Разгона с: С Разгона и С Разгону

Какое ускорение может выдержать человек

По неизвестной нам причине производители автомобилей буквально одержимы временем разгона с места до 100 км/ч, словно это самый важный параметр на свете. И это заставляет всерьёз задуматься — насколько быстрый разгон способно выдержать человеческое тело? Вдруг мы уже находимся на пределе возможностей?

Теги:

Нетленка

Здоровье

Как это устроено

тело

Ракета

Как известно, ускорение — это физическая величина, определяющая изменение скорости со временем. Обычно мы измеряем его с точки зрения ускорения свободного падения, которое численно равно силе тяжести на поверхности Земли. Ускорение свободного падения обозначается буквой g и варьируется от 9,780 м/с² на экваторе до 9,832 м/с² на полюсах. Стандартное значение g, определённое как «среднее» по всей планете, составляет 9,8 м/с².

Соответственно, 1 g считается эквивалентом силы земной гравитации. Когда мы говорим об ускорении в автомобиле, мы подразумеваем силу g, действующую на пассажиров в линейной горизонтальной оси. Давайте же выясним, сколько именно g мы испытываем в тех или иных машинах. Для того, чтобы продемонстрировать ускорение в 1 g, автомобиль должен разогнаться до 100 км/ч за 2,8 секунды. Ускорение до «сотни» за 10 секунд, довольно медленное по нынешним временам, составляет лишь 0,28 g.

Дрэгстеры категории Top Fuel умеют разгоняться не хуже, чем ракеты — с нуля до 100 км/ч за невероятные 0,5 секунды! Такого рода ускорение величиной 5,6 g весьма ощутимо для тела, но убить человека оно не может. В принципе, можно потерять сознание или даже умереть, если испытать ускорение порядка 6 g продолжительностью несколько секунд, но известны случаи, когда человек выживал и при воздействии 100 g — правда, чрезвычайно кратковременном.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Например, «американские горки» могут обеспечить вам до 6 g, но длительность ускорения настолько мала, что это совершенно не опасно для здоровья. Лётчики в специальных костюмах переносят 9 g, но абсолютный рекорд принадлежит офицеру ВВС США Джону Стаппу, который испытал ужасающие 46,2 g, пилотируя ракетные сани на авиабазе Эдвардс в Калифорнии. Впрочем, едва ли обычный человек выдержал такую перегрузку без подготовки.

К тому же подполковник Стапп в ходе испытаний реактивных саней успел перенести и несколько значительно менее удачных для здоровья заездов. Однажды при ускорении в 35 g Джон потерял несколько пломб, сломал рёбра и испытал некоторые другие пикантные неудобства, на которые вряд ли согласятся покупатели дорогих и мощных автомобилей. Имея это в виду, давайте установим 30 g как предел для ускорения без телесных повреждений.

В привычных нам величинах это означает разгон с 0 до 100 км/ч за невероятные пока 0,093 секунды. Если мы готовы пойти на выпавшие пломбы, сломанные рёбра и испорченный салон автомобиля, можно рискнуть катапультироваться до «сотни» за 0,08 секунды. Наконец, в ходе рекордного заезда бывалый испытатель Джон Стапп перенёс ускорение в 0,06 секунды до 100 км/ч. Что ж, на сегодняшний день мы весьма далеки от опасного для жизни разгона. Хорошая новость, не так ли?

Какие техники разгона бывают и как правильно это делать / Автомобили и другие средства передвижения и аксессуары / iXBT Live

Как показывает практика, подавляющее
большинство водителей на опасную ситуацию реагирует типично — «рефлексом
торможения», это естественно, но — правильно ли? Дело в том, что подобный маневр
не всегда гарантирует нашу безопасность. Он отрицательно влияет управляемость
автомобиля, в частности, например, сопровождается блокировкой колес (если в
авто нет АБС), а если антиблокировочная система имеется, то та же практика
показывает, что большинство современных автовладельцев пользоваться ею не
умеет! И это не шутка и не выдумки — это факт! Но техника торможения — это иная
тема, а сегодня будем говорить о правильном грамотном разгоне, и этому приему следует
научиться.

Содержание
  • Техника разгона
  • Разгон
    с места
  • Разгон
    сходу
  • Анонс
    — экстренный разгон

Теоретики управления автомобилем различают пять видов разгона:

  • с
    места — трогание;
  • с
    хода — или, другими словами, увеличение скорости;
  • служебный
    разгон — неторопливое, не экстренное увеличение скорости;
  • непроизвольный
    разгон автомобиля;
  • и
    так называемый экстренный разгон.

Каждый из этих видов имеет свою специфику и рассматривается
в любом учебнике водителя. Подробно мы остановимся только на тех видах, которые
требуют подробного анализа.

Например, служебный разгон. Он, как это классифицируют
специалисты, производится в относительно комфортной зоне ускорения — до 2 м/с2,
то есть в форме плавного увеличения скорости. Кто-то при этом руководствуется типом
и моделью автомобиля, на котором ездит, кто-то своим темпераментом и
характером, а если учитывать экономическую и финансовую ситуацию в стране, то и
соображениями экономии топлива, увеличения ресурса двигателя и так далее.

Непроизвольный разгон и взятие его под контроль можно
рассматривать в контексте управления автомобиля в особых условиях, то есть —
горных дорог, а это также другая тема.

Всё та же практика показывает, что даже водители со стажем
правильно трогаться с места не умеют. Различие разгонов с хода и с места
различаются тем, что во втором случае требуется преодолеть момент инерции, происходит
однозначно большой расход топлива, а малоопытный водитель еще и рискует «спалить»
сцепление. Экстренный разгон с места — это и вовсе удел водителей оперативных
служб, которые в своем подавляющем большинстве профессионалы высокого класса.
Еще экстренный разгон умеют грамотно делать спортсмены, однако здесь никто даже
не задумывается о расходе топлива, «долгожительстве» ДВС, КПП и всех остальных
компонентов трансмиссии. Знающие люди рассказывают, что в иных дисциплинах
двигатель, случается, «живет» лишь одну гонку.

Приемам трогания с места обучают во всех автошколах, и это
понятно. Однако, чтобы овладеть этими приемами в совершенстве, грамотный
инструктор своим ученикам задачу со временем усложняет. На автодроме всегда имеется
такое инженерное сооружение, которое имитирует крутой подъем (такой можно найти
и в собственном микрорайоне). Упражнение начинается в самом его начале, где
угол подъема невелик. Следует завести двигатель, включить передачу, снять машину
с ручника, и плавно-плавно отпуская сцепление, тронуться.

Еще раз.

И еще, и еще, до тех пор, пока
автомобиль не тронется на подъем плавно, без рывков, без рёва двигателя и не
заглохнув. И так упражняемся всё выше и выше к вершине.

Определенные особенности имеет трогание
на скользком покрытии — зимой. Тут ошибка возникает в самой начальной фазе, и
неправильные действия ведут к проскальзыванию колес. Малоопытному водителю я
всегда рекомендую трогаться, например, не с первой, а со второй передачи;
соприкосновение дисков сцепления происходит гораздо более плавно, и пробуксовки,
как правило, не происходит.

Кроме того, имеются различия при
трогании на скользкой дороге передне- и заднеприводного автомобиля. В чем оно
выражается?

Автомобиль с классической компоновкой «загружает»
заднюю ось (ведущую), а уже через секунду происходит ее «разгрузка». Именно
этот момент умеет уловить опытный водитель, чтобы не сорвать ведущие колеса в
пробуксовку.

Переднеприводный автомобиль — наоборот
разгружает передние колеса при старте, поэтому трогаться на нем с места нужно
еще более плавно. Эффект загрузки-разгрузки можно (а иногда и нужно) использовать,
будь это трогание на скользкой дороге или при раскачивании автомобиля, чтобы
вырваться из снежного или грязевого плена. При торможении однозначно и ВСЕГДА загружается
передняя ось. Именно поэтому, например, передние колодки ходят втрое меньше
задних.

Довольно смешно наблюдать за
малоопытным водителем, который в отчаянии визжит своими ведущими колесами на скользкой
дороге или в снежном заносе, вместо того, чтобы выйти из автомобиля осмотреться
и подумать. Раскачивание автомобиля с целью перераспределения массы по осям и
использование простейших законов физики — есть неограниченный резерв
профессионального водителя, который и отличает его от новичка.

Кстати, о новичках. О тех из них,
которые уже имеют «кое-какой опыт». Именно они используют эффект разгрузки
ведущей оси, чтобы именно в этот момент «дать газу» и сорваться с места «с
визгом». Перед девушками, эффектно и — с форсом. У девушек вы впечатление
создадите, но у профессионала такой прием вызовет лишь снисходительную улыбку,
словно у льва на поляне, о котором я скажу через два абзаца.

Здесь не надо преодолевать момента
инерции, не так велик расход топлива и имеется возможность использовать высокие
обороты двигателя, а соответственно и максимальный крутящий момент. Это «в
теории».

На практике это умеют делать только опытные
водители со стажем. Здесь требуется не столько профессиональное владение
собственно автомобилем, сколько тактическое умение ориентироваться в насыщенном
дорожном потоке. Способность угадывать цвет светофора не только на ближайшем
перекрестке, но и на перекрестках, у которых ты окажешься через полторы-две
минуты. Опытный водитель смотрит не только на тот светофор, к которому
приближается, но и на следующий за ним, и даже еще дальше, сколько хватит
остроты зрения или позволит рельеф улицы — до горизонта!

При этом опытный водитель с ухмылкой
провожает тех «гонщиков», то есть тех неопытных, водителей, которые с
очередного светофора срываются, словно со старта «Париж – Дакар»… лишь для
того, чтобы на следующем перекрестке педаль тормоза вдавить в пол. Именно эта
категория участников движения особенно раздражает (и заражает) большинство других
участников движения. Профессионал на таких «резвых» просто не обращает внимания
и не тратит нервов; он, словно лев на поляне, лишь поведет лениво бровью, когда
щенки рядом начинают слишком громко резвиться.

Экстренный разгон применяется в особых
условиях и, как правило, при остром дефиците времени. Он требует и высокого
профессионального мастерства, и одновременно жесткого и порой безжалостного
отношения к своему автомобилю и двигателю. Назначение экстренного разгона —
повышение безопасности движения в экстремальной ситуации.

И об этом — во второй части стати. 

Пока не вышла вторая часть, предлагаю посмотреть обзор полезного кухонного помощника по этой ссылке.  

Калькулятор ускорения | Определение | Формула

Создано Матеушем Мухой и Домиником Черниа, доктором философии

Отзыв от Bogna Szyk и Jack Bowater

Последнее обновление: 22 мая 2023 г.

Содержание:

  • Что такое ускорение? — определение ускорения
  • Как найти ускорение? – калькулятор ускорения
  • Формула ускорения – три уравнения ускорения
  • Единицы ускорения
  • Примеры ускорения
  • FAQ

Наш калькулятор ускорения — это инструмент, который поможет вам узнать насколько быстро изменяется скорость объекта . Он работает тремя различными способами, основанными на:

  1. Разнице между скоростями в два разных момента времени.
  2. Расстояние, пройденное при ускорении.
  3. Масса ускоряющегося тела и сила, действующая на него.

Если вы спрашиваете себя, что такое ускорение, какова формула ускорения или каковы единицы измерения ускорения, продолжайте читать, и вы узнаете, как найти ускорение. Ускорение строго связано с движением объекта, и каждый движущийся объект обладает определенной энергией.

Чтобы было понятнее, мы также подготовили несколько примеров ускорения, которые часто встречаются в физике. Вы можете найти там:

  1. Центростремительное ускорение и тангенциальное ускорение.
  2. Угловое ускорение.
  3. Ускорение под действием силы тяжести.
  4. Ускоритель частиц.

Ускорение всегда происходит всякий раз, когда на объект действует ненулевая результирующая сила. Вы можете почувствовать это в лифте, когда вы становитесь немного тяжелее (ускоряясь) или легче (замедляясь), или когда вы едете вниз по крутому склону на санях по снегу. Более того, из общей теории относительности мы знаем, что вся Вселенная не просто расширяется, а даже является ускоренным расширением! Это означает, что расстояние между двумя точками постоянно становится все больше и больше, но мы не можем чувствовать это каждый день, потому что все масштабы в мире тоже расширяются.

Что такое ускорение? — определение ускорения

Ускорение – скорость изменения скорости объекта; другими словами, это то, как быстро меняется скорость. Согласно второму закону Ньютона ускорение прямо пропорционально сумме всех сил, действующих на объект, и обратно пропорционально его массе. В этом есть здравый смысл — если на объект толкают несколько разных сил, вам нужно вычислить, что они в сумме дают (они могут действовать в разных направлениях), а затем разделить результирующую результирующую силу на массу вашего объекта.

Это определение ускорения говорит, что ускорение и сила, по сути, одно и то же. При изменении силы меняется и ускорение, но величина его изменения зависит от массы объекта (подробнее см. наш калькулятор величины ускорения). Это неверно в ситуации, когда меняется и масса, например, при ракетной тяге, когда сгоревшее топливо выходит из сопла ракеты. См. наш калькулятор тяги ракеты, чтобы узнать больше.

Мы можем измерить ускорение объекта непосредственно с помощью акселерометр . Если вы повесите объект на акселерометр, он покажет ненулевое значение. Почему это? Ну, это из-за гравитационных сил, которые действуют на каждую частицу, имеющую массу. А где результирующая сила, там и ускорение. Таким образом, акселерометр в состоянии покоя измеряет ускорение свободного падения, которое на поверхности Земли составляет около 31,17405 фут/с² (9,80665 м/с²) . Другими словами, это ускорение свободного падения, которое получает любой объект в вакууме.

Говоря о пылесосах, вы когда-нибудь смотрели «Звездные войны» или другой фильм, действие которого происходит в космосе? Эпические сражения космических кораблей, звуки бластеров, двигателей и взрывов. Что ж, это ложь. Космос — это вакуум, и звука там не слышно (звуковым волнам для распространения требуется материя). Эти бои должны быть беззвучными! В космосе никто не услышит твой крик.

Как найти ускорение? – калькулятор ускорения

Калькулятор ускорения на этом сайте учитывает только ситуацию, в которой объект имеет равномерное (постоянное) ускорение. В этом случае уравнение ускорения по определению представляет собой соотношение изменения скорости за определенное время.

Здесь вы можете узнать, как найти ускорение еще двумя способами. Давайте посмотрим, как пользоваться нашим калькулятором (вы можете найти уравнения ускорения в следующем разделе):

  • В зависимости от того, какие данные у вас есть, вы можете рассчитать ускорение тремя различными способами. Прежде всего, выберите соответствующее окно (#1, #2 или #3),
  • [если вы выберете #1] — Введите начальную v_i и конечную v_f скорости объекта и сколько времени Δt потребовалось для изменения скорости (при необходимости см. наш калькулятор скорости).
  • [если вы выбрали #2] — Введите начальную скорость v_i , пройденное расстояние Δd и время Δt пройденное во время ускорения. Здесь вам не нужно знать конечную скорость.
  • [если вы выберете #3] — Введите массу м объекта и результирующую силу F , действующую на этот объект. Это совершенно другой набор переменных, вытекающий из второго закона Ньютона (еще одно определение ускорения).
  • Считать результирующее ускорение из последнего поля. Вы также можете выполнить расчеты другим способом, если знаете, что такое ускорение, например, для оценки расстояния Δd . Просто укажите остальные параметры в этом окне.

Формула ускорения – три уравнения ускорения

В 17 веке сэр Исаак Ньютон , один из самых влиятельных ученых всех времен, опубликовал свою знаменитую книгу Principia . В ней он сформулировал закон всемирного тяготения, гласящий, что любые два объекта, обладающие массой, будут притягиваться друг к другу с силой, экспоненциально зависящей от расстояния между этими объектами (в частности, она обратно пропорциональна квадрату расстояния). Чем тяжелее объекты, тем больше сила гравитации. Это объясняет, например, почему планеты вращаются вокруг очень плотного Солнца.

В Principia Ньютон также включает три закона движения, которые занимают центральное место в понимании физики нашего мира. Калькулятор ускорения основан на трех различных уравнениях ускорения, где третье получено из работы Ньютона:

  1. а = (v_f - v_i) / Δt ;
  2. а = 2 × (Δd - v_i × Δt) / Δt² ;
  3. а = Ф/м ;

где:

  • a – Ускорение;
  • v_i и v_f — соответственно начальная и конечная скорости;
  • Δt – Время разгона;
  • Δd – Расстояние, пройденное при разгоне;
  • F – Суммарная сила, действующая на объект, который ускоряется; и
  • м – Масса этого объекта.

Теперь вы знаете, как рассчитать ускорение! В следующем абзаце мы обсудим единицы ускорения (SI и Imperial).

Единицы ускорения

Если вы уже знаете, как рассчитать ускорение, давайте сосредоточимся на единицах ускорения. Вы можете вывести их из уравнений, которые мы перечислили выше. Все, что вам нужно знать, это то, что скорость выражается в футах в секунду (британская/американская система) или в метрах в секунду (система СИ), а время — в секундах. Следовательно, если разделить скорость на время (как мы делаем в первой формуле ускорения), то получим единицу ускорения 9.0078 фут/с² или м/с² в зависимости от используемой системы.

В качестве альтернативы можно использовать третье уравнение. В этом случае нужно разделить силу (фунты в США и ньютоны в СИ) на массу (фунты в США и килограммы в СИ), получив пдл/фунт или Н/кг . Они оба представляют одно и то же, так как фунт равен pdl = фунт·фут/с² , а ньютон равен Н = кг·м/с² . Когда вы подставите его и уменьшите единицы измерения, вы получите (фунт·фут/с²) / фунт = фут/с² или (кг·м/с²) / кг = м/с² .

Есть и третий вариант, который, кстати, широко используется. Вы можете выразить ускорение через стандартное ускорение , вызванное гравитацией вблизи поверхности Земли, которое определяется как г = 31,17405 фут/с² = 9,80665 м/с² . Например, если вы говорите, что лифт движется вверх с ускорением 0,2g , это означает, что он ускоряется примерно с 6,2 фут/с² или 2 м/с² (т.0078 0,2 × г ). Мы округли приведенные выше выражения до двух значащих цифр.

Примеры ускорения

Центростремительное ускорение и тангенциальное ускорение

Ускорение, как правило, представляет собой вектор, поэтому его всегда можно разложить на составляющие. Обычно у нас есть две части, перпендикулярные друг другу: центростремительная и тангенциальная . Центростремительное ускорение изменяет направление скорости и, следовательно, форму пути, но не влияет на значение скорости. С другой стороны, тангенциальное ускорение всегда перпендикулярно траектории движения. Это изменяет только значение скорости , но не ее направление.

В круговом движении (крайний левый рисунок ниже), когда объект движется по окружности круга, присутствует только центростремительная составляющая. Объект будет поддерживать свою скорость на постоянном уровне; подумайте о Земле, которая имеет центростремительное ускорение из-за гравитации Солнца (на самом деле ее скорость немного меняется в течение года).

Когда оба компонента присутствуют, траектория объекта выглядит как на картинке справа. Что произойдет, если есть только тангенциальное ускорение? Затем происходит прямолинейное движение. Это похоже на то, когда вы нажимаете на педаль газа в автомобиле на прямом участке автострады.

Угловое ускорение

Угловое ускорение играет жизненно важную роль в описании вращательного движения. Однако не путайте его с ранее упомянутыми центростремительным или тангенциальным ускорениями. Эта физическая величина соответствует скорости изменения угловой скорости. Другими словами, он сообщает вам, насколько быстро ускоряется вращение объекта — объект вращается все быстрее и быстрее (или все медленнее и медленнее, если угловое ускорение меньше нуля). Ознакомьтесь с нашим калькулятором углового ускорения для получения дополнительной информации.

Знаете ли вы, что мы можем найти аналогию между этим и законом динамики Ньютона во вращательном движении? В его втором законе, если вы можете поменять местами ускорение с угловым ускорением, силу с крутящим моментом и массу с моментом инерции, вы получите уравнение углового ускорения. Вы могли заметить, что некоторые физические законы, подобные этому, универсальны, что делает их очень важными в физике.

Гравитационное ускорение

Ранее мы упоминали ускорение свободного падения несколько раз. Оно возникает из-за гравитационной силы, которая существует между любыми двумя объектами, имеющими массу (обратите внимание, что уравнение гравитации не зависит от объема объекта — здесь важна только масса). Сначала это может показаться странным, но, согласно третьему закону движения Ньютона, вы действуете на Землю с такой же силой, как Земля действует на вас . Однако масса Земли намного больше массы человека (в ~10²² раз больше), поэтому наше влияние на Землю практически равно нулю. Это аналогично всем бактериям (примерно в 10¹⁸ раз легче человека), живущим на вашей руке; их даже не замечаешь! С другой стороны, мы можем чувствовать влияние нашей планеты, а именно ускорение под действием силы тяжести.

Стандартная гравитация по определению равна 31,17405 фут/с² (90,80665 м/с²), поэтому, если человек весит 220 фунтов (около 100 кг), он подвергается гравитационной силе около 7000 пдл (1000 Н). Введем это значение в окно №3 нашего калькулятора вместе с массой Земли (1,317 × 10²⁵ фунтов или 5,972 × 10²⁴ кг в экспоненциальном представлении). Каково расчетное ускорение? Это , настолько маленькое , что наш калькулятор считает его равным нулю . Мы ничто по сравнению с планетой!

Ускоритель частиц

Поговорив об огромных объектах в космосе, давайте перейдем к микроскопическому миру частиц. Хотя мы не можем видеть их глазами, мы научились использовать высокоэнергетические частицы, такие как электроны и протоны, и регулярно используем их в ускорителях частиц; распространены в физике, химии и медицине. Мы используем их, чтобы убивать раковые клетки, не затрагивая окружающие здоровые ткани, или исследовать структуру материала в атомном масштабе. В последнее время рак является одной из болезней изобилия, которая, вероятно, является результатом увеличения благосостояния в обществе.

Вы, наверное, знаете о Большом адронном коллайдере (ЦЕРН), самом мощном ускорителе частиц в мире. Это позволяет нам сделать шаг вперед, чтобы понять, как работает Вселенная, и разработать технологии, которые в будущем могут найти множество важных применений. Однако для достижения таких высоких энергий мы должны разгонять частицы до скоростей, близких к скорости света. Короче говоря, мы можем сделать это с помощью магнитных или электрических полей.

Часто задаваемые вопросы

Является ли ускорение вектором?

Да , ускорение является вектором , так как имеет как величину , так и направление . Величина — это то, как быстро объект ускоряется, а направление — это ускорение в направлении движения объекта или против него. Это ускорение и замедление соответственно.

Как масса влияет на ускорение?

Если сила, с которой толкается объект, остается неизменной, ускорение будет уменьшаться по мере увеличения массы . Это связано с тем, что F/m = a, поэтому по мере увеличения массы фракция становится все меньше и меньше.

Может ли ускорение быть отрицательным?

Да , ускорение может быть отрицательным, известно как замедление . Два объекта, которые имеют одинаковое, но противоположное ускорение, будут ускоряться на одинаковую величину, только в двух противоположных направлениях.

Как найти среднее ускорение?

  1. Рассчитайте изменение скорости за заданное время.
  2. Рассчитайте изменение во времени для рассматриваемого периода.
  3. Разделите изменение скорости на изменение во времени.
  4. Результатом является среднее ускорение за этот период.

Как найти величину ускорения?

  1. Преобразуйте величину силы в ньютоны.
  2. Измените массу объекта на килограммы.
  3. Умножьте оба значения вместе, чтобы найти ускорение в м/с².

В чем разница между ускорением и скоростью?

Скорость — это скорость, с которой объект движется в определенном направлении, а ускорение — это то, как скорость этого объекта изменяется со временем. Оба имеют величину и направление, но их единицы измерения — м/с и м/с² соответственно.

Как найти угловое ускорение?

Чтобы найти угловое ускорение:

  1. Используйте уравнения углового ускорения, что составляет а = Δv / Δt .

  2. Найдите начальную и конечную угловую скорость в радианах/с.

  3. Вычтите начальную угловую скорость из конечной угловой скорости, чтобы получить изменение угловой скорости .

  4. Найдите начальное и конечное время для рассматриваемого периода.

  5. Вычтите начальное время из конечного, чтобы получить изменение времени .

  6. Разделите изменение угловой скорости на изменение во времени, чтобы получить угловое ускорение в радианах/с².

Матеуш Муха и Доминик Черня, PhD

Разница скоростей

Начальная скорость

Конечная скорость

Ускорение

Посмотрите 10 похожих калькуляторов динамики — почему все движется ➡️

Угол кренаСила автокатастрофыСила… Еще 7

Ускорение

Последняя математическая величина, обсуждавшаяся в Уроке 1, — это ускорение. Ускорение, которое часто путают, имеет значение, сильно отличающееся от того, которое ассоциируется с ним спортивными комментаторами и другими людьми. Определение ускорения:

  • Ускорение — это векторная величина, определяемая как скорость, с которой объект изменяет свою скорость. Объект ускоряется, если он меняет свою скорость.

Спортивные комментаторы иногда говорят, что человек ускоряется, если он/она движется быстро. Однако ускорение не имеет ничего общего с быстрой ездой. Человек может двигаться очень быстро и при этом не ускоряться. Ускорение связано с изменением скорости движения объекта. Если объект не меняет свою скорость, то он не ускоряется. Данные справа представляют объект, движущийся на север с ускорением. Скорость меняется с течением времени. На самом деле скорость изменяется на постоянную величину — 10 м/с — в каждую секунду времени. Когда скорость объекта изменяется, говорят, что объект ускоряется; у него есть ускорение.

Значение постоянного ускорения

Иногда ускоряющийся объект меняет свою скорость на одну и ту же величину каждую секунду. Как упоминалось в предыдущем абзаце, приведенная выше таблица данных показывает, что скорость объекта изменяется на 10 м/с каждую последующую секунду. Это называется постоянным ускорением, поскольку скорость изменяется на постоянную величину каждую секунду. Объект с постоянным ускорением не следует путать с объектом с постоянной скоростью. Не дайте себя обмануть! Если объект меняет свою скорость — на постоянную или переменную величину — тогда это ускоряющийся объект. А объект с постоянной скоростью не ускоряется. В приведенных ниже таблицах данных показано движение объектов с постоянным ускорением и изменяющимся ускорением. Обратите внимание, что каждый объект имеет изменяющуюся скорость.

Поскольку ускоряющиеся объекты постоянно меняют свою скорость, можно сказать, что пройденное расстояние/время не является постоянной величиной. Например, падающий объект обычно ускоряется при падении. Если бы мы наблюдали за движением свободно падающего объекта (движение свободного падения будет подробно рассмотрено позже), мы бы заметили, что средняя скорость объекта составляет примерно 5 м/с в первую секунду, примерно 15 м/с. во вторую секунду, примерно 25 м/с в третью секунду, примерно 35 м/с в четвертую секунду и т. д. Наш свободно падающий объект будет постоянно ускоряться. Учитывая эти средние значения скорости в течение каждого последовательного 1-секундного интервала времени, мы могли бы сказать, что объект упадет на 5 метров в первую секунду, на 15 метров во вторую секунду (при общем расстоянии 20 метров), на 25 метров в третью секунду. секунда (на общую дистанцию ​​45 метров), 35 метров на четвертую секунду (на общую дистанцию ​​80 метров через четыре секунды). Эти цифры приведены в таблице ниже.

Время
Интервал 		Изменение скорости
Во время перерыва 		пр. Скорость
Во время перерыва 		Пройденное расстояние
Во время перерыва 		Общее пройденное расстояние от
0 с до конца интервала
0 – 1,0 с от 0 до ~10 м/с ~5 м/с ~5 м ~5 м
1,0–2,0 с ~10. ..20 м/с ~15 м/с ~15 м ~20 м
2,0–3,0 с ~от 20 до 30 м/с ~25 м/с ~25 м ~45 м
3,0 – 4,0 с ~от 30 до 40 м/с ~35 м/с ~35 м ~80 м

Примечание. Используемый здесь символ ~ означает приблизительно.

Это обсуждение показывает, что свободно падающий объект, который ускоряется с постоянной скоростью, будет преодолевать различные расстояния в каждую последующую секунду. Дальнейший анализ первого и последнего столбцов приведенных выше данных показывает, что существует квадратичная зависимость между общим пройденным расстоянием и временем в пути для объекта, находящегося в состоянии покоя и движущегося с постоянным ускорением. Общее пройденное расстояние прямо пропорционально квадрату времени. Таким образом, если объект путешествует вдвое дольше, он преодолеет в четыре раза (2 ^ 2) расстояние; общее расстояние, пройденное за две секунды, в четыре раза больше общего расстояния, пройденного за одну секунду. 2); расстояние, пройденное за четыре секунды, в 16 раз больше расстояния, пройденного за одну секунду. Для объектов с постоянным ускорением расстояние перемещения прямо пропорционально квадрату времени перемещения.

 

Расчет среднего ускорения

Среднее ускорение (a) любого объекта за заданный интервал времени (t) можно рассчитать с помощью уравнения

Это уравнение можно использовать для расчета ускорения объекта, движение которого изображено приведенной выше таблицей данных скорость-время. Данные скорости-времени в таблице показывают, что ускорение объекта составляет 10 м/с/с. Расчет показан ниже.

Значения ускорения выражаются в единицах скорости/времени. Типичные единицы ускорения включают следующее:

м/с/с
миль/ч/с
км/ч/с
м/с 2

Эти единицы могут показаться немного неудобными начинающему студенту-физику. Тем не менее, это очень разумные единицы, когда вы начинаете рассматривать определение и уравнение для ускорения. Причина единиц становится очевидной при рассмотрении уравнения ускорения.

Поскольку ускорение — это изменение скорости во времени, единицы измерения ускорения — это единицы скорости, разделенные на единицы времени, то есть (м/с)/с или (ми/ч)/с. Единица (м/с)/с может быть математически упрощена до м/с 2 .

 

Направление вектора ускорения

Поскольку ускорение является векторной величиной, с ним связано направление. Направление вектора ускорения зависит от двух вещей:

  • ускоряется или замедляется объект
  • движется ли объект в направлении + или —

Общий принцип определения ускорения:

Если объект замедляется, то его ускорение направлено в сторону, противоположную его движению.

Этот общий принцип можно применять для определения того, является ли знак ускорения объекта положительным или отрицательным, правым или левым, верхним или нижним и т. д. Рассмотрим две приведенные ниже таблицы данных. В каждом случае ускорение объекта находится в положительном направлении. В примере А объект движется в положительном направлении (т. е. имеет положительную скорость) и ускоряется. Когда объект ускоряется, ускорение идет в том же направлении, что и скорость. Таким образом, этот объект имеет положительное ускорение. В примере B объект движется в отрицательное направление (т. е. имеет отрицательную скорость) и замедляется. Согласно нашему общему принципу, когда объект замедляется, ускорение идет в направлении, противоположном скорости. Таким образом, этот объект также имеет положительное ускорение.

Этот же общий принцип можно применить к движению объектов, представленных в двух таблицах данных ниже. В каждом случае ускорение объекта находится в отрицательном направлении. В примере C объект движется в положительное направление (т. е. имеет положительную скорость) и замедляется. Согласно нашему принципу, когда объект замедляется, ускорение идет в направлении, противоположном скорости. Таким образом, этот объект имеет отрицательное ускорение. В примере D объект движется в отрицательном направлении (т. е. имеет отрицательную скорость) и ускоряется. Когда объект ускоряется, ускорение идет в том же направлении, что и скорость. Таким образом, этот объект также имеет отрицательное ускорение.

Обратите внимание на использование положительного и отрицательного слов в приведенном выше обсуждении (примеры A-D). В физике использование положительного и отрицательного всегда имеет физический смысл. Это больше, чем просто математический символ. Как используется здесь для описания скорости и ускорения движущегося объекта, положительное и отрицательное описывают направление. И скорость, и ускорение являются векторными величинами, и полное описание величины требует использования прилагательного, направленного по направлению. Север, юг, восток, запад, право, лево, вверх и вниз — все прилагательные, указывающие направление. Физика часто заимствует из математики и использует символы + и — как прилагательные, указывающие направление. В соответствии с математическим соглашением, используемым на числовых линиях и графиках, положительное часто означает вправо или вверх, а отрицательное часто означает влево или вниз. Таким образом, сказать, что объект имеет отрицательное ускорение, как в примерах C и D, означает просто сказать, что его ускорение направлено влево или вниз (или в любом другом направлении, которое было определено как отрицательное). Отрицательные ускорения не относятся к значениям ускорения меньше 0. Ускорение -2 м/с/с — это ускорение величиной 2 м/с/с, направленное в отрицательном направлении.

Мы хотели бы предложить …

Иногда недостаточно просто прочитать об этом. Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактива Name That Motion. Он находится в разделе «Интерактивная физика» и позволяет учащемуся применять понятия скорости, скорости и ускорения.

Читайте также: