Kao što znate, svaka fizička veličina pripada jednoj od dvije vrste, ili je skalarna ili vektorska. U ovom članku razmotrit ćemo takve kinematičke karakteristike kao što su brzina i ubrzanje, a također ćemo pokazati gdje su usmjereni vektori ubrzanja i brzine.
Što su brzina i ubrzanje?
Obje veličine spomenute u ovom odlomku važne su karakteristike svake vrste kretanja, bilo da se radi o kretanju tijela u ravnoj ili zakrivljenoj putanji.
Brzina je brzina kojom se koordinate mijenjaju tijekom vremena. Matematički, ova vrijednost je jednaka vremenskoj derivaciji prijeđene udaljenosti, to jest:
v¯=dl¯/dt.
Ovdje je vektor l¯ usmjeren od početne točke puta do krajnje točke.
Zauzvrat, ubrzanje je brzina kojom se sama brzina mijenja u vremenu. U obliku formule može se napisati ovako:
a¯=dv¯/dt.
Očito, uzimajući drugu izvedenicu odvektor pomaka l¯ u vremenu, također ćemo dobiti vrijednost ubrzanja.
Budući da se brzina mjeri u metrima u sekundi, ubrzanje se, prema pisanom izrazu, mjeri u metrima u sekundi na kvadrat.
Gdje su vektori ubrzanja i brzine?
U fizici, svako mehaničko kretanje tijela obično je karakterizirano određenom putanjom. Potonji je neka zamišljena krivulja po kojoj se tijelo kreće u prostoru. Na primjer, ravna crta ili krug su glavni primjeri uobičajenih putova kretanja.
Vektor brzine tijela uvijek je usmjeren u smjeru kretanja, bez obzira na to usporava li tijelo ili ubrzava, kreće li se pravocrtno ili duž krivulje. Govoreći geometrijski, vektor brzine je usmjeren tangencijalno na točku putanje u kojoj se tijelo trenutno nalazi.
Vektor ubrzanja materijalne ili tjelesne točke nema nikakve veze sa brzinom. Ovaj vektor je usmjeren u smjeru promjene brzine. Na primjer, za pravocrtno gibanje, vrijednost a¯ može se podudarati u smjeru s v¯ ili biti suprotna v¯.
Sila koja djeluje na tijelo i ubrzanje
Utvrdili smo da je vektor ubrzanja tijela usmjeren prema promjeni vektora brzine. Međutim, nije uvijek lako odrediti kako se brzina mijenja u određenoj točki putanje. Štoviše, za određivanje promjene brzine potrebno je izvršiti operacijuvektorske razlike. Kako biste izbjegli ove poteškoće u određivanju smjera vektora a¯, postoji drugi način da brzo saznate.
U nastavku je Newtonov poznati i dobro poznat zakon svakom studentu:
F¯=ma¯.
Formula pokazuje da je uzrok ubrzanja u tijelima sila koja na njih djeluje. Budući da je masa m skalar, vektor sile F¯ i vektor ubrzanja a¯ su u istom smjeru. Ovu činjenicu treba zapamtiti i primijeniti u praksi kad god postoji potreba za određivanjem smjera količine a¯.
Ako na tijelo djeluje nekoliko različitih sila, tada će smjer vektora ubrzanja biti jednak rezultirajućem vektoru svih sila.
Kružno kretanje i ubrzanje
Kada se tijelo kreće pravocrtno, ubrzanje je usmjereno naprijed ili natrag. U slučaju gibanja po kružnici, situacija je komplicirana činjenicom da vektor brzine neprestano mijenja svoj smjer. S obzirom na gore navedeno, ukupno ubrzanje određuju njegove dvije komponente: tangencijalno i normalno ubrzanje.
Tangencijalno ubrzanje je usmjereno potpuno isto kao i vektor brzine, ili protiv njega. Drugim riječima, ova komponenta ubrzanja usmjerena je duž tangente putanje. Tangencijalno ubrzanje opisuje promjenu modula same brzine.
Normalno ubrzanje je usmjereno duž normale na zadanu točku putanje, uzimajući u obzir njezinu zakrivljenost. U slučaju kružnog kretanja vektor ove komponente pokazujedo središta, odnosno normalno ubrzanje je usmjereno duž polumjera rotacije. Ova komponenta se često naziva centripetalnom.
Puno ubrzanje je zbroj ovih komponenti, tako da se njegov vektor može proizvoljno usmjeriti u odnosu na kružnicu.
Ako se tijelo rotira bez promjene linearne brzine, tada postoji samo normalna komponenta različita od nule, pa je vektor punog ubrzanja usmjeren prema središtu kružnice. Imajte na umu da na ovo središte također utječe sila koja drži tijelo na njegovoj putanji. Na primjer, gravitacijska sila Sunca drži našu Zemlju i druge planete u njihovim orbitama.
