Pospešek: definicija, enačbe, vektorska narava in primeri
Pospešek je merilo, kako hitro se spreminja hitrost. Pospešek je sprememba hitrosti, deljena s spremembo časa. Pospešek je vektor, zato vsebuje velikost in smer. Pospešek je tudi sprememba hitrosti in smeri, obstaja:
Hitrost (skalarna količina) (ne uporablja smeri)
- Razdalja je razdalja, ki ste jo prepotovali.
- Čas je čas, ki ste ga potrebovali za potovanje.
- Hitrost je hitrost gibanja - Hitrost = razdalja / čas
Hitrost (vektorska količina) (uporablja smer)
Enačbe in osnovne definicije
Povprečni pospešek je sprememba hitrosti v določenem časovnem intervalu:
a_avg = Δv / Δt
kjer je Δv = v2 − v1 (sprememba vektorske hitrosti) in Δt časovni interval. Če je Δt zelo majhen, dobimo trenutni (instantni) pospešek:
a(t) = dv/dt
Pospešek je tudi druga odvodnica lege (vektor položaja) r(t):
a(t) = d^2r/dt^2
Formule pri enakomernem pospešku (1D)
- v = v0 + a t — hitrost po času t pri konstantnem pospešku.
- s = s0 + v0 t + (1/2) a t^2 — položaj (premik) po času t.
- v^2 = v0^2 + 2 a Δs — uporabno, kadar čas ni znan.
Vektorska narava pospeška
Ker je pospešek vektor, ima vedno smer in velikost. Pospešek se lahko pojavi zaradi spremembe velikosti hitrosti (pospeševanje ali upočasnjevanje) ali zaradi spremembe smeri gibanja (kot pri enakomernem krožnem gibanju). Primeri:
- Če se vozilo pelje v ravni črti in povečuje hitrost, je pospešek usmerjen v smer gibanja.
- Pri zaviranju je pospešek v nasprotni smeri hitrosti — velikost hitrosti se zmanjšuje (pogovorno: "negativen pospešek" ali "upad hitrosti").
- Pri enakomernem krožnem gibanju je velikost hitrosti (hitrost) konstantna, vendar se smer spreminja — pospešek (centripetalni) kaže proti središču kroga in ima velikost a = v^2 / r.
Enote in oznake
Standardna enota pospeška v SI sistemu je metri na sekundo na kvadrat (m/s^2). Tipične oznake:
- a — pospešek
- v, v0 — hitrost, začetna hitrost
- s, r — premik ali položaj
- t — čas
Povezava s silo
Po Newtonovem drugem zakonu je pospešek povezan s silo:
F = m a
kjer je F rezultanta sil (vektor), m masa telesa in a pospešek. Sile, ki delujejo na telo, določajo pospešek — tako v velikosti kot v smeri.
Primeri
- Prosto padanje: Brez upora zraka telo pada z ubrzavo približno g = 9,81 m/s^2 navzdol. Po 3 s bo hitrost približno v = g t ≈ 29,4 m/s navzdol.
- Krožno gibanje: Avto v ovinku z radijem r = 10 m in hitrostjo v = 10 m/s ima centripetalni pospešek a = v^2 / r = 100 / 10 = 10 m/s^2 proti središču ovinka.
- Upočasnjevanje: Če avto v mirujočem prostoru zavira z enakomernim nasprotnim pospeškom a = −5 m/s^2, se bo njegova hitrost čez 4 s zmanjšala za 20 m/s (v = v0 + a t).
Povzetek
Pospešek opisuje, kako se spreminja hitrost z občutkom časa. Je vektorska količina (ima velikost in smer), jo lahko izražamo kot Δv/Δt ali kot odvod hitrosti in ima ključno vlogo pri opisu gibanja in pri vezavi na sile (F = m a). Razumevanje razlike med povprečnim in trenutnim pospeškom ter med spremembo velikosti in smeri hitrosti je bistveno za reševanje nalog iz kinematike in dinamike.
Primeri
- Predmet se je gibal proti severu s hitrostjo 10 metrov na sekundo. Predmet pospeši in se zdaj giblje proti severu s hitrostjo 15 metrov na sekundo. Predmet je pospešil.
- Jabolko pada navzdol. Padati začne s hitrostjo 0 metrov na sekundo. Na koncu prve sekunde se jabolko giblje s hitrostjo 9,8 metra na sekundo. Jabolko je pospešilo. Na koncu druge sekunde se jabolko premika navzdol s hitrostjo 19,6 metra na sekundo. Jabolko je spet pospešilo.
- Jane hodi proti vzhodu s hitrostjo 3 kilometre na uro. Janina hitrost se ne spremeni. Janin pospešek je enak nič.
- Tom je hodil proti vzhodu s hitrostjo 3 kilometre na uro. Tom se obrne in hodi proti jugu s hitrostjo 3 kilometre na uro. Tom je imel neničelni pospešek.
- Sally je hodila proti vzhodu s hitrostjo 3 kilometre na uro. Sally upočasni. Nato Sally hodi proti vzhodu s hitrostjo 1,5 kilometra na uro. Sally je imela neničelni pospešek.
- Pospešek zaradi gravitacije
Iskanje pospeška
Pospešek je stopnja spremembe hitrosti predmeta. Pospešek a {\displaystyle \mathbf {a} }
lahko ugotovimo z uporabo:
a = v 1 - v 0 t 1 - t 0 {\displaystyle \mathbf {a} ={\mathbf {v_{1}} -\mathbf {v_{0}} \over {t_{1}-t_{0}}}} 
kjer je
v 0 {\displaystyle \mathbf {v_{0}} }
je hitrost na začetku
v 1 {\displaystyle \mathbf {v_{1}} }
s čas na začetku
t 1 {\displaystyle t_{1}}
je čas na koncu
Včasih je sprememba hitrosti v 1 - v 0 {\displaystyle \mathbf {v_{1}} -\mathbf {v_{0}} }
zapišemo kot Δ v {\displaystyle \mathbf {v} } 
. Včasih se sprememba v času t 1 - t 0 {\displaystyle {t_{1}-t_{0}}}
zapiše kot Δt.
V težavnih situacijah lahko pospešek izračunamo z matematiko: v računu je pospešek derivativ hitrosti (glede na čas), a = d v d t {\displaystyle \mathbf {a} ={\frac {\mathrm {d} \mathbf {v} }{\mathrm {d} t}}
.
Merske enote
Pospešek ima svoje merske enote. Če na primer hitrost merimo v metrih na sekundo, čas pa v sekundah, potem pospešek merimo v metrih na sekundo na kvadrat (m/s2 ).
Druge besede
Pospešek je lahko pozitiven ali negativen. Kadar je pospešek negativen (hitrost pa ne spremeni smeri), ga včasih imenujemo pojemanje. Na primer, ko avto zavira, se upočasni. Fiziki običajno uporabljajo samo besedo "pospešek".
Newtonov drugi zakon gibanja
Newtonovi zakoni gibanja so pravila za gibanje stvari. Ta pravila imenujemo "zakoni gibanja". Isaac Newton je znanstvenik, ki je prvi zapisal glavne zakone gibanja. V skladu z drugim Newtonovim zakonom gibanja je sila, ki jo nekaj potrebuje za pospeševanje predmeta, odvisna od mase predmeta (količina "snovi", iz katere je predmet narejen, ali kako "težak" je). Formula drugega Newtonovega zakona gibanja je F = m a {\displaystyle \mathbf {F} =m\mathbf {a} } 
kjer a {\displaystyle \mathbf {a} } je pospešek, F {\displaystyle \mathbf {F} }
je sila, m {\displaystyle m}
pa masa. Ta formula je zelo znana in je zelo pomembna v fiziki. Drugi Newtonov zakon gibanja, na kratko "drugi Newtonov zakon", je pogosto ena prvih stvari, ki se jih naučijo učenci fizike.
Upočasnitev
Upočasnjevanje je nasprotje pospeševanja. To pomeni, da se nekaj upočasni, namesto da bi se pospešilo. Na primer, ko avtomobil zavira, se upočasnjuje.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je pospešek?
O: Pospešek je mera za hitrost, ki se spreminja.
V: Kako se meri pospešek?
O: Pospešek je sprememba hitrosti, deljena s spremembo časa.
V: Katera vrsta količine je pospešek?
O: Pospešek je vektor, zato vsebuje velikost in smer.
V: Kako je opredeljena hitrost?
O: Hitrost je, kako hitro se gibljete, in se meri kot razdalja, deljena s časom.
V: Kakšna je razlika med hitrostjo in hitrostjo?
O: Hitrost je vektorska veličina in se nanaša na to, kako hitro se spreminja vaš položaj in v katero smer.
V: Kaj je premik?
O: Premik pomeni, za koliko se je vaš položaj spremenil v kateri smeri.
V: Kaj je sunek?
O: Trk je merilo, kako hitro se spreminja pospešek.
