Như bạn đã biết, bất kỳ đại lượng vật lý nào cũng thuộc một trong hai loại, nó là vô hướng hoặc vectơ. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét các đặc điểm động học như tốc độ và gia tốc, đồng thời chỉ ra vị trí hướng của các vectơ gia tốc và tốc độ.
Tốc độ và gia tốc là gì?
Cả hai đại lượng được đề cập trong đoạn này đều là những đặc điểm quan trọng của bất kỳ loại chuyển động nào, cho dù đó là chuyển động cơ thể theo đường thẳng hay dọc theo đường cong.
Tốc độ là tốc độ thay đổi tọa độ theo thời gian. Về mặt toán học, giá trị này bằng đạo hàm thời gian của quãng đường đi được, đó là:
v¯=dl¯ / dt.
Ở đây vectơ l¯ được hướng từ điểm bắt đầu của đường dẫn đến điểm cuối.
Đến lượt nó, gia tốc là tốc độ mà tốc độ tự thay đổi theo thời gian. Dưới dạng công thức, nó có thể được viết như sau:
a¯=dv¯ / dt.
Rõ ràng, lấy đạo hàm cấp hai củavectơ độ dời l¯ theo thời gian, chúng ta cũng sẽ nhận được giá trị của gia tốc.
Vì tốc độ được đo bằng mét trên giây nên gia tốc, theo biểu thức đã viết, được đo bằng mét trên giây bình phương.
Vectơ gia tốc và vận tốc ở đâu?
Trong vật lý, bất kỳ chuyển động cơ học nào của một cơ thể thường được đặc trưng bởi một quỹ đạo nhất định. Sau đó là một số đường cong tưởng tượng mà cơ thể di chuyển trong không gian. Ví dụ: một đường thẳng hoặc một đường tròn là những ví dụ cơ bản về các đường chuyển động phổ biến.
Véc tơ vận tốc của cơ thể luôn hướng theo hướng chuyển động, bất kể cơ thể giảm tốc độ hay tăng tốc, chuyển động trên đường thẳng hay đường cong. Nói theo thuật ngữ hình học, vectơ vận tốc hướng theo phương tiếp tuyến với điểm của quỹ đạo mà cơ thể đang ở.
Vectơ gia tốc của một vật chất hoặc điểm cơ thể không liên quan gì đến tốc độ. Vectơ này hướng theo hướng thay đổi tốc độ. Ví dụ: đối với chuyển động tịnh tiến, giá trị a¯ có thể trùng với hướng v¯ hoặc ngược hướng với v¯.
Lực tác động lên cơ thể và gia tốc
Chúng ta đã phát hiện ra rằng vectơ gia tốc của vật hướng về sự thay đổi của vectơ vận tốc. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng dễ dàng xác định tốc độ thay đổi như thế nào tại một điểm nhất định trên quỹ đạo. Hơn nữa, để xác định sự thay đổi của tốc độ, cần thực hiện thao tácsự khác biệt vectơ. Để tránh những khó khăn này trong việc xác định hướng của vectơ a¯, có một cách khác để tìm ra một cách nhanh chóng.
Dưới đây là định luật nổi tiếng của Newton với mọi học sinh:
F¯=ma¯.
Công thức cho thấy nguyên nhân của gia tốc trong các vật là lực tác dụng lên chúng. Vì khối lượng m là một chất vô hướng nên vectơ lực F¯ và vectơ gia tốc a¯ cùng phương. Thực tế này cần được ghi nhớ và áp dụng vào thực tế bất cứ khi nào cần xác định hướng của đại lượng a¯.
Nếu một số lực khác nhau tác dụng lên vật thể, thì phương của vectơ gia tốc sẽ bằng vectơ kết quả của tất cả các lực.
Chuyển động tròn và gia tốc
Khi một cơ thể chuyển động trên một đường thẳng, gia tốc sẽ hướng về phía trước hoặc phía sau. Trong trường hợp chuyển động theo đường tròn, tình huống phức tạp do vectơ vận tốc liên tục thay đổi hướng. Theo quan điểm trên, tổng gia tốc được xác định bởi hai thành phần của nó: gia tốc tiếp tuyến và gia tốc pháp tuyến.
Gia tốc tiếp tuyến có hướng giống hệt như vectơ vận tốc hoặc ngược lại với nó. Nói cách khác, thành phần gia tốc này hướng dọc theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo. Gia tốc tiếp tuyến mô tả sự thay đổi mô đun của chính tốc độ.
Gia tốc bình thường hướng theo pháp tuyến đến điểm đã cho của quỹ đạo, có tính đến độ cong của nó. Trong trường hợp chuyển động tròn đều, vectơ của thành phần này cho biếtđến tâm, tức là, gia tốc pháp tuyến hướng dọc theo bán kính quay. Thành phần này thường được gọi là hướng tâm.
Gia tốc toàn phần là tổng của các thành phần này, vì vậy vectơ của nó có thể được hướng tùy ý đối với đường tròn.
Nếu vật quay mà không thay đổi vận tốc thẳng thì chỉ có thành phần pháp tuyến khác 0 nên vectơ gia tốc toàn phần hướng vào tâm đường tròn. Lưu ý rằng trung tâm này cũng bị ảnh hưởng bởi một lực giữ cho cơ thể trên quỹ đạo của nó. Ví dụ, lực hấp dẫn của Mặt trời giữ Trái đất của chúng ta và các hành tinh khác ở trong quỹ đạo của chúng.
