اگر تا به حال اتومبیل دیگری را دیده اید که با سرعت از اتومبیل شما بعد از چراغ قرمز عبور می کند ، آنگاه تفاوت شتاب را از نزدیک تجربه کرده اید. شتاب عبارت است از سرعت تغییر سرعت یک جسم در حین حرکت. شما می توانید شتاب را که بر حسب متر بر ثانیه بر ثانیه بیان می شود ، بر اساس مدت زمان لازم برای تغییر سرعت یک جسم یا بر اساس نیروی وارد شده به آن محاسبه کنید.
گام
روش 1 از 3: محاسبه شتاب از نیرو
مرحله 1. قانون دوم نیوتن را درک کنید
قانون دوم حرکت نیوتن بیان می کند که وقتی نیروی وارد بر جسم نامتعادل باشد ، جسم شتاب می گیرد. این شتاب توسط نیروی حاصله بر جسم و همچنین جرم خود جسم تعیین می شود. اگر نیروی وارد شده به جسم و جرم آن مشخص باشد ، می توان شتاب را محاسبه کرد.
- قوانین نیوتن را می توان به معادلات تبدیل کرد افخالص = m x a ، با Fخالص نیروی حاصله بر جسم ، m جرم جسم و شتاب بر جسم را بیان می کند.
- هنگام استفاده از این معادله از واحدهای متریک استفاده کنید. از کیلوگرم (کیلوگرم) به عنوان واحد جرم ، نیوتن (N) به عنوان واحد نیرو و متر بر ثانیه بر مربع (متر بر ثانیه) استفاده کنید.2) برای بیان شتاب
مرحله 2. جرم جسم را تعیین کنید
برای پی بردن به جرم یک جسم ، می توانید آن را روی ترازو وزن کنید و وزن آن را بر حسب گرم ثبت کنید. اگر جسم شما بسیار بزرگ است ، ممکن است برای اطلاع از جرم آن به یک مرجع نیاز داشته باشید. اجسام بزرگ معمولاً دارای وزن کیلوگرم (کیلوگرم) هستند.
برای محاسبه با این معادله باید واحدهای جرم را به کیلوگرم تبدیل کنید. اگر جرم جسم شما بر حسب گرم بیان می شود ، فقط باید آن مقدار را بر 1000 تقسیم کنید تا آن را به کیلوگرم تبدیل کنید
مرحله 3. نیروی حاصل از جسم را محاسبه کنید
نیروی حاصله یک نیروی نامتعادل است. اگر دو نیرو در مقابل یکدیگر باشند و یکی از آنها بیشتر از دیگری باشد ، نتیجه این دو نیرو همان جهت نیروی بزرگتر خواهد بود. شتاب زمانی اتفاق می افتد که یک جسم نیروی نامتعادل را تجربه می کند ، به طوری که سرعت آن برای نزدیک شدن به نیرویی که آن را می کشد یا به آن فشار می دهد تغییر می کند.
- به عنوان مثال: فرض کنید شما و خواهرتان مشغول بازی طناب کشی هستید. شما طناب را با نیروی 5 نیوتن به چپ می کشید ، در حالی که برادر شما طناب را در جهت مخالف با نیروی 7 نیوتن می کشد. نیروی حاصل از این رشته 2 نیوتن به سمت چپ ، به سمت برادر شما است.
- برای درک بهتر واحدها ، درک کنید که 1 نیوتن (1 نیوتن) برابر است با 1 کیلوگرم متر بر ثانیه مربع (کیلوگرم بر متر بر ثانیه)2).
مرحله 4. معادله F = ma را برای حل مسئله شتاب تغییر دهید
با تقسیم هر دو طرف معادله بر جرم ، می توانید ترتیب فرمول را برای محاسبه شتاب تغییر دهید ، بنابراین معادله را بدست می آورید: a = F/m. برای یافتن شتاب ، فقط باید نیرو را بر جرم جسمی که آن را تجربه می کند تقسیم کنید.
- این نیرو مستقیماً متناسب با شتاب است ، بدین معنا که هرچه نیرویی که یک جسم تجربه می کند بیشتر باشد ، شتاب حتی بیشتر خواهد بود.
- جرم نسبت معکوس با شتاب دارد ، بدین معنا که هرچه جرم بیشتری داشته باشد ، شتاب کمتری نیز خواهد داشت.
مرحله 5. از فرمول برای حل مسئله شتاب استفاده کنید
شتاب برابر است با نیروی حاصله بر یک جسم تقسیم بر جرم آن. پس از نوشتن متغیرهای شناخته شده ، تقسیم را انجام دهید تا شتاب جسم را بیابید.
- به عنوان مثال: نیروی 10 نیوتن در یک جهت به جسمی با جرم 2 کیلوگرم وارد می شود. شتابش چنده؟
- a = F/m = 10/2 = 5 m/s2
روش 2 از 3: محاسبه میانگین شتاب دو سرعت
مرحله 1. معادله شتاب متوسط را تعیین کنید
شما می توانید شتاب متوسط یک جسم را در یک بازه زمانی مشخص بر اساس سرعت آن (سرعت جسم در جهت مشخص) قبل و بعد از آن بازه زمانی محاسبه کنید. برای محاسبه آن ، باید معادله محاسبه شتاب را بدانید: a = v / t که در آن a نشان دهنده شتاب ، v تغییر سرعت و t زمان لازم برای تغییر سرعت جسم است.
- واحد شتاب متر بر ثانیه بر ثانیه یا متر بر ثانیه است2.
- شتاب یک مقدار بردار است ، به این معنی که هم اندازه و هم جهت دارد. مقدار شتاب مقدار کل است ، در حالی که جهت آن با جهتی که جسم در حال حرکت است تعیین می شود. اگر جسم کند شود ، شتاب منفی خواهد بود.
مرحله 2. متغیرها را درک کنید
شما می توانید v و t را با محاسبات بیشتر تعیین کنید: v = vf - vمن و t = tf - تیمن با vf نشان دهنده سرعت نهایی ، vمن سرعت اولیه ، tf زمان پایان ، و tمن زمان اولیه
- از آنجا که شتاب جهت دارد ، همیشه باید سرعت نهایی را به سرعت اولیه کاهش دهید. اگر آن را برعکس کنید ، جهت شتاب گیری شما اشتباه خواهد بود.
- مگر اینکه در مسئله چیز دیگری بیان شده باشد ، زمان اولیه حرکت جسم معمولاً 0 ثانیه است.
مرحله 3. برای یافتن شتاب از فرمول استفاده کنید
ابتدا معادله خود را به همراه تمام متغیرهای شناخته شده بنویسید. معادله a = v / t = (vf - vمن)/(tf - تیمن) سرعت نهایی را بر سرعت اولیه کم کنید ، سپس نتیجه را بر بازه زمانی تقسیم کنید. نتیجه شتاب متوسط جسم در آن بازه زمانی است.
- اگر سرعت نهایی جسم کمتر از سرعت اولیه آن باشد ، شتاب منفی خواهد بود ، یعنی جسم در حال کند شدن است.
-
مثال 1: سرعت ماشین مسابقه در 2.47 ثانیه به طور مداوم از 18.5 متر بر ثانیه به 46.1 متر بر ثانیه افزایش می یابد. شتاب متوسط چقدر است؟
- معادله را بنویسید: a = v / t = (vf - vمن)/(tf - تیمن)
- متغیرهای شناخته شده را بنویسید: vf = 46 ، 1 متر بر ثانیه ، vمن = 18.5 متر بر ثانیه ، تf = 2 ، 47 ثانیه ، tمن = 0 ثانیه
- معادله را حل کنید: a = (46 ، 1 - 18 ، 5)/2 ، 47 = 11 ، 17 متر/ثانیه2.
-
مثال 2: دوچرخه سوار بعد از 2.55 ثانیه فشار دادن ترمز با سرعت 22.4 متر بر ثانیه متوقف می شود. کاهش سرعت را تعیین کنید.
- معادله را بنویسید: a = v / t = (vf - vمن)/(tf - تیمن)
- متغیرهای شناخته شده را بنویسید: vf = 0 متر بر ثانیه ، vمن = 22.4 متر بر ثانیه ، تf = 2.55 ثانیه ، tمن = 0 ثانیه
- معادله را حل کنید: a = (0 -22 ، 4)/2 ، 55 = -8 ، 78 متر/ثانیه2.
روش 3 از 3: بررسی مجدد پاسخ ها
مرحله 1. جهت شتاب
مفهوم شتاب در فیزیک همیشه همان چیزی نیست که در زندگی روزمره استفاده می شود. هر شتاب یک جهت دارد که معمولاً در صورت بالا یا راست رفتن با علامت مثبت نشان داده می شود یا در صورت پایین یا چپ منفی است. بررسی کنید که آیا پاسخ شما بر اساس دستورالعمل های زیر منطقی است:
| حرکت ماشین | تغییر سرعت خودرو | جهت شتاب |
|---|---|---|
| به سمت راست حرکت کنید (+) پدال گاز را فشار دهید | + → ++ (سریعتر) | مثبت |
| راست (+) ترمز را فشار دهید | ++ → + (کمتر مثبت) | منفی |
| حرکت به چپ (-) پدال گاز را فشار دهید | - → - (منفی تر) | منفی |
| حرکت ترمز را به چپ (-) فشار دهید | - → - (منفی کمتر) | مثبت |
| حرکت با سرعت ثابت | یکسان باقی می ماند | شتاب صفر است |
مرحله 2. جهت سبک
به یاد داشته باشید که نیرویی فقط باعث شتاب "در جهت نیرو" می شود. برخی از سوالات ممکن است شما را با نمره هایی که مربوط به شتاب نیستند فریب دهند.
- مثال مشکل: یک کشتی اسباب بازی با جرم 10 کیلوگرم با شتاب 2 متر بر ثانیه در حال حرکت است2به باد با نیروی 100 نیوتن کشتی را به سمت غرب می برد. شتاب کشتی که پس از وزش باد به سمت شمال حرکت می کند چقدر است؟
- پاسخ: چون جهت نیرو عمود بر حرکت جسم است ، بر اجسامی که در آن جهت حرکت می کنند تأثیری ندارد. حرکت کشتی به سمت شمال با شتاب 2 متر بر ثانیه ادامه می یابد2.
مرحله 3. سبک نتیجه
اگر نیرویی که یک جسم تجربه می کند بیشتر از یک باشد ، قبل از محاسبه شتاب ، نیروی حاصل از همه آنها را محاسبه کنید. موارد زیر یک مثال برای یک مشکل سبک دو بعدی است:
- مشکل مثال: آوریل یک ظرف 400 کیلوگرمی را با نیروی 150 نیوتن به سمت چپ می کشد. باب در سمت چپ ظرف می ایستد و با نیروی 200 نیوتن فشار می آورد. باد با نیروی 10 نیوتن به سمت چپ می وزد. شتاب ظرف چقدر است؟
- پاسخ: سوالات بالا سرنخ های پیچیده ای را برای فریب شما ارائه می دهد. نمودار را رسم کنید و نیروی 150 نیوتن را در سمت راست ، 200 نیوتن را در سمت چپ و 10 نیوتن را در سمت چپ مشاهده خواهید کرد. اگر "چپ" مثبت باشد ، نیروی حاصل از جسم 150 + 200 - 10 = 340 نیوتون است. شتاب جسم = F / m = 340 نیوتن / 400 کیلوگرم = 0.85 متر بر ثانیه2.
