เนื้อหา
ความเร็วและความเร่งเป็นแนวคิดพื้นฐานสองประการในกลศาสตร์หรือฟิสิกส์ของการเคลื่อนที่และเกี่ยวข้องกัน หากคุณวัดความเร็วของวัตถุในขณะที่บันทึกเวลาจากนั้นวัดอีกครั้งในภายหลังในขณะที่บันทึกเวลาคุณสามารถค้นหาความเร่งซึ่งเป็นความแตกต่างของความเร็วเหล่านั้นหารด้วยช่วงเวลา นั่นเป็นแนวคิดพื้นฐานแม้ว่าในบางปัญหาคุณอาจต้องรับความเร็วจากข้อมูลอื่น
มีอีกวิธีหนึ่งในการคำนวณความเร่งตามกฎของนิวตัน ตามกฎข้อแรกร่างกายยังคงอยู่ในสภาพของการเคลื่อนไหวเหมือนกันเว้นแต่จะดำเนินการโดยแรงและกฎข้อที่สองเป็นการแสดงออกถึงความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างขนาดของแรง (F) และการเร่งความเร็ว () ร่างของมวล ม. ประสบการณ์เพราะแรงนั้น ความสัมพันธ์คือ F = แม่. หากคุณรู้ขนาดของแรงที่กระทำต่อร่างกายและคุณรู้ว่ามวลของร่างกายคุณสามารถคำนวณการเร่งความเร็วที่เกิดขึ้นได้ทันที
สมการความเร่งเฉลี่ย
นึกถึงรถยนต์บนทางหลวง ถ้าคุณต้องการรู้ว่ามันไปได้เร็วแค่ไหนและเครื่องวัดความเร็วไม่ทำงานคุณเลือกสองจุดบนเส้นทางของมัน x1 และ x2, และคุณมองนาฬิกาของคุณเมื่อรถแล่นผ่านแต่ละจุด ความเร็วเฉลี่ยของรถยนต์คือระยะห่างระหว่างจุดสองจุดหารด้วยเวลาที่ใช้ในการผ่านทั้งสองจุด หากเวลาบนนาฬิกาเวลา x1 คือ เสื้อ1, และเวลาที่ x2 คือ เสื้อ2ความเร็วรถยนต์ (s) คือ:
s= ∆x ÷ ∆เสื้อ = (x2 − x1) ÷ (เสื้อ2 − เสื้อ1).
ทีนี้สมมติว่ามาตรวัดความเร็วของรถยนต์ทำงานและมันบันทึกความเร็วที่แตกต่างกันสองจุด x1 และ x2. เนื่องจากความเร็วแตกต่างกันรถจึงต้องเร่งความเร็ว การเร่งความเร็วหมายถึงการเปลี่ยนแปลงของความเร็วในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ อาจเป็นตัวเลขติดลบซึ่งหมายความว่ารถชะลอตัวลง หากความเร็วในทันทีตามที่บันทึกไว้โดยมาตรวัดความเร็วในเวลานั้น เสื้อ1 คือ s1และความเร็วในเวลา เสื้อ2 คือ s2การเร่งความเร็ว) ระหว่างจุด x1 และ x2 คือ:
= ∆s ÷ ∆เสื้อ = (s2 − s1) ÷ (เสื้อ2 − เสื้อ1).
สมการความเร่งเฉลี่ยนี้บอกคุณว่าถ้าคุณวัดความเร็วในช่วงเวลาหนึ่งและวัดอีกครั้งในเวลาอื่นการเร่งความเร็วคือการเปลี่ยนแปลงของความเร็วหารด้วยช่วงเวลา หน่วยของความเร็วในระบบ SI คือเมตร / วินาที (m / s) และหน่วยของการเร่งความเร็วเป็นเมตร / วินาที / วินาที (m / s / s) ซึ่งมักจะเขียน m / s2. ในระบบของจักรวรรดิหน่วยความเร่งที่ต้องการคือฟุต / วินาที / วินาทีหรือฟุต / วินาที2.
ตัวอย่าง: เครื่องบินกำลังบิน 100 ไมล์ต่อชั่วโมงหลังจากบินขึ้นและถึงระดับความสูงล่องเรือ 30 นาทีต่อมาเมื่อบิน 500 ไมล์ต่อชั่วโมง ความเร็วเร่งเฉลี่ยเท่าไหร่เมื่อมันปีนขึ้นไปถึงระดับความสูงที่ล่องเรือ?
เราสามารถใช้สูตรการเร่งความเร็วที่ได้มาด้านบน ความแตกต่างของความเร็ว (∆s) คือ 400 ไมล์ต่อชั่วโมงและเวลา 30 นาทีซึ่งคือ 0.5 ชั่วโมง ความเร่งนั้น
= 400 ไมล์ต่อชั่วโมง / 0.5 ชม. = 800 ไมล์ / ชม2.
กฎข้อที่สองของนิวตันให้เครื่องคำนวณความเร่ง
สมการที่แสดงถึงกฎข้อที่สองของนิวตัน F = แม่เป็นหนึ่งในสิ่งที่มีประโยชน์มากที่สุดในวิชาฟิสิกส์และทำหน้าที่เป็นสูตรเร่งความเร็ว หน่วยแรงในระบบ SI คือนิวตัน (N) ตั้งชื่อตามเซอร์ไอแซคเอง หนึ่งนิวตันคือแรงที่ต้องใช้เพื่อให้มวล 1 กิโลกรัมเร่งความเร็ว 1 m / s2. ในระบบจักรวรรดิหน่วยของแรงคือหน่วยปอนด์ น้ำหนักยังวัดเป็นปอนด์ดังนั้นเพื่อแยกแยะมวลออกจากแรงหน่วยของแรงเรียกว่าแรงปอนด์ (lbf)
คุณสามารถจัดเรียงสมการของนิวตันเพื่อแก้ปัญหาความเร่งโดยการหารทั้งสองข้างด้วย ม.. คุณได้รับ:
= F/ม.
ใช้นิพจน์นี้เป็นเครื่องคิดเลขการเร่งความเร็วเมื่อคุณรู้ว่ามวลและขนาดของแรงที่ใช้
ตัวอย่าง: วัตถุที่มีมวล 8 กิโลกรัม สัมผัสกับพลังของ 20 นิวตัน มันเร่งความเร็วเฉลี่ยอะไรบ้าง
= F/ม. = 20 N / 8 kg = 2.5 m / s2.
ตัวอย่าง: รถยนต์ 2,000 ปอนด์ประสบกับแรง 1,000 ปอนด์ ความเร่งคืออะไร?
น้ำหนักไม่เหมือนกับมวลดังนั้นเพื่อให้ได้มวลรถยนต์คุณต้องหารน้ำหนักด้วยการเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงด้วย 32 ft / s2. คำตอบคือ 62.5 ทาก (กระสุนเป็นหน่วยสำหรับมวลในระบบจักรวรรดิ) ตอนนี้คุณสามารถคำนวณการเร่งความเร็วได้:
= F/ม. = 1,000 lbf / 62.5 ทาก = 16 ft / s2.