Le mouvement des corps dans l'espace est décrit par un ensemble de caractéristiques, dont les principales sont la distance parcourue, la vitesse et l'accélération. Cette dernière caractéristique détermine en grande partie la particularité et le type du mouvement lui-même. Dans cet article, nous examinerons la question de savoir ce qu'est l'accélération en physique, et nous donnerons un exemple de résolution d'un problème en utilisant cette valeur.
L'équation principale de la dynamique
Avant de définir l'accélération en physique, donnons l'équation principale de la dynamique, qui s'appelle la deuxième loi de Newton. Il est souvent écrit comme suit:
F¯dt=dp¯
C'est-à-dire que la force F¯, ayant un caractère externe, a eu un effet sur un certain corps pendant le temps dt, ce qui a entraîné une modification de la quantité de mouvement de la valeur dp¯. Le côté gauche de l'équation est généralement appelé la quantité de mouvement du corps. Notons que les grandeurs F¯ et dp¯ sont de nature vectorielle, et les vecteurs qui leur correspondent sont dirigéspareil.
Chaque élève connaît la formule de l'élan, elle s'écrit comme suit:
p¯=mv¯
La valeur p¯ caractérise l'énergie cinétique stockée dans le corps (facteur de vitesse v¯), qui dépend des propriétés d'inertie du corps (facteur de masse m).
Si nous substituons cette expression dans la formule de la 2ème loi de Newton, nous obtenons l'égalité suivante:
F¯dt=mdv¯;
F¯=mdv¯ / dt;
F¯=ma¯, où a¯=dv¯ / dt.
La valeur d'entrée a¯ est appelée accélération.
Qu'est-ce que l'accélération en physique ?
Définissons maintenant ce que signifie la valeur a¯ introduite dans le paragraphe précédent. Écrivons à nouveau sa définition mathématique:
a¯=dv¯ / dt
En utilisant la formule, on peut facilement comprendre qu'il s'agit d'une accélération en physique. La quantité physique a¯ montre à quelle vitesse la vitesse changera avec le temps, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une mesure du taux de variation de la vitesse elle-même. Par exemple, conformément à la loi de Newton, si une force de 1 Newton agit sur un corps pesant 1 kilogramme, il acquerra une accélération de 1 m / s2, c'est-à-dire pour chaque seconde de mouvement, le corps augmentera sa vitesse de 1 mètre par seconde.
Accélération et vitesse
En physique, ce sont deux quantités différentes qui sont interconnectées par des équations cinématiques du mouvement. Les deux quantités sontvecteur, mais dans le cas général ils sont dirigés différemment. L'accélération est toujours dirigée dans le sens de la force agissante. La vitesse est dirigée le long de la trajectoire du corps. Les vecteurs d'accélération et de vitesse ne coïncideront l'un avec l'autre que lorsque la force externe dans la direction de l'action coïncidera avec le mouvement du corps.
Contrairement à la vitesse, l'accélération peut être négative. Ce dernier fait signifie qu'il est dirigé contre le mouvement du corps et tend à réduire sa vitesse, c'est-à-dire que le processus de décélération se produit.
La formule générale qui relie les modules de vitesse et d'accélération ressemble à ceci:
v=v0+ at
C'est l'une des équations de base du mouvement rectiligne uniformément accéléré des corps. Il montre qu'avec le temps, la vitesse augmente linéairement. Si le mouvement est tout aussi lent, alors un moins doit être placé devant le terme at. La valeur v0ici est une certaine vitesse initiale.
Avec un mouvement uniformément accéléré (équivalent lent), la formule est également valable:
a¯=Δv¯ / Δt
Elle diffère d'une expression similaire sous forme différentielle en ce qu'ici l'accélération est calculée sur un intervalle de temps fini Δt. Cette accélération est appelée la moyenne sur la période de temps marquée.
Chemin et accélération
Si le corps se déplace uniformément et en ligne droite, alors le chemin parcouru par celui-ci dans le temps t peut être calculé comme suit:
S=vt
Si v ≠ const, alors lors du calcul de la distance parcourue par le corps, l'accélération doit être prise en compte. La formule correspondante est:
S=v0 t + at2 / 2
Cette équation décrit un mouvement uniformément accéléré (pour un mouvement uniformément lent, le signe "+" doit être remplacé par le signe "-").
Mouvement circulaire et accélération
Il a été dit plus haut que l'accélération en physique est une quantité vectorielle, c'est-à-dire que son changement est possible à la fois en direction et en valeur absolue. Dans le cas du mouvement rectiligne accéléré considéré, la direction du vecteur a¯ et son module restent inchangés. Si le module commence à changer, alors un tel mouvement ne sera plus uniformément accéléré, mais restera rectiligne. Si la direction du vecteur a¯ commence à changer, alors le mouvement deviendra curviligne. L'un des types les plus courants de ce type de mouvement est le mouvement d'un point matériel le long d'un cercle.
Deux formules sont valables pour ce type de mouvement:
α¯=dω¯ / dt;
ac=v2 / r
La première expression est l'accélération angulaire. Sa signification physique réside dans le taux de variation de la vitesse angulaire. En d'autres termes, α montre à quelle vitesse le corps tourne ou ralentit sa rotation. La valeur α est une accélération tangentielle, c'est-à-dire qu'elle est dirigée tangentiellement au cercle.
La deuxième expression décrit l'accélération centripète ac. Si la vitesse de rotation linéairereste constant (v=const), alors le module ac ne change pas, mais sa direction change toujours et tend à diriger le corps vers le centre du cercle. Ici r est le rayon de rotation du corps.
Problème de chute libre d'un corps
Nous avons découvert qu'il s'agit d'une accélération en physique. Montrons maintenant comment utiliser les formules ci-dessus pour le mouvement rectiligne.
L'un des problèmes typiques de la physique avec l'accélération en chute libre. Cette valeur représente l'accélération que la force gravitationnelle de notre planète donne à tous les corps qui ont une masse finie. En physique, l'accélération de la chute libre près de la surface de la Terre est de 9,81 m/s2.
Supposons qu'un corps soit à une hauteur de 20 mètres. Puis il a été libéré. Combien de temps faudra-t-il pour atteindre la surface de la terre ?
Comme la vitesse initiale v0 est égale à zéro, alors pour la distance parcourue (hauteur h) on peut écrire l'équation:
h=gt2 / 2
D'où nous obtenons le temps de chute:
t=√(2h / g)
En remplaçant les données de la condition, nous constatons que le corps sera au sol en 2,02 secondes. En réalité, ce temps sera légèrement plus long en raison de la présence de résistance de l'air.
