Home » Articole » Articole » Știință » Fizica » Mecanica » Accelerația medie

Accelerația medie

postat în: Mecanica 0

Importanța înțelegerii accelerației se întinde pe experiența noastră de zi cu zi, precum și pe vastele zone ale spațiului cosmic și pe lumea minusculă a fizicii subatomice. În conversația de zi cu zi, a accelera înseamnă a mări viteza; aplicarea pedalei de frână face ca vehiculul să încetinească. Suntem familiarizați cu accelerația mașinii noastre, de exemplu. Cu cât accelerația este mai mare, cu atât este mai mare modificarea vitezei într-un anumit timp. Accelerația este observată pe scară largă în fizica experimentală. În experimentele cu acceleratorul liniar de particule, de exemplu, particulele subatomice sunt accelerate la viteze foarte mari în experimentele de coliziune, care ne oferă informații despre structura lumii subatomice, precum și despre originea universului. În spațiu, razele cosmice sunt particule subatomice care au fost accelerate la energii foarte mari în supernove (stele masive care explodează) și nuclee galactice active. Este important să înțelegem procesele care accelerează razele cosmice, deoarece aceste raze conțin radiații puternic penetrante care pot deteriora electronicele aflate pe nave spațiale, de exemplu.

Accelerația medie

Definiția formală a accelerației este în concordanță cu aceste noțiuni tocmai descrise, dar este mai incluzivă.

ACCELERAȚIA MEDIE

Accelerația medie este rata cu care se modifică viteza:

(3.8)    a = Δv/Δt = (vf − v0)/(tf−t0),

unde a este accelerația medie, v este viteza și t este timpul. (Bara de deasupra a înseamnă accelerația medie.)

 

Deoarece accelerația este viteza în metri pe secundă împărțită la timpul în secunde, unitățile SI pentru accelerație sunt adesea abreviate m/s2 – adică metri pe secundă la pătrat sau metri pe secundă pe secundă. Acest lucru înseamnă literalmente cu câți metri pe secundă se schimbă viteza în fiecare secundă. Amintiți-vă că viteza este un vector – are atât mărime, cât și direcție – ceea ce înseamnă că o modificare a vitezei poate fi o schimbare a mărimii (sau a vitezei), dar poate fi și o schimbare a direcției. De exemplu, dacă un alergător care aleargă cu 10 km/h spre est încetinește până la oprire, inversează direcția și își continuă alergarea cu 10 km/h spre vest, viteza sa s-a schimbat ca urmare a schimbării direcției, deși magnitudinea vitezei este aceeași în ambele direcții. Astfel, accelerația are loc atunci când viteza se schimbă în mărime (o creștere sau scădere a vitezei) sau în direcție, sau ambele.

ACCELERAȚIA CA VECTOR

Accelerația este un vector în aceeași direcție cu schimbarea vitezei, Δv. Deoarece viteza este un vector, se poate schimba în mărime sau în direcție, sau ambele. Accelerația este, prin urmare, o schimbare a vitezei sau a direcției, sau ambele.

 

Rețineți că, deși accelerația este în direcția schimbării vitezei, nu este întotdeauna în direcția mișcării. Când un obiect încetinește, accelerația sa este opusă direcției de mișcare. Deși aceasta este denumită în mod obișnuit decelerație (Figura 3.10), spunem că trenul accelerează într-o direcție opusă direcției sale de mișcare.

(Un tren de metrou accelerează opus mișcării când intră într-o stație. Se accelerează într-o direcție opusă direcției sale de mișcare.(

Termenul decelerație poate provoca confuzie în analiza noastră deoarece nu este un vector și nu indică o direcție specifică în raport cu un sistem de coordonate, așa că nu îl folosim. Accelerația este un vector, așa că trebuie să alegem semnul potrivit pentru aceasta în sistemul de coordonate ales. În cazul trenului din figura 3.10, accelerația este în direcția negativă în sistemul de coordonate ales, deci spunem că trenul suferă o accelerație negativă.

Dacă un obiect în mișcare are o viteză în direcție pozitivă în raport cu o origine aleasă și capătă o accelerație negativă constantă, obiectul ajunge în cele din urmă la repaus și își inversează direcția. Dacă așteptăm suficient, obiectul trece prin origine mergând în direcția opusă. Acest lucru este ilustrat în Figura 3.11.

(Un obiect în mișcare cu un vector de viteză spre est sub accelerație negativă se oprește și își inversează direcția. Trece de origine mergând în direcția opusă după un timp suficient de lung.)

EXEMPLUL 3.5

Calcularea accelerației medii: un cal de curse părăsește poarta

Un cal de curse care iese pe poartă accelerează de la repaus la o viteză de 15,0 m/s spre vest în 1,80 s. Care este accelerația medie?

(Cal de curse accelerând la plecare)

Strategie

Mai întâi desenăm o schiță și atribuim un sistem de coordonate problemei (Figura 3.13). Aceasta este o problemă simplă, dar întotdeauna ajută să o vizualizați. Observați că atribuim estul ca pozitiv și vestul ca negativ. Astfel, în acest caz, avem viteză negativă.

(Identificați sistemul de coordonate, informațiile date și ceea ce doriți să determinați.)

Putem rezolva această problemă identificând Δv și Δt din informațiile date și apoi calculând accelerația medie direct din ecuația a = Δv/Δt = (vf − v0)/(tf−t0).

Soluţie

Mai întâi, identificați valorile cunoscute: v0 = 0, vf = −15,0 m/s (semnul negativ indică direcția spre vest), Δt = 1,80 s.

În al doilea rând, găsiți modificarea vitezei. Deoarece calul trece de la zero la –15,0 m/s, schimbarea sa în viteză este egală cu viteza sa finală:

Δv = vf − v0 = vf = −15,0 m/s.

În sfârșit, înlocuiți valorile cunoscute (Δv și Δt) și rezolvați pentru necunoscuta a:

a = Δv/Δt = −15,0 m/s/1,80 s = −8,33 m/s2.

Semnificaţie

Semnul negativ pentru accelerație indică faptul că accelerația este spre vest. O accelerație de 8,33 m/s2 spre vest înseamnă că respectivul cal își crește viteza cu 8,33 m/s spre vest în fiecare secundă; adică 8,33 metri pe secundă pe secundă, pe care îi scriem 8,33 m/s2. Aceasta este cu adevărat o accelerație medie, deoarece călătoria nu este lină. Vedem mai târziu că o accelerație de această amploare ar cere călărețului să se agațe de cal cu o forță aproape egală cu greutatea lui.

 

PROBLEMA 3.3

Protonii dintr-un accelerator liniar sunt accelerați de la repaus la 2,0 × 107 m/s în 10–4 s. Care este accelerația medie a protonilor?

 

Sursa: Physics, University Physics (OpenStax), acces gratuit sub licență CC BY 4.0. Traducere și adaptare de Nicolae Sfetcu

© 2022 MultiMedia Publishing, Fizica, Volumul 1

Fizica fenomenologică - Compendiu - Volumul 2
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 2

Un compendiu care se dorește a fi exhaustiv pentru domeniul fizicii, cu accent pe explicarea fenomenelor și aplicațiilor practice. O carte pentru studiul personal, concisă și ușor de citit, care clarifică aceste teorii ale fizicii, cel mai important domeniu al … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $9.99$34.55 Selectează opțiunile
Fizica fenomenologică - Compendiu - Volumul 1
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 1

Un compendiu care se dorește a fi exhaustiv pentru domeniul fizicii, cu accent pe explicarea fenomenelor și aplicațiilor practice. O carte pentru studiul personal, concisă și ușor de citit, care clarifică aceste teorii ale fizicii, cel mai important domeniu al … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $9.99$34.55 Selectează opțiunile
Mecanica fenomenologică
Mecanica fenomenologică

O privire de ansamblu asupra mecanicii clasice, care intenționează să ofere o acoperire a principiilor și tehnicilor fundamentale, un domeniu vechi dar care se află la baza întregii fizicii, și care în ultimii ani a cunoscut o dezvoltare rapidă. Se … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $4.99 Selectează opțiunile

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *