Mempelajari gerak mekanik, fisika menggunakan berbagai besaran untuk menggambarkan karakteristik kuantitatifnya. Hal ini juga diperlukan untuk aplikasi praktis dari hasil yang diperoleh. Dalam artikel ini, kita akan membahas apa itu percepatan dan rumus apa yang harus digunakan untuk menghitungnya.
Menentukan nilai melalui kecepatan
Mari kita mulai mengungkap pertanyaan tentang apa itu percepatan, dengan menulis ekspresi matematika yang mengikuti definisi nilai ini. Ekspresinya seperti ini:
a¯=dv¯ / dt
Sesuai dengan persamaan, ini adalah karakteristik yang secara numerik menentukan seberapa cepat kecepatan benda berubah dalam waktu. Karena yang terakhir adalah besaran vektor, percepatan mencirikan perubahan lengkapnya (modulus dan arah).
Mari kita lihat lebih dekat. Jika kecepatan diarahkan secara tangensial ke lintasan di titik yang dipelajari, maka vektor percepatan menunjukkan arah perubahannya selama interval waktu yang dipilih.
Lebih mudah menggunakan persamaan tertulis jika fungsinya diketahuiv(t). Maka cukup untuk menemukan turunannya terhadap waktu. Kemudian Anda dapat menggunakannya untuk mendapatkan fungsi a(t).
Percepatan dan hukum Newton
Sekarang mari kita lihat apa itu percepatan dan gaya dan bagaimana hubungannya. Untuk informasi rinci, Anda harus menuliskan hukum kedua Newton dalam bentuk biasa untuk semua orang:
F¯=ma¯
Pernyataan ini berarti bahwa percepatan a¯ hanya muncul ketika benda bermassa m bergerak, ketika dipengaruhi oleh gaya F¯ yang tidak nol. Mari kita pertimbangkan lebih lanjut. Karena m, yang dalam hal ini merupakan karakteristik inersia, adalah besaran skalar, gaya dan percepatan diarahkan dalam arah yang sama. Faktanya, massa hanyalah koefisien yang menghubungkan mereka.
Memahami rumus tertulis dalam praktik itu mudah. Jika sebuah gaya 1 N bekerja pada sebuah benda bermassa 1 kg, maka untuk setiap sekon setelah dimulainya gerakan, benda tersebut akan menambah kecepatannya sebesar 1 m/s, yaitu percepatannya akan sama dengan 1 m /s2.
Rumus yang diberikan dalam paragraf ini adalah dasar untuk menyelesaikan berbagai macam masalah tentang gerakan mekanis benda di ruang angkasa, termasuk gerakan rotasi. Dalam kasus terakhir, analog dari hukum kedua Newton digunakan, yang disebut "persamaan momen".
Hukum gravitasi universal
Kami menemukan di atas bahwa percepatan benda muncul karena aksi kekuatan eksternal. Salah satunya adalah interaksi gravitasi. Ini benar-benar berfungsi di antara semuabenda nyata, bagaimanapun, ia memanifestasikan dirinya hanya pada skala kosmik, ketika massa benda sangat besar (planet, bintang, galaksi).
Pada abad ke-17, Isaac Newton, menganalisis sejumlah besar hasil pengamatan eksperimental benda kosmik, sampai pada ekspresi matematika berikut untuk ekspresi gaya interaksi F antara benda bermassa m 1dan m 2 yang r terpisah:
F=Gm1 m2 / r2
Di mana G adalah konstanta gravitasi.
Gaya F dalam kaitannya dengan Bumi kita disebut gaya gravitasi. Rumusnya dapat diperoleh dengan menghitung nilai berikut:
g=GM / R2
Di mana M dan R masing-masing adalah massa dan jari-jari planet. Jika kita mengganti nilai-nilai ini, kita mendapatkan bahwa g=9,81 m/s2. Sesuai dengan dimensi, kami telah menerima nilai yang disebut percepatan jatuh bebas. Kami mempelajari masalah ini lebih lanjut.
Mengetahui berapa percepatan jatuh g, kita dapat menulis rumus gravitasi:
F=mg
Ungkapan ini persis mengulangi hukum kedua Newton, tetapi alih-alih percepatan tak tentu a, nilai g, yang konstan untuk planet kita, digunakan di sini.
Ketika sebuah benda diam di permukaan, benda itu memberikan gaya pada permukaan itu. Tekanan ini disebut berat badan. Untuk memperjelas, itu adalah berat, dan bukan massa tubuh, yang kita ukur ketikakita naik timbangan. Rumus untuk penentuannya jelas mengikuti hukum ketiga Newton dan ditulis sebagai:
P=mg
Rotasi dan akselerasi
Rotasi sistem benda tegar dijelaskan oleh kuantitas kinematik selain gerakan translasi. Salah satunya adalah percepatan sudut. Apa artinya dalam fisika? Ekspresi berikut akan menjawab pertanyaan ini:
α=dω / dt
Seperti percepatan linier, percepatan sudut mencirikan perubahan, bukan hanya kecepatan, tetapi karakteristik sudut yang sama. Nilai diukur dalam radian per detik (rad/s), jadi dihitung dalam rad/s2.
Jika percepatan linier terjadi karena aksi gaya, maka percepatan sudut terjadi karena momentumnya. Fakta ini tercermin dalam persamaan momen:
M=I
Di mana M dan I masing-masing adalah momen gaya dan momen inersia.
Tugas
Setelah berkenalan dengan pertanyaan tentang apa itu percepatan, kami akan memecahkan masalah konsolidasi materi yang dipertimbangkan.
Diketahui bahwa sebuah mobil telah meningkatkan kecepatannya dari 20 menjadi 80 km/jam dalam 20 detik. Berapa percepatannya?
Pertama kita ubah km/jam ke m/s, kita peroleh:
20 km/jam=201.000 / 3.600=5.556 m/s
80 km/jam=801.000 / 3.600=22,222 m/s
Dalam hal ini, alih-alih diferensial, perbedaan kecepatan harus disubstitusikan ke dalam rumus untuk menentukan percepatan, yaitu:
a=(v2-v1) / t
Substitusikan kecepatan dan waktu percepatan yang diketahui ke dalam persamaan, kita mendapatkan jawabannya: a 0,83 m/s2. Percepatan ini disebut rata-rata.
