Ускорение движения

Определение ускорения движения

Ускорением называется векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения вектора скорости движения тела, и равная производной вектора скорости по времени:

a⃗(t)=lim⁡Δt→0v⃗(t+Δt)−v⃗(t)Δt=dv⃗dt\vec{a}(t)=\lim\limits_{\Delta t\to0}\frac{\vec{v}(t+\Delta t)-\vec{v}(t)}{\Delta t}=\frac{d\vec{v}}{dt}

Ускорение является динамической характеристикой движения тела, так как оно связанно с силой, действующей на тело (второй закон Ньютона). В CI единицей ускорения является м/с2\text{м}/\text{с}^2.

В декартовой, прямоугольной системе координат вектор ускорения можно разложить по базису:

a⃗=i⃗ax+j⃗ay+k⃗az\vec{a}=\vec{i}a_x+\vec{j}a_y+\vec{k}a_z,

где

i⃗,j⃗,k⃗\vec{i}, \vec{j}, \vec{k} — орты;
ax,ay,aza_x, a_y, a_z — проекции вектора ускорения на соответствующие оси.

Модуль вектора ускорения можно найти зная его координаты по формуле:

Модуль вектора ускорения

∣a⃗∣≡a=ax2+ay2+az2|\vec{a}|\equiv a=\sqrt{a_x^2+a_y^2+a_z^2}

Вектор ускорения можно (имеет смысл) разложить на две составляющие — тангенциальное (касательное) и нормальное (центростремительное) ускорение.

Два типа ускорения в механике

a⃗=a⃗т+a⃗н=aтτ⃗+aнn⃗\vec{a}=\vec{a}_{\text{т}}+\vec{a}_{\text{н}}={a}_{\text{т}}\vec{\tau}+{a}_{\text{н}}\vec{n},

где

aтτ⃗{a}_{\text{т}}\vec{\tau} — тангенциальное ускорение;
aнn⃗{a}_{\text{н}}\vec{n} — нормальное ускорение.

Тангенциальное ускорение характеризирует изменение вектора скорости только по модулю. Единичный вектор τ⃗\vec{\tau} направлен по касательной к траектории в данный момент времени (совпадает с направлением скорости).

Тангенциальное ускорение

aт=dvdt{a}_{\text{т}}=\frac{dv}{dt}

Нормальное ускорение характеризирует изменение вектора скорости только по направлению. Вектор n⃗\vec{n} тоже единичный и направлен к центру кривизны траектории в данный момент времени.

Нормальное ускорение

aн=v2r{a}_{\text{н}}=\frac{v^2}{r},

где

rr — радиус кривизны траектории.

Зная эти две составляющие ускорения, можно найти модуль полного ускорения по формуле:

Модуль вектора ускорения

a=aт2+aн2a=\sqrt{{a}_{\text{т}}^2+{a}_{\text{н}}^2}

Эта формула следует из того факта, что векторы τ⃗\vec{\tau} и n⃗\vec{n} взаимно перпендикулярны (ортогональны) друг другу.

Механическое движение, при котором вектор полного ускорения остается постоянным во времени, называется равноускоренным. Закон движения в этом случае выглядит так:

Равноускоренное движение

r⃗(t)=r⃗0+v⃗0t+a⃗t22,\vec{r}(t)=\vec{r}_0+\vec{v}_0t+\frac{\vec{a}t^2}{2},

где

r⃗(t)\vec{r}(t) — радиус-вектор тела в произвольный момент времени tt;
r⃗0\vec{r}_0 — начальное положение тела (радиус-вектор при t=0t=0).

Движение, при котором ускорение равно нулю выглядит ещё проще. Оно называется равномерным прямолинейным. Скорость не меняется ни по модулю, ни по направлению. В таком случае тело движется вдоль прямой (одномерное движение). Закон движения принимает вид:

Равномерное прямолинейное движение

r⃗(t)=r⃗0+v⃗t\vec{r}(t)=\vec{r}_0+\vec{v}t

И, наконец, если тело неподвижно (скорость его равна нулю), то оно будет находится в состоянии покоя:

Состояние покоя

r⃗(t)=r⃗0\vec{r}(t)=\vec{r}_0

Не знаете, где заказать написание статьи по физике на заказ? Авторы Студворк к вашим услугам!

Тест по теме «Ускорение движения»

Комментарии

Нет комментариев

Предыдущая статья

Скорость движения

Следующая статья

Опыты Майкельсона
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Прямой эфир