Pergerakan ialah salah satu ciri utama dunia yang kita diami. Dari fizik diketahui bahawa semua jasad dan zarah yang terdiri daripadanya sentiasa bergerak di angkasa walaupun pada suhu sifar mutlak. Dalam artikel ini, kita akan mempertimbangkan takrifan pecutan sebagai ciri kinematik penting bagi gerakan mekanikal dalam fizik.
Saiz apa yang kita bincangkan?
Mengikut takrifan, pecutan ialah kuantiti yang membolehkan anda menerangkan secara kuantitatif proses perubahan kelajuan mengikut masa. Secara matematik, pecutan dikira seperti berikut:
a¯=dv¯/dt.
Formula untuk menentukan pecutan ini menerangkan apa yang dipanggil nilai serta-merta a¯. Untuk mengira purata pecutan, anda harus mengambil nisbah perbezaan kelajuan kepada tempoh masa yang lebih lama.
Nilai a¯ ialah vektor. Jika halaju diarahkan sepanjang tangen ke trajektori jasad yang dipertimbangkan, maka pecutan bolehdiarahkan secara rawak sepenuhnya. Ia tiada kaitan dengan trajektori pergerakan dan dengan vektor v¯. Namun begitu, kedua-dua ciri gerakan yang dinamakan bergantung pada pecutan. Ini kerana, akhirnya, vektor pecutan yang menentukan trajektori dan kelajuan badan.
Untuk memahami ke mana pecutan a¯ diarahkan, seseorang harus menulis hukum kedua Newton. Dalam bentuk yang terkenal, ia kelihatan seperti ini:
F¯=ma¯.
Kesamaan mengatakan bahawa dua vektor (F¯ dan a¯) berkaitan antara satu sama lain melalui pemalar berangka (m). Dari sifat-sifat vektor diketahui bahawa pendaraban dengan nombor positif tidak mengubah arah vektor. Dalam erti kata lain, pecutan sentiasa ditujukan kepada tindakan jumlah daya F¯ pada badan.
Kuantiti dalam pertimbangan diukur dalam meter sesaat persegi. Sebagai contoh, daya graviti Bumi berhampiran permukaannya memberikan kepada jasad pecutan 9.81 m/s2, iaitu, kelajuan jasad jatuh bebas dalam ruang tanpa udara meningkat sebanyak 9.81 m/s setiap saat.
Konsep gerakan dipercepat secara seragam
Formula untuk menentukan pecutan dalam kes umum telah ditulis di atas. Walau bagaimanapun, dalam amalan selalunya perlu untuk menyelesaikan masalah untuk apa yang dipanggil gerakan dipercepatkan secara seragam. Ia difahami sebagai pergerakan badan sedemikian di mana komponen tangen mereka pecutan adalah nilai malar. Kami menekankan kepentingan ketekalan tangen, dan bukan komponen pecutan biasa.
Jumlah pecutan badan dalam proses gerakan melengkung boleh diwakili sebagai dua komponen. Komponen tangen menerangkan perubahan dalam modulus halaju. Komponen normal sentiasa diarahkan berserenjang dengan trajektori. Ia tidak mengubah modulus kelajuan, tetapi ia menukar vektornya.
Di bawah, kami akan membincangkan soalan mengenai komponen pecutan dengan lebih terperinci.
Pergerakan dipercepatkan secara seragam dalam garis lurus
Memandangkan vektor halaju tidak berubah apabila bergerak dalam garis lurus badan, pecutan normal ialah sifar. Ini bermakna jumlah pecutan dibentuk secara eksklusif oleh komponen tangen. Takrifan pecutan semasa gerakan dipercepatkan seragam dijalankan mengikut formula berikut:
a=(v - v0)/t;
a=2S/t2;
a=2(S-v0t)/t2.
Tiga persamaan ini ialah ungkapan asas kinematik. Di sini v0 ialah kelajuan yang dimiliki badan sebelum pecutan. Ia dipanggil awal. Nilai S ialah laluan yang dilalui oleh badan sepanjang trajektori lurus pada masa t.
Walau apa pun nilai masa yang kita gantikan ke dalam mana-mana persamaan ini, kita akan sentiasa mendapat pecutan yang sama a, kerana ia tidak berubah semasa jenis pergerakan yang dipertimbangkan.
Putaran pantas
Bergerak mengelilingi bulatan dengan pecutan ialah jenis pergerakan yang agak biasa dalam teknologi. Untuk memahami ini, cukup untuk mengingati putaran aci,cakera, roda, galas. Untuk menentukan pecutan jasad semasa gerakan dipercepatkan secara seragam dalam bulatan, bukan kuantiti linear sering digunakan, tetapi kuantiti bersudut. Pecutan sudut, sebagai contoh, ditakrifkan seperti berikut:
α=dω/dt.
Nilai α dinyatakan dalam radian untuk setiap kuasa dua saat. Pecutan dengan komponen tangen bagi kuantiti a ini berkaitan seperti berikut:
α=at/r.
Memandangkan α adalah malar semasa putaran dipercepatkan secara seragam, pecutan tangen at meningkat dalam perkadaran langsung dengan peningkatan jejari putaran r.
Jika α=0, maka hanya terdapat pecutan normal bukan sifar semasa putaran. Walau bagaimanapun, pergerakan ini dipanggil pembolehubah seragam atau putaran seragam, bukan pecutan seragam.
