Pergerakan benda-benda di ruang angkasa digambarkan oleh serangkaian karakteristik, di antaranya yang utama adalah jarak yang ditempuh, kecepatan dan percepatan. Ciri yang terakhir ini sangat menentukan kekhasan dan jenis gerakan itu sendiri. Pada artikel ini, kita akan membahas pertanyaan tentang apa itu percepatan dalam fisika, dan kita akan memberikan contoh penyelesaian masalah menggunakan nilai ini.
Persamaan utama dinamika
Sebelum mendefinisikan percepatan dalam fisika, mari kita berikan persamaan utama dinamika, yang disebut hukum kedua Newton. Hal ini sering ditulis sebagai berikut:
F¯dt=dp¯
Artinya, gaya F¯, yang memiliki karakter eksternal, memiliki efek pada benda tertentu selama waktu dt, yang menyebabkan perubahan momentum sebesar nilai dp¯. Sisi kiri persamaan biasanya disebut momentum tubuh. Perhatikan bahwa besaran F¯ dan dp¯ adalah vektor di alam, dan vektor-vektor yang bersesuaian dengannya diarahkansama.
Setiap siswa mengetahui rumus momentum, ditulis sebagai berikut:
p¯=mv¯
Nilai p¯ mencirikan energi kinetik yang tersimpan dalam benda (faktor kecepatan v¯), yang bergantung pada sifat inersia benda (faktor massa m).
Jika kita mengganti ekspresi ini ke dalam rumus hukum ke-2 Newton, kita mendapatkan persamaan berikut:
F¯dt=mdv¯;
F¯=mdv¯ / dt;
F¯=ma¯, dimana a¯=dv¯ / dt.
Nilai masukan a¯ disebut percepatan.
Apa itu percepatan dalam fisika?
Sekarang mari kita jelaskan apa arti nilai a¯ yang diperkenalkan di paragraf sebelumnya. Mari kita tuliskan lagi definisi matematikanya:
a¯=dv¯ / dt
Dengan menggunakan rumus, orang dapat dengan mudah memahami bahwa ini adalah percepatan dalam fisika. Besaran fisis a¯ menunjukkan seberapa cepat kecepatan akan berubah terhadap waktu, yaitu, ini adalah ukuran laju perubahan kecepatan itu sendiri. Misalnya, sesuai dengan hukum Newton, jika sebuah gaya 1 Newton bekerja pada benda yang beratnya 1 kilogram, maka ia akan memperoleh percepatan 1 m / s2, yaitu untuk setiap detik gerakan tubuh akan meningkatkan kecepatannya sebesar 1 meter per detik.
Percepatan dan kecepatan
Dalam fisika, ini adalah dua besaran berbeda yang saling berhubungan melalui persamaan gerak kinematik. Kedua besaran tersebut adalahvektor, tetapi dalam kasus umum mereka diarahkan secara berbeda. Percepatan selalu diarahkan sepanjang arah gaya kerja. Kecepatan diarahkan sepanjang lintasan tubuh. Vektor percepatan dan kecepatan akan berhimpitan satu sama lain hanya jika gaya luar dalam arah aksi bertepatan dengan gerakan benda.
Tidak seperti kecepatan, akselerasi bisa negatif. Fakta yang terakhir ini berarti arahnya berlawanan dengan gerakan tubuh dan cenderung mengurangi kecepatannya, yaitu terjadi proses perlambatan.
Rumus umum yang menghubungkan modul kecepatan dan percepatan terlihat seperti ini:
v=v0+ at
Ini adalah salah satu persamaan dasar dari gerakan benda yang dipercepat secara beraturan dan dipercepat secara seragam. Ini menunjukkan bahwa dari waktu ke waktu kecepatan meningkat secara linier. Jika gerakannya sama lambatnya, maka tanda minus harus diletakkan di depan istilah at. Nilai v0di sini adalah beberapa kecepatan awal.
Dengan gerak yang dipercepat secara seragam (sama lambatnya), rumusnya juga valid:
a¯=v¯ / t
Ini berbeda dari ekspresi serupa dalam bentuk diferensial di sini percepatan dihitung selama interval waktu yang terbatas t. Percepatan ini disebut rata-rata selama periode waktu yang ditentukan.
Jalan dan akselerasi
Jika benda bergerak lurus dan beraturan, maka lintasan yang ditempuh benda tersebut dalam waktu t dapat dihitung sebagai berikut:
S=vt
Jika v const, maka saat menghitung jarak yang ditempuh benda, percepatan harus diperhitungkan. Rumus yang sesuai adalah:
S=v0 t + at2 / 2
Persamaan ini menjelaskan gerak beraturan dipercepat (untuk gerak lambat beraturan, tanda "+" harus diganti dengan tanda "-").
Gerak melingkar dan percepatan
Disebutkan di atas bahwa percepatan dalam fisika adalah besaran vektor, yaitu, perubahannya dimungkinkan baik dalam arah maupun dalam nilai absolut. Dalam kasus gerak dipercepat bujursangkar yang dipertimbangkan, arah vektor a¯ dan modulusnya tetap tidak berubah. Jika modul mulai berubah, maka gerakan seperti itu tidak lagi dipercepat secara seragam, tetapi akan tetap bujursangkar. Jika arah vektor a¯ mulai berubah, maka geraknya akan menjadi lengkung. Salah satu jenis gerakan yang paling umum adalah gerakan titik material sepanjang lingkaran.
Dua rumus berlaku untuk jenis gerakan ini:
α¯=dω¯ / dt;
ac=v2 / r
Ekspresi pertama adalah percepatan sudut. Arti fisiknya terletak pada laju perubahan kecepatan sudut. Dengan kata lain, menunjukkan seberapa cepat tubuh berputar ke atas atau memperlambat rotasinya. Nilai adalah percepatan tangensial, yaitu arahnya tangensial ke lingkaran.
Ekspresi kedua menggambarkan percepatan sentripetal ac. Jika kecepatan rotasi liniertetap (v=const), maka modul ac tidak berubah, tetapi arahnya selalu berubah dan cenderung mengarahkan benda ke pusat lingkaran. Di sini r adalah jari-jari rotasi benda.
Masalah dengan jatuh bebas dari tubuh
Kami menemukan bahwa ini adalah percepatan dalam fisika. Sekarang mari kita tunjukkan bagaimana menggunakan rumus di atas untuk gerak lurus.
Salah satu masalah umum dalam fisika dengan percepatan jatuh bebas. Nilai ini mewakili percepatan yang diberikan oleh gaya gravitasi planet kita ke semua benda yang memiliki massa terbatas. Dalam fisika, percepatan jatuh bebas di dekat permukaan bumi adalah 9,81 m/s2.
Misalkan suatu benda berada pada ketinggian 20 meter. Kemudian dia dibebaskan. Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mencapai permukaan bumi?
Karena kecepatan awal v0sama dengan nol, maka untuk jarak yang ditempuh (tinggi h) kita dapat menulis persamaan:
h=gt2 / 2
Dari mana kita mendapatkan waktu musim gugur:
t=(2j / g)
Mengganti data dari kondisi, kami menemukan bahwa tubuh akan berada di tanah dalam 2,02 detik. Pada kenyataannya, waktu ini akan sedikit lebih lama karena adanya hambatan udara.
