Библиотека бесплатных студенческих работ
Ищи свою тему и скачивай
- Что такое ускорение
- Единица измерения
- Как рассчитать ускорение: формулы
- Для прямолинейного движения
- Для равноускоренного движения
- Для равнозамедленного движения
- Нахождение ускорения через массу и силу
- Мгновенное ускорение
- Максимальное ускорение
- Среднее ускорение
- Проекция ускорения
- Что такое ускорение
- Единица измерения
- Как рассчитать ускорение: формулы
- Для прямолинейного движения
- Для равноускоренного движения
- Для равнозамедленного движения
- Нахождение ускорения через массу и силу
- Мгновенное ускорение
- Максимальное ускорение
- Среднее ускорение
- Проекция ускорения
Что такое ускорение
Ускорение (overrightarrow а) — векторная величина в физике, характеризующая быстроту изменения скорости тела.
Ускорение является векторной величиной, показывающей, на сколько изменяется вектор скорости тела при его движении за единицу времени.
Единица измерения
В СИ (системе интернациональной) ускорение измеряется: ( begin
Как рассчитать ускорение: формулы
Для прямолинейного движения
Прямолинейное движение — механическое движение, при котором траектория тела — прямая линия.
В этом случае ускорение находится по следующим формулам:
Где (a) — достигнутое ускорение тела, (S) — пройденный путь (расстояние), (t) — затраченное время.
Время отсчитывается от начала движения тела.
При прямолинейном равномерном движении ускорение по модулю равняется нулю.
Для равноускоренного движения
Равноускоренное движение — прямолинейное движение с постоянным положительным ускорением (разгон).
При таком виде движения ускорение определяется по формуле: (a;=;frac
Для равнозамедленного движения
Равнозамедленное движение — прямолинейное движение с постоянным отрицательным ускорением (замедление).
При таком виде движения ускорение находим по формуле: (a;=-;frac
Нахождение ускорения через массу и силу
Принцип инерции Галилея:
Если не действовать на тело, то его скорость не будет меняться.
Система отсчета (СО) — система координат, точка отсчета и указание начала отсчета времени.
Инерциальная система отсчета (ИСО) — это СО, в которой наблюдается движение по инерции (соблюдается принцип инерции).
II закон Ньютона:
В инерциальных системах отсчёта ускорение, приобретаемое материальной точкой, прямо пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки.
Мгновенное ускорение
Мгновенное ускорение тела (материальной точки) в данный момент времени — это физическая величина, равная пределу, к которому стремится среднее ускорение при стремлении промежутка времени к нулю. Другими словами — это ускорение, которое развивает тело за максимально короткий отрезок времени.
Выражается по формуле:
Максимальное ускорение
(a_
Среднее ускорение
Среднее ускорение — это отношение изменения скорости к промежутку времени, за который это изменение произошло.
(overrightarrow
Проекция ускорения
Определение проекции ускорения на ось (х) :
(a_x=frac
Получите помощь лучших авторов по вашей теме
Всё зависит от того, в каком разделе физики Вы находитесь. Точнее даже сказать: в каком разделе механики.
а) ускорение при равноускоренном прямолинейном движении.
Чтобы найти ускорение при равноускоренном прямолинейном движении, достаточно воспользоваться формулой
a = Δv/Δt
Δv — величина изменения скорости;
Δt — время (изменение времени).
или же формулой
a = (v – v0)/t
v — конечная скорость тела;
v0 — начальная скорость тела;
б) ускорение при движении по окружности.
Чтобы найти ускорение при движении по окружности, чаще всего применяется формула:
a = (v^2)/r
a — центростремительное ускорение;
v — линейная скорость тела;
r — радиус окружности.
Но есть и другие формулы:
a = 4 * (π^2) * r/(T^2)
a — центростремительное ускорение;
r — радиус окружности;
T — период обращения тела;
a = 4 * (π^2) * r * (ν^2)
a — центростремительное ускорение;
r — радиус окружности;
ν — частота обращения тела;
a = (ω^2) * r
a — центростремительное ускорение;
ω — угловая скорость тела;
r — радиус окружности.
В динамике ускорение находится по второму закону Ньютона.
Второй закон Ньютона звучит таким образом:
Формула 2-го закона Ньютона такова:
a = F/m
F — сила (величина силы);
Искать «а» ради «ускорения»-пустое занятие. Искать надо F-Силу,которая вызывает движение,и изменяет его. S/tt=F/m. S,t,m можно измерить. F=?
Ошибка Ньютон: S=att/2. S=att ! (без /2).
«а»-это ЭНЕРГИЯ движения. Она НЕ зависит от графика движения, и численно = S/tt (V/t).
У падающего «яблока..» несколько скоростей: нач. скорость, кон.скорость,средняя скорость, at, 2at. «средняя скорость»-(S/t)-это та-же скорость at,но выраженная через ЭНЕРГИЮ и ВРЕМЯ: F/m*t.
ВСЕ расчёты на движение надо делать ТОЛЬКО из СРЕДНЕЙ скорости! (Энергия одинакова, и НЕ зависит от графика движения). И нет «надобности» в «интегралах». . Задачка: машина m=1165 кг, прошла 250 м. за 18 с.(набрала скорость от 0 до 27,7 м/с за 18 сек.) («Жигули»). Вопрос: какая мощность мотора?
Всякий механизм имеет КПД. КПД ДВС (у бензиновых двс=16%).Решение: S/tt=F/m. 250/324=F/1165, (или 13,9/18=F/1165). F=900 кг.м/сс. Это 12 л.с. при 100% КПД ! При 16% мощность=75 л.с. (а,Да! «ускорение»? оно =0,77 м/сс. ). Но и без «а»не обойтись.
Грубая ошибка, находить «а»: Vo=0. V кон.=27,7. t=18 сек. а=(27,7-0)/18. а=1,5 м/сс. Мощность мотора=150 л.с.
То-же с «яблоком. » Vo=0, Vкон.=9,8. t=1 c. Правильно: (0+9,8)/2t. a=4,9 м/cc S=4,9 м.
«Если тело упало на Землю с высоты h, то S/tt ВСЕГДА . РАВНО числу 4,9. Это число 4,9 м/сс и ЕСТЬ «УСКОРЕНИЕ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ»! Скорость: м/с. Ускорение-м/сек.сек. 9,8-это скорость,(но НЕ ускорение).
Сколько ошибок (и слёз) при решении задач:
Vo=5. t=10. a=2. S=? a=? V кон.=?
Решение: S=Vot+att. S=5/10+2*10*10. S=250. a=S/tt. a=2,5. V кон.=Vo+2at. Vкон.=5+2*2*10. V кон.=45. Проверка:S=att. 2,5*10*10=250. S=(v+V)/2*t. (5+45)/2*10. S=250 м.
По принятым формулам: S=(vo+att/2)*t. S=5*10+2*10/10/2=150 м. a=2S/tt. 300/100=3 м/сс
V кон.=v0+at. 5+20=25. S=(5+5+25)*10. S=350 м. («ОГОРОД!»)
Ускорение и скорость — это две важные кинематические характеристики любого типа движения. Знание зависимости этих величин от времени позволяет рассчитать пройденный телом путь. Данная статья содержит ответ на вопрос, как найти ускорение, зная скорость и время.
Понятие о скорости и ускорении
Прежде чем давать ответ на вопрос, как, зная скорость и время, найти ускорение, рассмотрим каждую из характеристик с точки зрения физики.
Скоростью называется величина, которая определяет быстроту изменения координат в пространстве при движении тела. Скорость вычисляется по формуле:
Где dl — пройденный телом путь за время dt. Скорость всегда направлена вдоль касательной в траектории перемещения.
Движение может происходить либо с постоянной во времени скоростью, либо с переменной. В последнем случае говорят о наличие ускорения. В физике ускорение определяет быстроту изменения величины v, что в виде формулы записывается так:
Это равенство является ответом на вопрос, как найти ускорение по скорости. Для этого достаточно лишь взять первую производную по времени от v.
Направление ускорения совпадает с направлением разницы векторов скорости. В случае прямолинейного ускоренного движения величины a и v направлены в одну сторону.
Как найти ускорение, зная скорость и время?
При изучении механики сначала рассматривают равномерное и равноускоренное типы движения по прямой траектории. В обоих случаях для определения ускорения следует выбрать промежуток времени Δt. Затем, необходимо определить значения скоростей v1 и v2 на концах этого промежутка. Среднее ускорение определится так:
В случае равномерного движения скорость остается постоянной (v2 = v1), поэтому величина a будет равна нулю. В случае же равноускоренного перемещения постоянной будет величина a, поэтому она не зависит от промежутка времени Δt в формуле.
Для более сложных случаев движения, когда скорость является некоторой функцией времени, следует пользоваться формулой для a через производную, которая была представлена в пункте выше.
Пример решения задачи
Разобравшись с вопросом, как найти ускорение, зная время и скорость, решим простую задачу. Предположим, что тело, двигаясь по некоторой траектории, изменяет свою скорость в соответствии с таким уравнением:
Чему будет равно ускорение тела в момент времени t = 5 секунд?
Ускорение является первой производной величины v по переменной t, имеем:
Чтобы ответить на вопрос задачи, следует подставить известное значение времени в полученное уравнение: a = 29 м/c 2 .
Ускорение – это величина, которая характеризует быстроту изменения скорости.
Например, автомобиль, трогаясь с места, увеличивает скорость движения, то есть движется ускоренно. Вначале его скорость равна нулю. Тронувшись с места, автомобиль постепенно разгоняется до какой-то определённой скорости. Если на его пути загорится красный сигнал светофора, то автомобиль остановится. Но остановится он не сразу, а за какое-то время. То есть скорость его будет уменьшаться вплоть до нуля – автомобиль будет двигаться замедленно, пока совсем не остановится. Однако в физике нет термина «замедление». Если тело движется, замедляя скорость, то это тоже будет ускорение тела, только со знаком минус (как вы помните, скорость – это векторная величина).
Среднее ускорение
Среднее ускорение> – это отношение изменения скорости к промежутку времени, за который это изменении произошло. Определить среднее ускорение можно формулой:
Рис. 1.8. Среднее ускорение.В СИ единица ускорения – это 1 метр в секунду за секунду (или метр на секунду в квадрате), то есть
Метр на секунду в квадрате равен ускорению прямолинейно движущейся точки, при котором за одну секунду скорость этой точки увеличивается на 1 м/с. Иными словами, ускорение определяет, насколько изменяется скорость тела за одну секунду. Например, если ускорение равно 5 м/с 2 , то это означает, что скорость тела каждую секунду увеличивается на 5 м/с.
Мгновенное ускорение
Мгновенное ускорение тела (материальной точки) в данный момент времени – это физическая величина, равная пределу, к которому стремится среднее ускорение при стремлении промежутка времени к нулю. Иными словами – это ускорение, которое развивает тело за очень короткий отрезок времени:
При ускоренном прямолинейном движении скорость тела возрастает по модулю, то есть
а направление вектора ускорения совпадает с вектором скорости
Если скорость тела по модулю уменьшается, то есть
то направление вектора ускорения противоположно направлению вектора скорости Иначе говоря, в данном случае происходит замедление движения, при этом ускорение будет отрицательным (а
Рис. 1.9. Мгновенное ускорение.
При движении по криволинейной траектории изменяется не только модуль скорости, но и её направление. В этом случае вектор ускорение представляют в виде двух составляющих (см. следующий раздел).
Тангенциальное ускорение
Тангенциальное (касательное) ускорение – это составляющая вектора ускорения, направленная вдоль касательной к траектории в данной точке траектории движения. Тангенциальное ускорение характеризует изменение скорости по модулю при криволинейном движении.
Рис. 1.10. Тангенциальное ускорение.
Направление вектора тангенциального ускорения (см. рис. 1.10) совпадает с направлением линейной скорости или противоположно ему. То есть вектор тангенциального ускорения лежит на одной оси с касательной окружности, которая является траекторией движения тела.
Нормальное ускорение
Нормальное ускорение – это составляющая вектора ускорения, направленная вдоль нормали к траектории движения в данной точке на траектории движения тела. То есть вектор нормального ускорения перпендикулярен линейной скорости движения (см. рис. 1.10). Нормальное ускорение характеризует изменение скорости по направлению и обозначается буквой Вектор нормального ускорения направлен по радиусу кривизны траектории.
Полное ускорение
Полное ускорение при криволинейном движении складывается из тангенциального и нормального ускорений по правилу сложения векторов и определяется формулой:
(согласно теореме Пифагора для прямоугольно прямоугольника).
Направление полного ускорения также определяется правилом сложения векторов:
Ускорение это изменение скорости в единицу времени.
a = V / t
Ускорение в физике это не основная физическая величина, а производная.
Преобразуем: V = S / t тогда : a = S / t 2
именно это дает запись формулы ускорения в основных величинах и единицу измерения ускорения : метры на секунды в квадрате.
Таким образом: ускорение есть там, где есть линейная скорость движения и эта скорость — меняется в числовом значении.
Но у скорости есть еще направление.
И физики не смогли это дело оставить так, чтобы не запутать и сказали: раз скорость векторная величина, пусть будет так, что ускорение возникает и при изменении направления.
Так ускорение появляется при равномерном круговом движении?
Для нас ясность тут очень важна, так как это траектория движения планет.
Как так, спрашиваем мы, скорость движения постоянна, а появилось ускорение?
Это же нонсенс!
Предлагается:1. чтобы исключить двойное толкование, принять ускорение, как только изменение линейной скорости в единицу времени.
Далее»
2.Основным написанием формулы ускорения считать a = S / t 2,
а написание a = V / t — производным. И еще точнее, чтобы убрать квадратную функцию времени (чего не существует) a = S1- S2 / t. Т.е. ускорение это разница (изменение) пройденного пути в единицу времени. И всё!
3. Считать ускорение не физической, а математической величиной, употребимой в узких пределах.
4. Определение «изменение направления» к ускорению не применять. Считать ускорением только изменение величины, а не направления.
Где мы в формулах встречаем ускорение?
Формула силы. По второму закону Ньютона F = m х a означает, что, если к массе m приложить силу F , то тело будет двигаться с скоростью, которая имеет ускорение а. И чтобы вычислить ускорение, нам надо замерить путь и время, так зачем же оно? Только для облегчения записи вычислений.
Ускорение со знаком плюс означает только то, что за одну единицу времени тело будет проходить все более меньший путь.
В случае со свободным падением тела используется понятие ускорение свободного падения тела (без учета сопротивления воздуха) g
И формула пишется F = m х g. Но эта формула справедлива только для случая, когда есть состояние свободного падения. Если тело неподвижно относительно центра Земли, то эта формула не используется, так как приводит к ошибке.
Например. Тело массой m (1 кг.) лежит на весах.
Что показывают весы? Они показывают массу в 1 кг.
А не вес, как силу притяжения ( m х g).
Тело давит на опору весов, с силой притяжения, а по Закону Всемирного тяготения
сила тяжести m х M / R2 ускорения свободного падения не содержит и вес показывают только массу. Таким образом, если задать задачу: арбуз массой m положили на весы и спросили какой вес? А потом перемножить m х g получим неверный результат, потому что весы показывают значение массы, а ускорения g
здесь вообще нет.
Напишите такое уравнение:
m х g = m х M / R2 и получите, после сокращения массы g = M / R2
и эта формула хороша только тем, что объясняет почему ускорение свободного падения не зависит от массы тела , а зависит только от массы Земли и радиуса в квадрате.
Но математически эта формула выглядит как неверная, так как не совпадают единицы измерения.
Наши ученые тут опять отличились. Они ввели гравитационную постоянную и G дали ей единицу измерения м3·с;2·кг;1 (ответ сошелся) а вопрос остался:
Есть от чего сойти с ума : во втором законе ускорение от массы зависит, а при свободном падении — нет!
А происходит это от того, что при увеличении массы силя притяжения растет, а ускорение по второму закону уменьшается и результирующая остается неизменной от массы.
Вообще, вес это еще одна производная от действия гравитации величина, которая в уважающих себя учебниках физики не рассматривается, но очень важна на базаре.
Рассмотрим случай невесомости, когда вес исчезает. Например, парашютист прыгает
с самолета, а парашют дома забыл. (сопротивление воздуха не учитываем, как всегда, зачем ему теперь воздух нужен) Скорость растет соразмерно с величиной 9.8 метров пройденного пути в секунду!
И здесь появляется еще один парадокс: сила гравитации есть, масса есть, ускорение. тоже есть, а давления на опору (как рыночного понятия веса) нет!
А, если есть сопротивление воздуха?
Тогда: F = m х (g — а)
Здесь а это то реальное ускорение, которое возникает и оно меньше ускорения свободного падения. И, если оно равно g — сила давление опору ( или вес ) равен нулю.
Когда в физике изучают механическое движение, то внимание обращают на две главные величины — это скорость и ускорение. Знание их зависимости от времени позволяет определить координату тела в пространстве в любой момент. В данной статье приведем все формулы ускорения для разных его видов.
Общее понятие
Ускорение — это физическая величина. Она определяет, насколько быстро изменяется скорость. Как найти ускорение? Формула приведена ниже:
То есть величина a — это производная скорости по времени. Данное выражение позволяет рассчитать так называемое полное мгновенное ускорение, то есть характеризует величину в данный конкретный момент времени.
На практике чаще всего бывает важно знать не мгновенное, а некоторое среднее ускорение, с которым тело двигалось в течение определенного времени. Рассчитать его можно по такой формуле:
Здесь v2 и v1 — мгновенные скорости в моменты времени t2 и t1 соответственно.
Криволинейное движение
Ускорение определяет величину изменения скорости. У последней варьируется не один параметр. Она может меняться как по направлению, так и по величине. Если тело движется по прямой линии, то вектор скорости сохраняет свое направление. Для такого перемещения полное ускорение определяется исключительно изменением модуля скорости. Его называют касательным или тангенциальным.
Если же тело перемещается по произвольной криволинейной траектории, то вектор скорости обязательно изменяется. Этот факт приводит к появлению нормальной компоненты ускорения. Рассмотрим подробнее. Раскрывая тему всех формул ускорения, приведем выражение для вычисления нормального ускорения:
Это равенство позволяет сделать два важных вывода:
Чтобы определить модуль полного ускорения, следует воспользоваться такой формулой:
Вектор a определяется как сумма векторов an и at, первый из них направлен перпендикулярно траектории к центру ее кривизны, а второй — по касательной к траектории в сторону изменения модуля скорости.
Свободное падение
Так называют вертикальное движение тела в гравитационном поле планеты, осуществляемое под действием силы тяжести. Как правило, соответствующее ускорение обозначают буквой g. Например, для Земли оно составляет 9,81 м/с2. Приведем все формулы для ускорения g:
Первое из приведенных выражений позволяет определить ускорение g, если известны масса планеты M и ее радиус R. G — это гравитационная постоянная. Эта формула следует из закона Всемирного тяготения Ньютона.
Второе выражение — это всем известное уравнение для силы тяжести F, которая действует на тело массой m.
Наконец, третья формула определяет ускорение через высоту падения h и время падения t тела без начальной скорости. Это выражение является одним из основных в кинематике прямолинейного движения.
Угловое ускорение
Этот вид также нельзя оставить без внимания. Приводя все формулы ускорения, стоит отметить, что угловую величину удобно использовать, когда система вращается вокруг некоторой оси. Она определяет быстроту изменения угловой скорости и выражается в радианах в квадратную секунду. Для определения этого вида ускорения применяют следующие формулы:
α = dω/dt = d2θ/dt2;
Первое равенство показывает, что для определения углового ускорения α следует найти производную от угловой скорости ω по времени либо вторую производную по времени от угла поворота θ.
Вторая строчка — это выражение, которое следует из уравнения моментов. Здесь M — момент силы, которая раскручивает систему, I — момент инерции, который играет роль массы тела во время линейного движения.
Определение и формула ускорения
Ускорением (мгновенным ускорением) называют вектор, который определяет быстроту, с которой изменяется скорость перемещающейся материальной точки.
где $bar
где $bar
Вектор ускорения располагается в плоскости соприкосновения, в которой находится главная нормаль и касательная к траектории, при этом он имеет направление в сторону вогнутости траектории.
Единицы измерения ускорения
Основными единицами измерения ускорения в системе СИ является: [a]=м/с 2
Виды ускорения
Если построить соприкасающуюся плоскость, в любой точке траектории, то вектор $bar$ разложим на две взаимно перпендикулярные составляющие:
Если $a_
При $Delta t rightarrow 0$ в пределе среднее ускорение совпадает с мгновенным ускорением:
Формула ускорения в разных системах координат
В декартовых координатах проекции ускорения (ax,ay,az) на оси (X,Y,Z)можно представить как:
где $bar, bar
В цилиндрической системе координат имеем:
В сферической системе координат модуль ускорения можно найти как:
$$ begin
Примеры решения задач
Задание. Материальная точка движется по окружности (рис.1), которая имеет радиус R=2м, уравнение движения: $S=10 t-2,5 t^<2>$, где t в секундах, а S в метрах. Каков модуль ускорения данной точки при t=3 c?
Решение. В качестве основы для решения задачи используем формулу:
Используя заданное уравнение движения, найдем модуль скорости материальной точки:
Продифференцировав уравнение для модуля скорости (1.2) по времени получим тангенциальную составляющую ускорения:
Для вычисления нормальной составляющей скорости движения нашей материальной точки следует, используя выражение (1.2) найти:
Используя выражение (1.1) вычислим искомое ускорение:
Ответ. $a=approx 13,5$ м/с 2
Формула ускорения не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!
Задание. Какова зависимость ускорения материальной точки от времени (a(t)), если частица перемещается по оси X и ее скорость изменяется в соответствии с уравнением: $v=alpha sqrt
Решение. Из условий задачи можно записать, что:
Используя формулу (2.1) найдем зависимость координаты xот времени (x(t) ):
$$int alpha d t=int frac
где постоянную интегрирования найдем из начального условия задачи. Мы знаем, что x(0)=0, значит C=0. Имеем:
Используя формулу для нахождения ускорения для нашего случая (движение по оси X):
получим искомое выражение для a(t):
Ответ. $a(t)=frac