Kretanje je jedno od glavnih obilježja svijeta u kojem živimo. Iz fizike je poznato da se sva tijela i čestice od kojih se sastoje neprestano kreću u prostoru čak i pri temperaturama od apsolutne nule. U ovom članku ćemo razmotriti definiciju ubrzanja kao važne kinematičke karakteristike mehaničkog gibanja u fizici.
O kojoj veličini govorimo?
Prema definiciji, ubrzanje je veličina koja vam omogućuje da kvantitativno opišete proces promjene brzine s vremenom. Matematički, ubrzanje se izračunava na sljedeći način:
a¯=dv¯/dt.
Ova formula za određivanje ubrzanja opisuje takozvanu trenutnu vrijednost a¯. Da biste izračunali prosječno ubrzanje, trebali biste uzeti omjer razlike u brzinama i dužeg vremenskog razdoblja.
Vrijednost a¯ je vektor. Ako je brzina usmjerena duž tangente na razmatranu putanju tijela, tada se ubrzanje možeusmjerena na potpuno nasumičan način. To nema nikakve veze s putanjom kretanja i vektorom v¯. Ipak, obje navedene karakteristike gibanja ovise o ubrzanju. To je zato što, u konačnici, vektor ubrzanja određuje putanju i brzinu tijela.
Da bismo razumjeli kamo je usmjereno ubrzanje a¯, treba zapisati Newtonov drugi zakon. U dobro poznatom obliku to izgleda ovako:
F¯=ma¯.
Jednakost kaže da su dva vektora (F¯ i a¯) međusobno povezana kroz numeričku konstantu (m). Iz svojstava vektora poznato je da množenje pozitivnim brojem ne mijenja smjer vektora. Drugim riječima, akceleracija je uvijek usmjerena prema djelovanju ukupne sile F¯ na tijelo.
Razmatrana količina se mjeri u metrima po kvadratnoj sekundi. Na primjer, gravitacijska sila Zemlje u blizini njene površine daje tijelima ubrzanje od 9,81 m/s2, odnosno brzina tijela koje slobodno pada u prostoru bez zraka povećava se za 9,81 m/s svake sekunde.
Koncept jednoliko ubrzanog kretanja
Formula za određivanje ubrzanja u općem slučaju napisana je gore. Međutim, u praksi je često potrebno rješavati probleme za takozvano jednoliko ubrzano gibanje. Shvaća se kao takvo kretanje tijela u kojem je njihova tangencijalna komponenta ubrzanja stalna vrijednost. Ističemo važnost konstantnosti tangencijalne, a ne normalne komponente ubrzanja.
Ukupno ubrzanje tijela u procesu krivolinijskog gibanja može se predstaviti kao dvije komponente. Tangencijalna komponenta opisuje promjenu modula brzine. Normalna komponenta je uvijek usmjerena okomito na putanju. Ne mijenja modul brzine, ali mijenja svoj vektor.
U nastavku ćemo detaljnije pokriti pitanje u vezi s komponentom ubrzanja.
Pokret ravnomjerno ubrzan u pravoj liniji
Budući da se vektor brzine ne mijenja pri kretanju u ravnoj liniji tijela, normalno ubrzanje je nula. To znači da ukupno ubrzanje formira isključivo tangencijalna komponenta. Definicija ubrzanja tijekom jednoliko ubrzanog kretanja provodi se prema sljedećim formulama:
a=(v - v0)/t;
a=2S/t2;
a=2(S-v0t)/t2.
Ove tri jednadžbe su osnovni izrazi kinematike. Ovdje je v0 brzina koju je tijelo imalo prije ubrzanja. Zove se početni. Vrijednost S je put koji tijelo prijeđe duž ravnog puta tijekom vremena t.
Koju god vrijednost vremena t zamijenili u bilo koju od ovih jednadžbi, uvijek ćemo dobiti isto ubrzanje a, budući da se ono ne mijenja tijekom razmatrane vrste kretanja.
Brzo okretanje
Kretanje po krugu s ubrzanjem je prilično uobičajena vrsta kretanja u tehnologiji. Da bismo to razumjeli, dovoljno je prisjetiti se rotacije osovine,diskovi, kotači, ležajevi. Za određivanje akceleracije tijela tijekom jednoliko ubrzanog gibanja po kružnici često se koriste ne linearne veličine, već kutne veličine. Kutno ubrzanje, na primjer, definirano je na sljedeći način:
α=dω/dt.
Vrijednost α je izražena u radijanima za svaku sekundu na kvadrat. Ovo ubrzanje s tangencijalnom komponentom veličine a povezano je na sljedeći način:
α=at/r.
Budući da je α konstantan tijekom ravnomjerno ubrzane rotacije, tangencijalno ubrzanje at raste u izravnoj proporciji s povećanjem radijusa rotacije r.
Ako je α=0, tada postoji samo normalno ubrzanje različito od nule tijekom rotacije. Međutim, ovo kretanje se naziva jednoliko promjenjiva ili jednolika rotacija, a ne jednoliko ubrzana.
