การเคลื่อนไหวเป็นหนึ่งในคุณสมบัติหลักของโลกที่เราอาศัยอยู่ เป็นที่ทราบกันดีจากฟิสิกส์ว่าวัตถุทั้งหมดและอนุภาคที่ประกอบขึ้นนั้นเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องในอวกาศแม้ในอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ ในบทความนี้ เราจะพิจารณาคำจำกัดความของการเร่งความเร็วเป็นลักษณะจลนศาสตร์ที่สำคัญของการเคลื่อนที่เชิงกลในวิชาฟิสิกส์
เราพูดกันขนาดไหน
ตามคำจำกัดความ ความเร่งคือปริมาณที่ให้คุณอธิบายกระบวนการเปลี่ยนแปลงความเร็วตามเวลาในเชิงปริมาณได้ คำนวณความเร่งทางคณิตศาสตร์ดังนี้
a¯=dv¯/dt.
สูตรสำหรับกำหนดความเร่งนี้อธิบายค่าที่เรียกว่า a¯ ในการคำนวณความเร่งเฉลี่ย คุณควรนำอัตราส่วนของความแตกต่างของความเร็วมาเป็นระยะเวลานาน
ค่า a¯ คือเวกเตอร์ ถ้าความเร็วมุ่งไปตามเส้นสัมผัสไปยังวิถีโคจรของร่างกาย ความเร่งก็จะเป็นกำกับในทางสุ่มอย่างสมบูรณ์ มันไม่เกี่ยวอะไรกับวิถีการเคลื่อนที่และเวกเตอร์ v¯ อย่างไรก็ตาม ลักษณะของการเคลื่อนที่ทั้งสองที่มีชื่อขึ้นอยู่กับความเร่ง เพราะท้ายที่สุดแล้วมันคือเวกเตอร์ความเร่งที่กำหนดวิถีและความเร็วของร่างกาย
เพื่อให้เข้าใจว่าความเร่ง a¯ มุ่งไปที่ใด เราควรเขียนกฎข้อที่สองของนิวตัน ในรูปแบบที่รู้จักกันดีดูเหมือนว่านี้:
F¯=ma¯.
ความเท่าเทียมกันบอกว่าเวกเตอร์สองตัว (F¯ และ a¯) สัมพันธ์กันผ่านค่าคงที่ตัวเลข (m) ทราบจากคุณสมบัติของเวกเตอร์ที่คูณด้วยจำนวนบวกไม่เปลี่ยนทิศทางของเวกเตอร์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความเร่งจะมุ่งไปที่การกระทำของแรงรวม F¯ ในร่างกายเสมอ
ปริมาณที่พิจารณามีหน่วยเป็นเมตรต่อตารางวินาที ตัวอย่างเช่น แรงโน้มถ่วงของโลกที่อยู่ใกล้พื้นผิวทำให้วัตถุมีความเร่ง 9.81 m/s2 นั่นคือความเร็วของวัตถุที่ตกลงมาอย่างอิสระในอวกาศที่ไม่มีอากาศเพิ่มขึ้น 9.81 m/s ทุกวินาที
แนวคิดของการเคลื่อนไหวที่เร่งอย่างสม่ำเสมอ
สูตรกำหนดความเร่งในกรณีทั่วไปเขียนไว้ด้านบน อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ มักจะจำเป็นต้องแก้ปัญหาสำหรับการเคลื่อนไหวที่เรียกว่าความเร่งสม่ำเสมอ เป็นที่เข้าใจกันว่าการเคลื่อนที่ของวัตถุดังกล่าวซึ่งองค์ประกอบสัมผัสของการเร่งความเร็วเป็นค่าคงที่ เราเน้นย้ำถึงความสำคัญของความคงตัวของเส้นสัมผัส ไม่ใช่องค์ประกอบปกติของการเร่งความเร็ว
ความเร่งทั้งหมดของร่างกายในกระบวนการเคลื่อนที่โค้งแสดงเป็นสององค์ประกอบ องค์ประกอบสัมผัสอธิบายการเปลี่ยนแปลงในโมดูลัสความเร็ว องค์ประกอบปกติมักจะตั้งฉากกับวิถีเสมอ มันไม่ได้เปลี่ยนโมดูลัสความเร็ว แต่มันเปลี่ยนเวกเตอร์ของมัน
ด้านล่าง เราจะพูดถึงคำถามเกี่ยวกับองค์ประกอบการเร่งความเร็วโดยละเอียด
การเคลื่อนไหวเร่งเป็นเส้นตรงสม่ำเสมอ
เนื่องจากเวกเตอร์ความเร็วไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงของร่างกาย ความเร่งปกติจึงเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าความเร่งทั้งหมดเกิดขึ้นจากองค์ประกอบสัมผัสเท่านั้น คำจำกัดความของการเร่งความเร็วระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งสม่ำเสมอนั้นดำเนินการตามสูตรต่อไปนี้:
a=(v - v0)/t;
a=2S/t2;
a=2(S-v0t)/t2.
สมการทั้งสามนี้เป็นนิพจน์พื้นฐานของจลนศาสตร์ v0 คือความเร็วที่ร่างกายมีก่อนการเร่งความเร็ว เรียกว่าเริ่มต้น ค่า S คือเส้นทางที่ร่างกายเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงในช่วงเวลา t.
ไม่ว่าค่าของเวลา t ใดที่เราแทนค่าลงในสมการใด ๆ เหล่านี้ เราก็จะได้ความเร่ง a เท่ากันเสมอ เนื่องจากมันจะไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างประเภทของการเคลื่อนไหวที่พิจารณา
หมุนเร็ว
การเคลื่อนที่ในวงกลมด้วยความเร่งเป็นการเคลื่อนไหวทั่วไปในเทคโนโลยี เพื่อให้เข้าใจสิ่งนี้ก็เพียงพอที่จะจำการหมุนของเพลาได้ดิสก์, ล้อ, แบริ่ง ในการพิจารณาความเร่งของวัตถุระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งสม่ำเสมอในวงกลม มักไม่ใช้ปริมาณเชิงเส้น แต่เป็นปริมาณเชิงมุม ตัวอย่างเช่น การเร่งความเร็วเชิงมุมถูกกำหนดดังนี้:
α=dω/dt.
ค่าของ α แสดงเป็นเรเดียนสำหรับทุก ๆ วินาทีกำลังสอง ความเร่งที่มีองค์ประกอบสัมผัสของปริมาณ a มีความเกี่ยวข้องดังนี้:
α=at/r.
เนื่องจาก α เป็นค่าคงที่ในระหว่างการหมุนด้วยความเร่งสม่ำเสมอ ความเร่งในแนวสัมผัส at เพิ่มขึ้นในสัดส่วนโดยตรงเมื่อรัศมีการหมุนเพิ่มขึ้น r
ถ้า α=0 แสดงว่ามีการเร่งความเร็วปกติที่ไม่เป็นศูนย์ระหว่างการหมุนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนไหวนี้เรียกว่า ตัวแปรสม่ำเสมอ หรือ การหมุนสม่ำเสมอ ไม่ใช่เร่งอย่างสม่ำเสมอ
