Bewegung ist eines der Hauptmerkmale der Welt, in der wir leben. Aus der Physik ist bekannt, dass sich alle Körper und die Teilchen, aus denen sie bestehen, auch bei absoluten Nulltemperaturen ständig im Raum bewegen. In diesem Artikel betrachten wir die Definition der Beschleunigung als eine wichtige kinematische Eigenschaft der mechanischen Bewegung in der Physik.
Von welcher Größe reden wir?
Beschleunigung ist per Definition eine Größe, mit der sich der zeitliche Verlauf der Geschwindigkeitsänderung quantitativ beschreiben lässt. Mathematisch wird die Beschleunigung wie folgt berechnet:
a¯=dv¯/dt.
Diese Formel zur Bestimmung der Beschleunigung beschreibt den sogenannten Momentanwert a¯. Um die durchschnittliche Beschleunigung zu berechnen, sollten Sie das Verhältnis der Geschwindigkeitsdifferenz zu einem längeren Zeitraum nehmen.
Der Wert a¯ ist ein Vektor. Wenn die Geschwindigkeit entlang der Tangente an die betrachtete Flugbahn des Körpers gerichtet ist, kann die Beschleunigung seinvöllig willkürlich gelenkt. Es hat nichts mit der Bewegungsbahn und dem Vektor v¯ zu tun. Dennoch sind beide genannten Bewegungsmerkmale beschleunigungsabhängig. Denn letztlich bestimmt der Beschleunigungsvektor die Flugbahn und Geschwindigkeit des Körpers.
Um zu verstehen, wohin die Beschleunigung a¯ gerichtet ist, sollte man das zweite Newtonsche Gesetz aufschreiben. In der bekannten Form sieht das so aus:
F¯=ma¯.
Gleichheit besagt, dass zwei Vektoren (F¯ und a¯) durch eine numerische Konstante (m) miteinander in Beziehung stehen. Aus den Eigenschaften von Vektoren ist bekannt, dass die Multiplikation mit einer positiven Zahl die Richtung des Vektors nicht ändert. Mit anderen Worten, die Beschleunigung ist immer auf die Wirkung der Gesamtkraft F¯ auf den Körper gerichtet.
Die betrachtete Größe wird in Metern pro Quadratsekunde gemessen. Beispielsweise verleiht die Gravitationskraft der Erde in der Nähe ihrer Oberfläche Körpern eine Beschleunigung von 9,81 m/s2, dh die Geschwindigkeit eines frei fallenden Körpers im luftleeren Raum erhöht sich um 9,81 m/s jede Sekunde.
Das Konzept der gleichmäßig beschleunigten Bewegung
Die Formel zur Bestimmung der Beschleunigung im allgemeinen Fall wurde oben geschrieben. In der Praxis müssen jedoch häufig Probleme für die sogenannte gleichförmig beschleunigte Bewegung gelöst werden. Darunter versteht man eine solche Bewegung von Körpern, bei der ihr tangentialer Beschleunigungsanteil ein konstanter Wert ist. Wir betonen die Bedeutung der Konstanz der Tangente und nicht der normalen Komponente der Beschleunigung.
Die Gesamtbeschleunigung des Körpers bei der krummlinigen Bewegung kann als zwei Komponenten dargestellt werden. Die Tangentialkomponente beschreibt die Änderung des Geschwindigkeitsmoduls. Die Normalkomponente ist immer senkrecht zur Trajektorie gerichtet. Es ändert nicht den Geschwindigkeitsmodul, aber es ändert seinen Vektor.
Im Folgenden gehen wir näher auf die Frage nach dem Beschleunigungsanteil ein.
Gerade gleichmäßig beschleunigte Bewegung
Da sich der Geschwindigkeitsvektor bei einer geradlinigen Bewegung des Körpers nicht ändert, ist die Normalbeschleunigung Null. Das bedeutet, dass die Gesamtbeschleunigung ausschließlich durch die Tangentialkomponente gebildet wird. Die Definition der Beschleunigung bei gleichförmig beschleunigter Bewegung erfolgt nach folgenden Formeln:
a=(v - v0)/t;
a=2S/t2;
a=2(S-v0t)/t2.
Diese drei Gleichungen sind die Grundausdrücke der Kinematik. Dabei ist v0 die Geschwindigkeit, die der Körper vor der Beschleunigung hatte. Es heißt initial. Der Wert S ist der Weg, den der Körper entlang einer geraden Bahn während der Zeit t zurücklegt.
Welchen Wert der Zeit t wir auch immer in eine dieser Gleichungen einsetzen, wir erh alten immer die gleiche Beschleunigung a, da sie sich während der betrachteten Art der Bewegung nicht ändert.
Schnelle Drehung
Die Bewegung im Kreis mit Beschleunigung ist eine ziemlich verbreitete Art der Bewegung in der Technik. Um dies zu verstehen, genügt es, sich an die Drehung der Wellen zu erinnern,Scheiben, Räder, Lager. Zur Bestimmung der Beschleunigung eines Körpers bei gleichmäßig beschleunigter Kreisbewegung werden häufig nicht lineare, sondern Winkelgrößen verwendet. Die Winkelbeschleunigung ist beispielsweise wie folgt definiert:
α=dω/dt.
Der Wert von α wird in Bogenmaß für jede Sekunde zum Quadrat ausgedrückt. Diese Beschleunigung mit der Tangentialkomponente der Größe a verhält sich wie folgt:
α=at/r.
Da α bei gleichmäßig beschleunigter Rotation konstant ist, steigt die Tangentialbeschleunigung at mit zunehmendem Rotationsradius r direkt proportional an.
Wenn α=0, dann gibt es während der Drehung nur eine Normalbeschleunigung ungleich Null. Diese Bewegung wird jedoch als gleichmäßig variable oder gleichmäßige Rotation bezeichnet, nicht als gleichmäßig beschleunigt.
