Cisimlerin uzaydaki hareketi, aralarında başlıca kat edilen mesafe, hız ve ivme olan bir dizi özellik ile tanımlanır. İkinci özellik, hareketin kendisinin özelliğini ve türünü büyük ölçüde belirler. Bu yazımızda fizikte ivme nedir sorusunu ele alacağız ve bu değeri kullanarak bir problem çözme örneği vereceğiz.
Dinamiklerin ana denklemi
Fizikte ivmeyi tanımlamadan önce, Newton'un ikinci yasası olarak adlandırılan dinamiğin ana denklemini verelim. Genellikle şu şekilde yazılır:
F¯dt=dp¯
Yani, harici bir karaktere sahip olan F¯ kuvveti, dt süresi boyunca belirli bir cisme etki etti ve bu da momentumda dp¯ değerinde bir değişikliğe neden oldu. Denklemin sol tarafına genellikle vücudun momentumu denir. F¯ ve dp¯ niceliklerinin doğada vektör olduğuna ve bunlara karşılık gelen vektörlerin yönlendirildiğine dikkat edin.aynı.
Her öğrenci momentumun formülünü bilir, şu şekilde yazılır:
p¯=mv¯
p¯ değeri, vücutta depolanan kinetik enerjiyi (hız faktörü v¯) karakterize eder, bu da cismin atalet özelliklerine bağlıdır (kütle faktörü m).
Bu ifadeyi Newton'un 2. yasasının formülünde yerine koyarsak şu eşitliği elde ederiz:
F¯dt=mdv¯;
F¯=mdv¯ / dt;
F¯=ma¯, burada a¯=dv¯ / dt.
A¯ giriş değerine ivme denir.
Fizikte ivme nedir?
Şimdi bir önceki paragrafta tanıtılan a¯ değerinin ne anlama geldiğini açıklayalım. Matematiksel tanımını tekrar yazalım:
a¯=dv¯ / dt
Formülü kullanarak, bunun fizikte ivme olduğu kolayca anlaşılabilir. Fiziksel nicelik a¯ hızın zamanla ne kadar hızlı değişeceğini gösterir, yani hızın kendisinin değişim hızının bir ölçüsüdür. Örneğin, Newton yasasına göre, 1 kilogram ağırlığındaki bir cisme 1 Newton'luk bir kuvvet etki ederse, o zaman 1 m / s2 ivme kazanır, yani hareketin her saniyesi vücut hızını saniyede 1 metre artıracaktır.
Hızlanma ve hız
Fizikte bunlar, kinematik hareket denklemleriyle birbirine bağlı iki farklı niceliktir. Her iki miktar davektör, ancak genel durumda farklı yönlendirilirler. İvme her zaman etki eden kuvvetin yönü boyunca yönlendirilir. Hız, vücudun yörüngesi boyunca yönlendirilir. İvme ve hız vektörleri, yalnızca etki yönündeki dış kuvvet cismin hareketiyle çakıştığında birbiriyle çakışacaktır.
Hızın aksine, hızlanma negatif olabilir. İkinci gerçek, vücudun hareketine karşı yönlendirildiği ve hızını düşürme eğiliminde olduğu anlamına gelir, yani yavaşlama süreci gerçekleşir.
Hız ve ivme modüllerini ilişkilendiren genel formül şuna benzer:
v=v0+ at
Bu, cisimlerin doğrusal düzgün hızlandırılmış hareketinin temel denklemlerinden biridir. Zamanla hızın lineer olarak arttığını gösterir. Hareket eşit derecede yavaşsa, at teriminin önüne bir eksi konmalıdır. Buradaki v0değeri bir başlangıç hızıdır.
Tekdüze hızlandırılmış (eşdeğer yavaş) hareketle, formül de geçerlidir:
a¯=Δv¯ / Δt
Diferansiyel formdaki benzer bir ifadeden farklıdır, çünkü burada ivme sonlu bir Δt zaman aralığı üzerinden hesaplanır. Bu ivmeye işaretli zaman periyodundaki ortalama denir.
Yol ve hızlanma
Eğer cisim düzgün ve düz bir çizgide hareket ediyorsa, t zamanında aldığı yol şu şekilde hesaplanabilir:
S=vt
V ≠ const ise, cismin kat ettiği mesafe hesaplanırken ivme dikkate alınmalıdır. Karşılık gelen formül:
S=v0 t + at2 / 2
Bu denklem eşit olarak hızlandırılmış hareketi tanımlar (tekdüze yavaş hareket için "+" işareti "-" işaretiyle değiştirilmelidir).
Dairesel hareket ve ivme
Yukarıda fizikte ivmenin vektörel bir nicelik olduğu, yani hem yönde hem de mutlak değerde değişmesinin mümkün olduğu söylendi. Düşünülen doğrusal hızlandırılmış hareket durumunda, a¯ vektörünün yönü ve modülü değişmeden kalır. Modül değişmeye başlarsa, böyle bir hareket artık düzgün bir şekilde hızlandırılmayacak, ancak doğrusal kalacaktır. a¯ vektörünün yönü değişmeye başlarsa, hareket eğrisel olacaktır. Bu tür hareketlerin en yaygın türlerinden biri, bir daire boyunca maddesel bir noktanın hareketidir.
Bu hareket türü için iki formül geçerlidir:
α¯=dω¯ / dt;
ac=v2 / r
İlk ifade açısal ivmedir. Fiziksel anlamı, açısal hızın değişim oranında yatar. Başka bir deyişle, α cismin ne kadar hızlı döndüğünü veya dönüşünü ne kadar yavaşlattığını gösterir. α değeri teğetsel bir ivmedir, yani daireye teğetsel olarak yönlendirilir.
İkinci ifade, ac merkezcil ivmeyi tanımlar. Doğrusal dönüş hızı isesabit kalır (v=const), o zaman ac modülü değişmez, ancak yönü her zaman değişir ve gövdeyi dairenin merkezine doğru yönlendirme eğilimindedir. Burada r, vücudun dönme yarıçapıdır.
Vücudun serbest düşüşüyle ilgili sorun
Fizikte bunun ivme olduğunu öğrendik. Şimdi doğrusal hareket için yukarıdaki formüllerin nasıl kullanılacağını gösterelim.
Serbest düşüş ivmesi ile fizikteki tipik problemlerden biri. Bu değer, gezegenimizin yerçekimi kuvvetinin sonlu bir kütleye sahip tüm cisimlere verdiği ivmeyi temsil eder. Fizikte, Dünya yüzeyine yakın serbest düşüş ivmesi 9.81 m/s2.
Bir cismin 20 metre yükseklikte olduğunu varsayalım. Sonra serbest bırakıldı. Dünyanın yüzeyine ulaşmak ne kadar sürer?
Başlangıç hızı v0sıfıra eşit olduğundan, kat edilen mesafe (yükseklik h) için şu denklemi yazabiliriz:
h=gt2 / 2
Düşme zamanını nereden alıyoruz:
t=√(2s / g)
Koşuldaki verileri değiştirerek, vücudun 2.02 saniye içinde yerde olacağını buluyoruz. Gerçekte, hava direncinin varlığı nedeniyle bu süre biraz daha uzun olacaktır.
