Как известно, движение в классической физике описывается вторым законом Ньютона. Благодаря этому закону вводится понятие ускорения тела. В данной статье рассмотрим основные формулы ускорения в физике, которые используют понятия действующей силы, скорости и пройденного телом пути.
Понятие об ускорении через второй закон Ньютона
Если на некоторое физическое тело массой m действует внешняя сила F¯, то при отсутствии других воздействий на него, можно записать следующее равенство:
Вам будет интересно:Как правильно: ЗАКС или ЗАГС?
F¯ = m*a¯
Здесь a¯ - векторная величина, получившая название линейного ускорения. Как видно из формулы, оно прямо пропорционально внешней силе F¯, поскольку массу тела можно считать величиной постоянной при скоростях намного меньших скорости распространения электромагнитных волн. Кроме того, вектор a¯ совпадает по направлению с F¯.
Приведенное выражение позволяет записать первую формулу ускорения в физике:
a¯ = F¯/m или a = F/m
Здесь второе выражение записано в скалярной форме.
Ускорение, скорость и пройденный путь
Еще один способ найти линейное ускорение a¯ заключается в исследовании процесса движения тела по прямой траектории. Такое движение принято описывать такими характеристиками, как скорость, время и пройденный путь. В этом случае ускорение понимается как скорость изменения самой скорости.
Для прямолинейного перемещения объектов справедливы следующие формулы в скалярной форме:
1) aM = dv/dt;
2) acp = (v2-v1)/(t2-t1);
3) acp = 2*S/t2
Первое выражение представляет собой мгновенное ускорение, оно определяется как производная скорости по времени.
Вторая формула позволяет рассчитать среднее ускорение. Здесь рассматривается два состояния движущегося объекта: его скорость в момент v1 времени t1 и аналогичная величина v2 в момент времени t2. Время t1 и t2 отсчитывается от некоторого начального события. Отметим, что среднее ускорение характеризует в общем эту величину на рассмотренном временном промежутке. Внутри же него значение мгновенного ускорения может изменяться и значительно отличаться от среднего acp.
Третья формула ускорения в физике дает возможность определять также acp, но уже через пройденный путь S. Формула справедлива, если тело начинало движения с нулевой скорости, то есть когда t=0, v0=0. Этот тип движения называют равноускоренным. Его ярким примером является падение тел в поле гравитации нашей планеты.
Движение по окружности равномерное и ускорение
Как было сказано, ускорение является вектором и по определению представляет собой изменение скорости за единицу времени. В случае равномерного движения по окружности модуль скорости не меняется, однако постоянно изменяет направление его вектор. Этот факт приводит к возникновению специфического вида ускорения, получившего название центростремительного. Оно направлено к центру окружности, по которой тело совершает движение, и определяется по формуле:
ac = v2/r, где r - радиус окружности.
Эта формула ускорения в физике демонстрирует, что его значение с ростом скорости растет быстрее, чем с уменьшением радиуса кривизны траектории.
Примером проявления ac является движение автомобиля, входящего в поворот.
