Chuyển động cơ học bao quanh chúng ta từ khi sinh ra. Mỗi ngày chúng ta đều thấy cách những chiếc ô tô di chuyển dọc theo những con đường, những con tàu đang di chuyển dọc theo biển và sông, máy bay đang bay, thậm chí cả hành tinh của chúng ta cũng đang di chuyển, băng qua không gian vũ trụ. Một đặc tính quan trọng đối với tất cả các dạng chuyển động không có ngoại lệ là gia tốc. Đây là đại lượng vật lý, các dạng và đặc điểm chính của chúng sẽ được thảo luận trong bài viết này.
Khái niệm vật lý về gia tốc
Nhiều thuật ngữ "tăng tốc" rất quen thuộc. Trong vật lý, gia tốc là đại lượng đặc trưng cho sự thay đổi tốc độ theo thời gian. Công thức toán học tương ứng là:
a¯=dv¯ / dt
Dòng phía trên ký hiệu trong công thức có nghĩa là giá trị này là một vectơ. Do đó, gia tốc a¯ là một vectơ và nó cũng mô tả sự thay đổi của một đại lượng vectơ - tốc độ v¯. Đây làGia tốc được gọi là đầy đủ, nó được đo bằng mét vuông giây. Ví dụ, nếu một vật thể tăng tốc độ lên 1 m / s trong mỗi giây chuyển động của nó, thì gia tốc tương ứng là 1 m / s2.
Gia tốc đến từ đâu và nó đi về đâu?
Chúng tôi đã tìm ra định nghĩa về gia tốc là gì. Người ta cũng phát hiện ra rằng chúng ta đang nói về độ lớn của vectơ. Vectơ này trỏ đến đâu?
Để đưa ra câu trả lời chính xác cho câu hỏi trên, người ta nên nhớ định luật thứ hai của Newton. Ở dạng phổ biến, nó được viết như sau:
F¯=ma¯
Nói cách khác, đẳng thức này có thể được đọc như sau: lực F¯ có bản chất bất kỳ tác dụng lên vật thể khối lượng m dẫn đến gia tốc a¯ của vật thể này. Vì khối lượng là một đại lượng vô hướng nên vectơ lực và gia tốc sẽ hướng theo cùng một đường thẳng. Nói cách khác, gia tốc luôn hướng theo hướng của lực và hoàn toàn không phụ thuộc vào vectơ vận tốc v¯. Sau đó hướng dọc theo tiếp tuyến với đường chuyển động.
Chuyển động đường cong và các thành phần gia tốc đầy đủ
Trong tự nhiên, chúng ta thường gặp sự chuyển động của các cơ thể theo quỹ đạo cong. Hãy xem xét cách chúng ta có thể mô tả gia tốc trong trường hợp này. Đối với điều này, chúng tôi giả định rằng vận tốc của một điểm vật chất trong phần được coi là của quỹ đạo có thể được viết là:
v¯=vut¯
Tốc độ v¯ là tích của giá trị tuyệt đối của nó v bằngvectơ đơn vị ut¯ hướng dọc theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo (thành phần tiếp tuyến).
Theo định nghĩa, gia tốc là đạo hàm của tốc độ theo thời gian. Chúng tôi có:
a¯=dv¯ / dt=d (vut¯) / dt=dv / dtut¯ + vd (ut¯) / dt
Số hạng đầu tiên ở vế phải của phương trình đã viết được gọi là gia tốc tiếp tuyến. Cũng giống như vận tốc, nó hướng dọc theo tiếp tuyến và đặc trưng cho sự thay đổi của giá trị tuyệt đối v¯. Số hạng thứ hai là gia tốc pháp tuyến (hướng tâm), nó hướng vuông góc với tiếp tuyến và đặc trưng cho sự thay đổi của vectơ độ lớn v¯.
Như vậy, nếu bán kính cong của quỹ đạo bằng vô cực (đường thẳng) thì vectơ vận tốc không đổi hướng trong quá trình chuyển động của vật. Điều sau có nghĩa là thành phần bình thường của tổng gia tốc bằng 0.
Trong trường hợp một chất điểm chuyển động thẳng theo đường tròn, môđun vận tốc không đổi, tức là thành phần tiếp tuyến của tổng gia tốc bằng không. Thành phần thông thường hướng về tâm của hình tròn và được tính theo công thức:
a=v2/ r
Đây là bán kính. Sở dĩ xuất hiện gia tốc hướng tâm là do tác dụng lên vật thể một nội lực nào đó hướng vào tâm đường tròn. Ví dụ, đối với chuyển động của các hành tinh xung quanh Mặt trời, lực này là lực hấp dẫn.
Công thức kết nối các mô-đun tăng tốc đầy đủ vàthành phần at(tiếp tuyến), a (bình thường), trông giống như:
a=√ (at2+ a2)
Chuyển động được gia tốc đều trên một đường thẳng
Chuyển động trên một đường thẳng với gia tốc không đổi thường thấy trong cuộc sống hàng ngày, ví dụ như đây là chuyển động của một chiếc ô tô trên đường. Loại chuyển động này được mô tả bằng phương trình vận tốc sau:
v=v0+ at
Đây v0- tốc độ nào đó mà vật thể có trước khi tăng tốc a.
Nếu chúng ta vẽ đồ thị của hàm v (t), chúng ta sẽ nhận được một đường thẳng cắt trục y tại điểm có tọa độ (0; v0), và Tiếp tuyến của dốc với trục x bằng môđun gia tốc a.
Lấy tích phân của hàm v (t), chúng ta nhận được công thức cho đường đi L:
L=v0 t + at2/ 2
Đồ thị của hàm L (t) là nhánh bên phải của parabol, bắt đầu tại điểm (0; 0).
Các công thức trên là phương trình cơ bản của chuyển động học của chuyển động có gia tốc dọc theo một đường thẳng.
Nếu một vật có tốc độ ban đầu v0, bắt đầu chuyển động chậm dần đều với gia tốc không đổi, thì chúng ta nói về chuyển động chậm dần đều. Các công thức sau hợp lệ cho nó:
v=v0- at;
L=v0 t - at2/ 2
Giải bài toán tính gia tốc
Đang yênđiều kiện, xe bắt đầu chuyển động. Đồng thời trong 20 giây đầu người đó đi được quãng đường 200 m. Gia tốc của ô tô là bao nhiêu?
Đầu tiên, chúng ta hãy viết ra phương trình động học tổng quát cho đường đi L:
L=v0 t + at2/ 2
Vì trong trường hợp của chúng tôi, chiếc xe đang dừng lại, nên tốc độ v0của nó bằng không. Chúng tôi nhận được công thức cho gia tốc:
L=at2/ 2=>
a=2L / t2
Thay giá trị của quãng đường đi được L=200 m trong khoảng thời gian t=20 s và viết đáp án cho câu hỏi bài toán: a=1 m / s2.
