Die Bewegung von Körpern im Weltraum wird durch eine Reihe von Eigenschaften beschrieben, von denen die wichtigsten die zurückgelegte Strecke, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung sind. Letzteres Merkmal bestimmt weitgehend die Eigentümlichkeit und Art der Bewegung selbst. In diesem Artikel werden wir uns mit der Frage befassen, was Beschleunigung in der Physik ist, und wir werden ein Beispiel für die Lösung eines Problems mit diesem Wert geben.
Die Hauptgleichung der Dynamik
Bevor wir die Beschleunigung in der Physik definieren, geben wir die Hauptgleichung der Dynamik an, die als zweites Newtonsches Gesetz bezeichnet wird. Es wird oft wie folgt geschrieben:
F¯dt=dp¯
Das heißt, die Kraft F¯, die äußeren Charakter hat, wirkte während der Zeit dt auf einen bestimmten Körper, was zu einer Änderung des Impulses um den Wert dp¯ führte. Die linke Seite der Gleichung wird normalerweise als Impuls des Körpers bezeichnet. Beachten Sie, dass die Größen F¯ und dp¯ ihrer Natur nach Vektoren sind und die ihnen entsprechenden Vektoren gerichtet sinddas gleiche.
Jeder Schüler kennt die Formel für den Impuls, sie wird wie folgt geschrieben:
p¯=mv¯
Der p¯-Wert charakterisiert die im Körper gespeicherte kinetische Energie (Geschwindigkeitsfaktor v¯), die von den Trägheitseigenschaften des Körpers (Massenfaktor m) abhängt.
Wenn wir diesen Ausdruck in die Formel des 2. Newtonschen Gesetzes einsetzen, erh alten wir die folgende Gleichung:
F¯dt=mdv¯;
F¯=mdv¯ / dt;
F¯=ma¯, wobei a¯=dv¯ / dt.
Der Eingabewert a¯ heißt Beschleunigung.
Was ist Beschleunigung in der Physik?
Lassen Sie uns nun erklären, was der im vorigen Absatz eingeführte Wert a¯ bedeutet. Schreiben wir noch einmal seine mathematische Definition auf:
a¯=dv¯ / dt
Anhand der Formel kann man leicht nachvollziehen, dass es sich um Beschleunigung in der Physik handelt. Die physikalische Größe a¯ zeigt an, wie schnell sich die Geschwindigkeit mit der Zeit ändert, dh sie ist ein Maß für die Änderungsrate der Geschwindigkeit selbst. Wenn beispielsweise gemäß dem Newtonschen Gesetz eine Kraft von 1 Newton auf einen Körper mit einem Gewicht von 1 Kilogramm einwirkt, erhält er eine Beschleunigung von 1 m / s2, dh z jede Sekunde der Bewegung erhöht der Körper seine Geschwindigkeit um 1 Meter pro Sekunde.
Beschleunigung und Geschwindigkeit
In der Physik sind dies zwei verschiedene Größen, die durch kinematische Bewegungsgleichungen miteinander verbunden sind. Beide Größen sindVektor, aber im allgemeinen Fall sind sie unterschiedlich gerichtet. Die Beschleunigung ist immer in Richtung der wirkenden Kraft gerichtet. Die Geschwindigkeit richtet sich entlang der Flugbahn des Körpers. Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsvektoren fallen nur dann zusammen, wenn die äußere Kraft in Wirkungsrichtung mit der Bewegung des Körpers zusammenfällt.
Im Gegensatz zur Geschwindigkeit kann die Beschleunigung negativ sein. Letztere Tatsache bedeutet, dass es gegen die Bewegung des Körpers gerichtet ist und dazu neigt, seine Geschwindigkeit zu verringern, dh es findet ein Verzögerungsprozess statt.
Die allgemeine Formel, die die Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmodule in Beziehung setzt, sieht folgendermaßen aus:
v=v0+ at
Dies ist eine der Grundgleichungen der geradlinigen, gleichmäßig beschleunigten Bewegung von Körpern. Es zeigt, dass die Geschwindigkeit mit der Zeit linear zunimmt. Wenn die Bewegung gleich langsam ist, sollte dem Begriff at ein Minus vorangestellt werden. Der Wert v0hier ist eine Anfangsgeschwindigkeit.
Bei gleichmäßig beschleunigter (gleichlangsamer) Bewegung gilt auch die Formel:
a¯=Δv¯ / Δt
Er unterscheidet sich von einem ähnlichen Ausdruck in Differentialform dadurch, dass hier die Beschleunigung über ein endliches Zeitintervall Δt berechnet wird. Diese Beschleunigung wird als Mittelwert über den markierten Zeitraum bezeichnet.
Weg und Beschleunigung
Bewegt sich der Körper gleichmäßig und geradlinig, so lässt sich der von ihm in der Zeit t zurückgelegte Weg wie folgt berechnen:
S=vt
Wenn v ≠ const, dann sollte bei der Berechnung der vom Körper zurückgelegten Strecke die Beschleunigung berücksichtigt werden. Die entsprechende Formel lautet:
S=v0 t + at2 / 2
Diese Gleichung beschreibt eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung (bei gleichmäßig langsamer Bewegung muss das "+"-Zeichen durch das "-"-Zeichen ersetzt werden).
Kreisbewegung und Beschleunigung
Oben wurde gesagt, dass die Beschleunigung in der Physik eine vektorielle Größe ist, das heißt, ihre Änderung ist sowohl in der Richtung als auch im Betrag möglich. Bei der betrachteten geradlinigen beschleunigten Bewegung bleiben die Richtung des Vektors a¯ und sein Betrag unverändert. Wenn sich das Modul zu ändern beginnt, wird eine solche Bewegung nicht mehr gleichmäßig beschleunigt, sondern bleibt geradlinig. Wenn sich die Richtung des Vektors a¯ zu ändern beginnt, wird die Bewegung krummlinig. Eine der häufigsten Arten solcher Bewegungen ist die Bewegung eines materiellen Punktes entlang eines Kreises.
Für diese Bewegungsart gelten zwei Formeln:
α¯=dω¯ / dt;
ac=v2 / r
Der erste Ausdruck ist die Winkelbeschleunigung. Seine physikalische Bedeutung liegt in der Änderungsrate der Winkelgeschwindigkeit. Mit anderen Worten, α zeigt an, wie schnell sich der Körper dreht oder seine Drehung verlangsamt. Der Wert α ist eine Tangentialbeschleunigung, das heißt, sie ist tangential zum Kreis gerichtet.
Der zweite Ausdruck beschreibt die Zentripetalbeschleunigung ac. Wenn die lineare Rotationsgeschwindigkeitkonstant bleibt (v=const), dann ändert sich der Modul ac nicht, aber seine Richtung ändert sich immer und neigt dazu, den Körper zum Mittelpunkt des Kreises zu lenken. Dabei ist r der Rotationsradius des Körpers.
Problem mit freiem Fall eines Körpers
Wir haben herausgefunden, dass dies Beschleunigung in der Physik ist. Lassen Sie uns nun zeigen, wie die obigen Formeln für eine geradlinige Bewegung verwendet werden.
Eines der typischen Probleme in der Physik mit Freifallbeschleunigung. Dieser Wert stellt die Beschleunigung dar, die die Gravitationskraft unseres Planeten auf alle Körper mit endlicher Masse ausübt. In der Physik beträgt die Beschleunigung im freien Fall in der Nähe der Erdoberfläche 9,81 m/s2.
Stellen Sie sich vor, ein Körper befinde sich in einer Höhe von 20 Metern. Dann wurde er entlassen. Wie lange wird es dauern, die Erdoberfläche zu erreichen?
Da die Anfangsgeschwindigkeit v0 gleich Null ist, können wir für die zurückgelegte Strecke (Höhe h) die Gleichung schreiben:
h=gt2 / 2
Woher wir die Herbstzeit bekommen:
t=√(2h / g)
Wenn wir die Daten aus der Bedingung ersetzen, finden wir heraus, dass der Körper in 2,02 Sekunden auf dem Boden sein wird. In Wirklichkeit wird diese Zeit aufgrund des Luftwiderstands etwas länger sein.
