المحتوى
السرعة والتسارع مفهومان أساسيان في الميكانيكا ، أو فيزياء الحركة ، وهما مرتبطان. إذا قمت بقياس سرعة كائن أثناء تسجيل الوقت ، ثم قياسه مرة أخرى لاحقًا ، وكذلك أثناء تسجيل الوقت ، يمكنك العثور على تسارع ، وهو الفرق في تلك السرعات مقسومًا على الفاصل الزمني. هذا هو الفكرة الأساسية ، رغم أنه في بعض المشكلات ، قد تضطر إلى اشتقاق السرعات من البيانات الأخرى.
هناك طريقة أخرى لحساب التسارع بناءً على قوانين نيوتن. وفقًا للقانون الأول ، تظل الهيئة في حالة حركة موحدة ما لم يتم التصرف بناءً على القوة ، ويعبّر القانون الثاني عن العلاقة الرياضية بين حجم القوة (F) والتسارع (أ) جسم من الكتلة م الخبرات بسبب هذه القوة. العلاقة هي F = أماه. إذا كنت تعرف حجم قوة تعمل على جسم ما ، وكنت تعرف كتلة الجسم ، فيمكنك على الفور حساب التسارع الذي تواجهه.
معادلة التسارع المتوسط
فكر في سيارة على طريق سريع. إذا كنت تريد أن تعرف مدى سرعة سيره ، ولا يعمل عداد السرعة ، فأنت تختار نقطتين في طريقه ، إكس1 و إكس2, وأنت تنظر إلى ساعتك بينما تمر السيارة في كل نقطة. متوسط سرعة السيارات هو المسافة بين النقطتين مقسومة على الوقت الذي تستغرقه السيارة لتمرير كل منهما. إذا كان الوقت على مدار الساعة في إكس1 يكون تي1, والوقت في إكس2 يكون تي2سرعة السياراتس) يكون:
س= ∆إكس ÷ ∆تي = (إكس2 − إكس1) ÷ (تي2 − تي1).
لنفترض الآن أن عداد السرعة للسيارات يعمل ، ويسجل سرعتين مختلفتين عند نقاط إكس1 و إكس2. نظرًا لأن السرعات مختلفة ، يجب أن تتسارع السيارة. يتم تعريف التسارع كتغيير السرعة خلال فترة زمنية معينة. يمكن أن يكون رقمًا سالبًا ، مما يعني أن السيارة كانت تتباطأ. إذا كانت السرعة لحظية كما سجلتها عداد السرعة في الوقت المناسب تي1 يكون س1، والسرعة في الوقت المناسب تي2 يكون س2، التسارع (أ) بين النقاط إكس1 و إكس2 يكون:
أ = ∆س ÷ ∆تي = (س2 − س1) ÷ (تي2 − تي1).
تخبرك معادلات التسريع المتوسطة هذه أنه إذا قمت بقياس السرعة في وقت معين وقياسها مرة أخرى في وقت آخر ، فإن التسارع هو تغيير السرعة مقسومًا على الفاصل الزمني. وحدات السرعة في نظام SI هي متر / ثانية (m / s) ، ووحدات التسارع هي متر / ثانية / ثانية (m / s / s) والتي تتم كتابتها عادة m / s2. في النظام الإمبراطوري ، تكون وحدات التسارع المفضلة هي قدم / ثانية / ثانية ، أو قدم / ثانية2.
مثال: تحلق طائرة على بعد 100 ميل في الساعة بعد الإقلاع مباشرة ، وتصل إلى ارتفاعها السريع بعد 30 دقيقة ، عندما تطير على بعد 500 ميل في الساعة. ما هو معدل تسارعها أثناء صعودها إلى ارتفاعها السريع؟
يمكننا استخدام صيغة التسارع المشتقة أعلاه. الفرق في السرعة (∆س) 400 ميل في الساعة ، والوقت 30 دقيقة ، أي 0.5 ساعة. التسارع هو بعد ذلك
أ = 400 ميل في الساعة / 0.5 ساعة = 800 ميل / ساعة2.
قانون نيوتن الثاني يوفر حاسبة تسريع
المعادلة التي تعبر عن قانون نيوتن الثاني ، F = أماه، هو واحد من الأكثر فائدة في الفيزياء ويعمل بمثابة صيغة تسريع. وحدة القوة في نظام SI هي نيوتن (N) ، التي سميت باسم السير إسحاق نفسه. واحد نيوتن هو القوة اللازمة لإعطاء كتلة كيلوغرام واحد تسارع 1 م / ث2. في النظام الإمبراطوري ، وحدة القوة هي الجنيه. يُقاس الوزن أيضًا بالجنيه ، لذلك لتمييز الكتلة عن القوة ، تسمى وحدات القوة باوند-القوة (lbf).
يمكنك إعادة ترتيب معادلة Newtons لحل التسارع من خلال قسمة الطرفين على م. لقد حصلت:
أ = F/م
استخدم هذا التعبير كآلة حاسبة تسريع عندما تعرف كتلة وحجم القوة المطبقة.
مثال: كائن مع كتلة من 8 كجم. يواجه قوة من 20 نيوتن. ما متوسط التسارع هل تواجه؟
أ = F/م = 20 N / 8 كجم = 2.5 م / ث2.
مثال: تجربة سيارة تبلغ وزنها 2000 رطل قوة قدرها 1000 رطل. ما هو تسارعها؟
الوزن ليس هو نفسه الكتلة ، لذلك للحصول على كتلة السيارات ، عليك أن تقسم وزنها على التسارع بسبب الجاذبية ، مع 32 قدم / ثانية2. الجواب هو 62.5 الرخويات (الرخويات هي وحدة للكتلة في النظام الإمبراطوري). الآن يمكنك حساب التسارع:
أ = F/م = 1000 رطل / 62.5 رخوة = 16 قدم / ثانية2.