Apa itu percepatan dalam fisika. Konsep akselerasi penuh dan komponennya. Gerakan bujursangkar yang dipercepat secara seragam

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 05:30

Gerakan mekanis mengelilingi kita sejak lahir. Setiap hari kita melihat bagaimana mobil bergerak di sepanjang jalan, kapal bergerak di sepanjang laut dan sungai, pesawat terbang, bahkan planet kita bergerak melintasi luar angkasa. Karakteristik penting untuk semua jenis gerakan tanpa kecuali adalah akselerasi. Ini adalah besaran fisis, yang jenis dan sifat utamanya akan dibahas dalam artikel ini.

Konsep fisik percepatan

Banyak istilah "percepatan" yang secara intuitif familiar. Dalam fisika, percepatan adalah besaran yang mencirikan setiap perubahan kecepatan dari waktu ke waktu. Rumusan matematika yang sesuai adalah:

a¯=dv¯/ dt

Garis di atas simbol dalam rumus berarti nilai ini adalah vektor. Jadi, percepatan a¯ adalah vektor dan juga menggambarkan perubahan besaran vektor - kecepatan v¯. Inipercepatan disebut penuh, itu diukur dalam meter per detik persegi. Misalnya, jika sebuah benda meningkatkan kecepatan sebesar 1 m/s untuk setiap detik gerakannya, maka percepatan yang sesuai adalah 1 m/s².

Dari mana akselerasi berasal dan kemana arahnya?

Kami menemukan definisi apa itu akselerasi. Ditemukan juga bahwa kita berbicara tentang besarnya vektor. Dimana vektor ini menunjuk?

Untuk memberikan jawaban yang benar atas pertanyaan di atas, kita harus mengingat hukum kedua Newton. Dalam bentuk umum, ditulis sebagai berikut:

F¯=ma¯

Dengan kata lain, persamaan ini dapat dibaca sebagai berikut: gaya F¯ dengan sifat apa pun yang bekerja pada benda bermassa m mengarah ke percepatan a¯ benda ini. Karena massa adalah besaran skalar, ternyata vektor gaya dan percepatan akan diarahkan sepanjang garis lurus yang sama. Dengan kata lain, percepatan selalu searah dengan arah gaya dan sama sekali tidak bergantung pada vektor kecepatan v¯. Yang terakhir diarahkan sepanjang garis singgung ke jalur gerak.

Gerakan lengkung dan komponen akselerasi penuh

Di alam, kita sering bertemu dengan pergerakan benda di sepanjang lintasan lengkung. Pertimbangkan bagaimana kita dapat menggambarkan percepatan dalam kasus ini. Untuk ini, kami berasumsi bahwa kecepatan titik material di bagian lintasan yang dipertimbangkan dapat ditulis sebagai:

v¯=vu_t¯

Kecepatan v¯ adalah produk dari nilai absolutnya v denganvektor satuan u_t¯ diarahkan sepanjang garis singgung ke lintasan (komponen tangensial).

Menurut definisi, percepatan adalah turunan dari kecepatan terhadap waktu. Kami memiliki:

a¯=dv¯/dt=d(vu_t¯)/dt=dv/dtu_t + vd(u_t¯)/dt

Suku pertama di ruas kanan persamaan tertulis disebut percepatan tangensial. Sama seperti kecepatan, ia diarahkan sepanjang garis singgung dan mencirikan perubahan nilai absolut v¯. Suku kedua adalah percepatan normal (sentripetal), arahnya tegak lurus terhadap garis singgung dan mencirikan perubahan besaran vektor v¯.

Dengan demikian, jika jari-jari kelengkungan lintasan sama dengan tak terhingga (garis lurus), maka vektor kecepatan tidak berubah arah dalam proses menggerakkan benda. Yang terakhir berarti bahwa komponen normal dari percepatan total adalah nol.

Dalam kasus titik material bergerak sepanjang lingkaran secara seragam, modulus kecepatan tetap konstan, yaitu, komponen tangensial dari percepatan total sama dengan nol. Komponen normal diarahkan ke pusat lingkaran dan dihitung dengan rumus:

a=v²/r

Di sini r adalah jari-jarinya. Alasan munculnya percepatan sentripetal adalah aksi pada tubuh beberapa gaya internal, yang diarahkan ke pusat lingkaran. Misalnya, untuk pergerakan planet mengelilingi Matahari, gaya ini adalah gaya tarik gravitasi.

Rumus yang menghubungkan modul akselerasi penuh dankomponen a_t(singgung), a (normal), terlihat seperti:

a=(a_t² + a²⁾

Gerakan dipercepat seragam dalam garis lurus

Pergerakan pada garis lurus dengan percepatan konstan sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, contohnya adalah pergerakan mobil di jalan raya. Jenis gerak ini dijelaskan oleh persamaan kecepatan berikut:

v=v₀+ at

Di sini v₀- beberapa kecepatan yang dimiliki tubuh sebelum percepatannya a.

Jika kita plot fungsi v(t), kita akan mendapatkan garis lurus yang memotong sumbu y di titik dengan koordinat (0; v₀), dan tangen kemiringan terhadap sumbu x sama dengan modulus percepatan a.

Mengambil integral dari fungsi v(t), kita mendapatkan rumus untuk jalur L:

L=v₀t + at²/2

Grafik fungsi L(t) adalah cabang kanan parabola, yang dimulai dari titik (0; 0).

Rumus di atas adalah persamaan dasar kinematika gerak dipercepat sepanjang garis lurus.

Jika sebuah benda, yang memiliki kecepatan awal v₀, mulai memperlambat gerakannya dengan percepatan konstan, maka kita berbicara tentang gerakan lambat seragam. Rumus berikut berlaku untuk itu:

v=v₀- at;

L=v₀t - at²/2

Memecahkan masalah menghitung percepatan

Diamkondisi, kendaraan mulai bergerak. Pada saat yang sama, dalam 20 detik pertama, ia menempuh jarak 200 meter. Berapakah percepatan mobil tersebut?

Pertama, mari kita tulis persamaan kinematik umum untuk lintasan L:

L=v₀t + at²/2

Karena dalam kasus kami kendaraan dalam keadaan diam, kecepatannya v₀ sama dengan nol. Kami mendapatkan rumus untuk percepatan:

L=at²/2=>

a=2L/t²

Substitusikan nilai jarak yang ditempuh L=200 m untuk selang waktu t=20 s dan tuliskan jawaban dari pertanyaan soal: a=1 m/s².