Czym jest przyspieszenie?

W porównaniu do przemieszczenia i prędkości, przyspieszenie jest jak zły, ziejący ogniem smok w zmiennych ruchu. Przyśpieszenie może być gwałtowne; Niektórzy ludzie boją się go, jeśli jest duże, zmusza Cię do zwrócenia na to uwagi. Uczucie którego doświadczasz kiedy siedzisz w samolocie podczas startu, naciskając na hamulce w samochodzie, wjeżdżanie w zakręt przy dużej szybkości gokartem, w każdej z tych sytuacji przyśpieszasz.

Przyśpieszeniem nazywamy każde zjawisko w którym zmienia się prędkość. Ponieważ prędkość to szybkość i kierunek, masz tylko dwie możliwości żeby przyśpieszać: zmieniając swoją szybkość lub zmieniając swój kierunek ruchu - albo zmieniając obie wielkości.

Jeśli nie zmieniasz swojej szybkości i nie zmieniasz swojego kierunku, to zwyczajnie nie możesz przyspieszać — bez względu na to, jak szybko jedziesz. Dlatego odrzutowiec poruszający się ze stałą prędkością 1300 kilometrów na godzinę w prostej linii, nie ma przyśpieszenia nawet jeśli porusza się bardzo szybko, ponieważ jego prędkość się nie zmienia. Kiedy odrzutowiec ląduje i szybko staje w miejscu, będzie miał przyspieszenie ponieważ zwalnia.

Możesz też pomyśleć o tym w ten sposób. W samochodzie, możesz przyśpieszać poprzez wciśnięcie gazu lub hamulca, jedno i drugie spowoduje zmianę szybkości. Ale możesz również użyć kierownicy do wykonania skrętu, który spowoduje zmianę kierunku ruchu. Każdy z tych manewrów będzie uznawany za przyśpieszenie, ponieważ spowoduje zmianę prędkości.

Wyrażając się jasno, przyśpieszenie jest zdefiniowane jako tempo zmiany prędkości.

Powyższe równanie mówi że przyśpieszenie, $a$‍, jest równe różnicy prędkości końcowej i prędkości początkowej, $v_1-v_0$‍, podzielonej przez czas, $\mathrm{\Delta }t$‍, w którym prędkość zmieniła się z $v_0$‍ do $v_1$‍.

Zauważ, że jednostką przyśpieszenia jest ${\displaystyle \frac{\text{m}/s}{\text{s}}}$‍ , którą możemy również zapisać jako ${\displaystyle \frac{\text{m}}{{\text{s}}^2}}$‍. Wynika to z tego, że przyśpieszenie mówi Ci liczbę metrów na sekundę, o które zmienia się prędkość w każdej sekundzie ruchu. Pamiętaj o tym, że jeśli wyznaczysz z równania $a=\frac{v_1-v_0}{\mathrm{\Delta }t}$‍ wartość $v_1$‍, otrzymasz przekształconą postać tego równania, która jest bardzo użyteczna.

Tak przekształcona postać równania, pozwala Ci wyznaczyć prędkość końcową $v_1$‍, po upływie czasu $\mathrm{\Delta }t$‍, przy stałym przyśpieszeniu $a$‍.

Muszę Cię ostrzec, że przyśpieszenie jest jednym z pierwszych naprawdę podchwytliwych zjawisk w fizyce. Problemem nie jest to, że ludzie nie mają wyobrażenia o przyśpieszeniu. Wielu ludzi ma o nim wyobrażenie, które niestety w większości przypadków staje się nieprawidłowe. Jak mawiał Mark Twain, "To nie to czego nie wiesz wpędza Cię w kłopoty. To czego jesteś pewien, a co okazuje się nieprawdą".

Błędne wyobrażenie przypomina coś takiego: "przyspieszenie i prędkość to w zasadzie to samo, prawda?" Nie. Ludzie często błędnie myślą, że jeśli prędkość obiektu jest duża, to przyspieszenie również musi być duże. Albo myślą też, że jeśli prędkość obiektu jest mała, to znaczy że przyspieszenie musi być małe. Ale "to nie tak". Wartość prędkości w danej chwili, nie określa przyspieszenia. Innymi słowy, przyśpieszenie może zmieniać moją prędkość w dużym tempie, niezależnie od tego, czy obecnie poruszam się powoli lub szybko.

Aby przekonać się, że wartość prędkości nie określa przyspieszenia, spróbuj ustalić jedną kategorię, która może opisywać każdy ze scenariuszy w poniższej tabeli.

Chciałbym powiedzieć, że było to jedyne błędne myślenie jeśli chodzi o przyśpieszenie, ale ukrywa się tu jeszcze jedno, nawet bardziej zgubne niewłaściwe rozumienie przyśpieszenia - ma to związek ze znakiem przyspieszenia, dodatnim lub ujemnym.

Ludzie myślą, "jeśli przyśpieszenie jest ujemne to obiekt zwalnia, a jeśli przyspieszenie jest dodatnie to obiekt przyśpiesza, prawda?" Nie. Obiekt z ujemnym przyśpieszeniem może zwiększać szybkość, a obiekt z dodatnim przyśpieszeniem może zwalniać. Ale jak to? Weź pod uwagę fakt, że przyśpieszenie jest wektorem, który wskazuje ten sam kierunek co zmiana prędkości. Oznacza to, że kierunek przyśpieszenia określa, czy będziesz dodawał lub odejmował od prędkości. Z matematycznego punktu widzenia, przyśpieszenie ujemne oznacza że będziesz odejmował od bieżącej wartości prędkości, a dodatnie przyśpieszenie oznacza, że będziesz dodawał do bieżącej wartości prędkości. Odejmowanie od wartości prędkości mogłoby zwiększyć szybkość obiektu, jeśli prędkość była już ujemna od samego początku, ponieważ spowodowałoby to zwiększenie wartości bezwzględnej.

Jeśli przyśpieszenie wskazuje ten sam kierunek i zwrot co prędkość, obiekt będzie przyśpieszał. Jeśli przyśpieszenie wskazuje przeciwny zwrot niż prędkość, obiekt będzie zwalniał. Sprawdź przyśpieszenie na poniższym rysunku, kiedy samochód przez przypadek wjeżdża w błoto które go spowalnia - lub kiedy goni za pączkiem - który powoduje że przyspiesza. Zakładając, że prawa strona jest dodatnia, prędkość jest dodatnia zawsze wtedy, gdy samochód porusza się w prawo, natomiast ujemna zawsze wtedy, gdy samochód porusza się w lewo. Jeśli samochód przyśpiesza, przyśpieszenie wskazuje ten sam kierunek i zwrot co prędkość, a przeciwny wtedy gdy samochód zwalnia.

Mówiąc innymi słowy, jeśli przyśpieszenie ma taki sam znak co prędkość, obiekt będzie przyspieszał. Jeśli przyśpieszenie ma znak przeciwny do prędkości, obiekt będzie zwalniał.

Znerwicowany rekin tygrysi, rusza z miejsca i w czasie 3 sekund, zwiększa prędkość jednostajnie do 12 metrów na sekundę.
Ile wynosiło średnie przyspieszenie rekina tygrysiego?

Zacznijmy od definicji przyspieszenia.

Podstaw prędkość końcową, prędkość początkową i czas.

Pozostaje tylko obliczyć i świętować!

Bielik amerykański leci w lewo z szybkością 34 metrów na sekundę, podczas gdy podmuch wiatru uderza w bielika z naprzeciwka, powodując, że orzeł zwalnia ruchem jednostajnie opóźnionym z przyspieszeniem 8 metrów na sekundę kwadrat.
Jaka będzie szybkość bielika amerykańskiego po ustaniu 3 sekundowego podmuchu wiatru?

Zacznijmy od definicji przyspieszenia.

Wykonaj działania na symbolach, wyznaczając prędkość końcową.

Podstaw wartości liczbowe. Prędkość początkowa ma znak minus, bowiem wektor prędkości początkowej skierowany jest w lewą stronę.

Podstaw wartość przyspieszenia. Przyspieszenie ma znak plus, ponieważ, skoro bielik zwalnia, wektor jego przyspieszenia jest skierowany przeciwnie do kierunku wektora prędkości.

Podstaw czas trwania ruchu z jednostajnym przyspieszeniem.

Wykonaj obliczenia. Oblicz prędkość końcową.

W zadaniu chodziło o obliczenie szybkości; szybkość, jako długość wektora prędkości, jest zawsze dodatnia, dlatego też zmieniamy znak.

Uwaga: Alternatywnie mogliśmy przyjąć początkowy lewostronny kierunek ruchu orła bielika jako dodatni. W tym przypadku, prędkość początkowa byłaby równa $+34{\displaystyle \frac{\text{m}}{\text{s}}}$‍, przyśpieszenie byłoby równe $-8{\displaystyle \frac{\text{m}}{{\text{s}}^2}}$‍, a prędkość końcowa byłaby równa $+10{\displaystyle \frac{\text{m}}{\text{s}}}$‍. Jeśli zawsze przyjmujesz obecny kierunek ruchu jako dodatni, wtedy obiekt który zwalnia zawsze będzie miał ujemne przyspieszenie. Jednakże, jeśli zawsze przyjmujesz prawą stronę jako dodatnią, wtedy obiekt który zwalnia mógłby mieć dodatnie przyśpieszenie - szczególnie, gdy porusza się w lewą stronę i zwalnia.