Kinematyka należy do jednego z działów fizyki. Obejmuje on podstawowe wielkości opisujące ruch: drogę, prędkość czy przyspieszenie. Przyspieszenie definiuje się jako wektorową wielkość fizyczną, która określa zmianę wektora prędkości w czasie, inaczej mówiąc, przyspieszenie pokazuje nam, jak szybko zmienia się prędkość. Od czego zależy przyspieszenie? Jaki wzór stosuje się do obliczania przyspieszenia? W artykule pokażemy przykładowe zadania z użyciem wzoru na przyspieszenie wraz z rozwiązaniami.
Wzór na przyspieszenie – jak obliczyć?
Spis treści
Kinematyka – czym zajmuje się dział?
Kinematyka to dział fizyki, który zajmuje się badaniem, w jaki sposób poruszają się obiekty. Zjawisko ruchu można zaobserwować na co dzień, np. patrząc na jadące autostradą samochody, rzucając piłką do koszykówki, czy obserwując lecącego ptaka.
Zanim zajmiemy się definicją przyspieszenia, należy wyjaśnić kilka pojęć, które są istotne dla właściwego zrozumienia tego zagadnienia.
Fizyka i pojęcie ruchu
- Ruch – ciało się porusza, wtedy gdy zmienia swoje położenie względem układu odniesienia w określonym czasie.
- Układ odniesienia – to ciało, względem którego określa się położenie innych ciał.
- Względność ruchu – oznacza, że ciało może znajdować się względem jednego układu odniesienia w ruchu, a względem drugiego w spoczynku: np. kierowca jadącego samochodu pozostaje w spoczynku względem fotela, na którym siedzi, ale znajduje się w ruchu względem np. stacji benzynowej.
- Tor – to linia zakreślona przez wybrany punkt poruszającego się ciała.
- Droga – oznacza długość odcinka toru pomiędzy dwoma wybranymi położeniami.
- Przemieszczenie – to wektor, którego początek znajduje się w punkcie odpowiadającym położeniu początkowemu ciała, a koniec znajduje się w punkcie odpowiadającym położeniu końcowemu ciała.
Wzór na przyspieszenie
Ta wartość pokazuje nam, jak szybko zmienia się prędkość, np. jak przyspiesza samochód. Przyspieszenie można obliczyć z następującego wzoru:
gdzie:
a – przyspieszenie,
ΔV – zmiana prędkości,
Δt – czas.
Aby móc obliczyć wartość przyspieszenia a, należy podzielić zmianę prędkości ΔV przez czas Δt.
Jak policzyć zmianę prędkości ΔV? Należy odjąć prędkość początkową Vp od prędkości końcowej Vk. W przypadku, gdy prędkość początkowa była równa zero, to zmiana prędkości będzie taka sama, jak prędkość końcowa.
Zmianę prędkości obrazuje wzór:
ΔV = (Vk – Vp)
Jednostka przyspieszenia to 1 m/s2, co oznacza, że w ciągu 1 sekundy prędkość ciała zmienia się o 1 m/s.
Od czego zależy przyspieszenie?
Odpowiedź na to pytanie związana jest z drugą zasadą dynamiki Newtona. Jej definicja to: jeśli na ciało działa stała, niezrównoważona siła (siła wypadkowa), to ciało porusza się ruchem jednostajnie zmiennym z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do działającej siły i odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała.
Ruch jednostajny zmienny to ruch prostoliniowy, w którym przyspieszenie jest stałe.
Ruch jednostajny przyspieszony to ruch, w którym prędkość ciała zwiększa się o jednakową wartość w jednakowych odstępach czasu, a ciało porusza się po linii prostej.
Znając tę zasadę, można wyciągnąć wniosek, że przyspieszenie ciała zależy od siły wypadkowej działającej na ciało oraz masy ciała.
Przykładowe zadanie z przyspieszenia wraz z rozwiązaniem
Zadanie 1. Oblicz średnie przyspieszenie motoru, który w ciągu 3 s rozpędził się do prędkości
70 km/h, początkowo stojąc nieruchomo na parkingu.
Dane:
Δt = 3 s
V = 70 km/h = 19,44 m/s
Vk = 19,44 m/s
Vp = 0 m/s
a = ?
Obliczenia:
Na początku należy obliczyć zmianę prędkości:
ΔV = (Vk – Vp)
ΔV = (19,44 – 0)
ΔV = 19,44 m/s
Teraz można zabrać się za obliczanie przyspieszenia:
a = 6,48 m/s2
Odpowiedź: Motor rozpędził się z przyspieszeniem 6,48 m/s2.
Przyspieszenie w pigułce – najważniejsze informacje do zapamiętania
Przyspieszenie w fizyce oznacza zmianę prędkości ciała w czasie, czyli jak wzrasta lub maleje prędkość ciała w jednostce czasu. Przyspieszenie oblicza się jako stosunek zmiany prędkości do czasu, w którym ta zmiana następuje.
Podstawową jednostką przyspieszenia w układzie SI jest metr na sekundę kwadratową [m/s2].
Przyspieszenie jest kluczowym pojęciem w fizyce, gdyż opisuje zmiany ruchu ciał i jest związane z siłą, która działa na ciało zgodnie z II zasadą dynamiki Newtona.
Przykładem przyspieszenia jest jazda samochodu, który przyspiesza podczas wyprzedzania innego auta. W tym przypadku samochód zmienia swoją prędkość z wartości zerowej na pewną dodatnią wartość w określonym czasie, co oznacza, że następuje przyspieszenie.
Mały słownik ważnych i krótkich definicji
- Prędkość – wielkość wektorowa określająca, jak szybko zmienia się położenie w czasie.
- Przyspieszenie – wielkość wektorowa opisująca, jak szybko zmienia się prędkość w czasie.
- Ruch jednostajnie przyspieszony – ruch, w którym wartość prędkości rośnie w sposób jednostajny.
- Droga – długość toru ruchu (s), po którym porusza się ciało.
- Kinematyka – dział w fizyce opisujący ruch ciał, uwzględniający ich prędkość i tor ruchu. Nie zajmuje się natomiast przyczynami ruchu, czyli siłami.
- Ruch prostolinijny – ruch, którego torem jest linia prosta.
- Układ odniesienia – ciało, względem którego opisuje się położenie poruszającego się ciała.
Bibliografia
- https://leszekbober.pl/wzor-na-przyspieszenie/
- https://zpe.gov.pl/a/podsumowanie-wiadomosci-z-kinematyki/D12ZDuw86
- https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-1/pages/5-3-druga-zasada-dynamiki-newtona
Opublikowano: 30.07.2024;
Oceń:
0.0
Komentarze i opinie (0)