thiết để cho khối lượng 1 kg tăng tốc 1 m / s2. Trong hệ thống đế quốc, đơn vị của lực là pound. Trọng lượng cũng được đo bằng pound, vì vậy để phân biệt khối lượng với lực, đơn vị lực được gọi là pound-lực (lbf).
Bạn có thể sắp xếp lại phương trình Newton để giải quyết gia tốc bằng cách chia cả hai vế cho m. Bạn lấy:
một = ĐỤ/m
Sử dụng biểu thức này như một máy tính gia tốc khi bạn biết khối lượng và độ lớn của lực tác dụng.
Thí dụ: Một vật có khối lượng 8 kg. trải nghiệm một lực lượng 20 Newton. Gia tốc trung bình nào nó trải qua?
một = ĐỤ/m = 20 N / 8 kg = 2,5 m / s2.
Thí dụ: Một chiếc xe 2.000 pound trải qua một lực 1.000 pound. Gia tốc của nó là gì?
Trọng lượng không giống như khối lượng, vì vậy để có được khối lượng xe, bạn phải chia trọng lượng của nó cho gia tốc do trọng lực, với 32 ft / s2. Câu trả lời là 62,5 sên (sên là đơn vị cho khối lượng trong hệ thống đế quốc). Bây giờ bạn có thể tính toán gia tốc:
một = ĐỤ/m = 1.000 lbf / 62,5 sên = 16 ft / s2.