Pokret je jedna od glavnih karakteristika svijeta u kojem živimo. Iz fizike je poznato da se sva tijela i čestice od kojih se sastoje neprestano kreću u prostoru čak i na temperaturama od apsolutne nule. U ovom članku ćemo razmotriti definiciju ubrzanja kao važne kinematičke karakteristike mehaničkog kretanja u fizici.
O kojoj veličini govorimo?
Prema definiciji, ubrzanje je veličina koja vam omogućava da kvantitativno opišete proces promjene brzine s vremenom. Matematički, ubrzanje se izračunava na sljedeći način:
a¯=dv¯/dt.
Ova formula za određivanje ubrzanja opisuje takozvanu trenutnu vrijednost a¯. Da biste izračunali prosječno ubrzanje, trebali biste uzeti omjer razlike u brzinama i dužeg vremenskog perioda.
Vrijednost a¯ je vektor. Ako je brzina usmjerena duž tangente na razmatranu putanju tijela, tada ubrzanje može bitiusmjerena na potpuno nasumičan način. To nema nikakve veze sa putanjom kretanja i vektorom v¯. Ipak, obje navedene karakteristike kretanja zavise od ubrzanja. To je zato što, u konačnici, vektor ubrzanja određuje putanju i brzinu tijela.
Da bismo razumjeli gdje je usmjereno ubrzanje a¯, treba zapisati drugi Newtonov zakon. U dobro poznatom obliku, to izgleda ovako:
F¯=ma¯.
Jednakost kaže da su dva vektora (F¯ i a¯) povezana jedan s drugim kroz numeričku konstantu (m). Iz svojstava vektora je poznato da množenje pozitivnim brojem ne mijenja smjer vektora. Drugim riječima, ubrzanje je uvijek usmjereno na djelovanje ukupne sile F¯ na tijelo.
Razmatrana količina se mjeri u metrima po kvadratnoj sekundi. Na primjer, gravitacijska sila Zemlje u blizini njene površine daje tijelima ubrzanje od 9,81 m/s2, odnosno brzina tijela koje slobodno pada u svemiru bez zraka povećava se za 9,81 m/s svake sekunde.
Koncept ravnomjerno ubrzanog kretanja
Formula za određivanje ubrzanja u opštem slučaju je napisana gore. Međutim, u praksi je često potrebno rješavati probleme za takozvano jednoliko ubrzano kretanje. Pod njim se podrazumijeva takvo kretanje tijela u kojem je njihova tangencijalna komponenta ubrzanja konstantna vrijednost. Ističemo važnost konstantnosti tangencijalne, a ne normalne komponente ubrzanja.
Ukupno ubrzanje tijela u procesu krivolinijskog kretanja može se predstaviti kao dvije komponente. Tangencijalna komponenta opisuje promjenu modula brzine. Normalna komponenta je uvijek usmjerena okomito na putanju. Ne mijenja modul brzine, ali mijenja svoj vektor.
U nastavku ćemo detaljnije pokriti pitanje u vezi sa komponentom ubrzanja.
Kretanje ravnomjerno ubrzano u pravoj liniji
Budući da se vektor brzine ne mijenja pri kretanju po pravoj liniji tijela, normalno ubrzanje je nula. To znači da ukupno ubrzanje formira isključivo tangencijalna komponenta. Definicija ubrzanja tokom ravnomjerno ubrzanog kretanja provodi se prema sljedećim formulama:
a=(v - v0)/t;
a=2S/t2;
a=2(S-v0t)/t2.
Ove tri jednačine su osnovni izrazi kinematike. Ovdje je v0 brzina koju je tijelo imalo prije ubrzanja. Zove se početni. Vrijednost S je putanja koju tijelo pređe duž prave putanje za vrijeme t.
Koju god vrijednost vremena t zamijenili u bilo koju od ovih jednačina, uvijek ćemo dobiti isto ubrzanje a, pošto se ono ne mijenja tokom razmatrane vrste kretanja.
Brzo okretanje
Kretanje po krugu uz ubrzanje je prilično čest tip kretanja u tehnologiji. Da bismo ovo razumjeli, dovoljno je prisjetiti se rotacije osovina,diskovi, kotači, ležajevi. Za određivanje ubrzanja tijela pri ravnomjerno ubrzanom kretanju u krugu često se koriste ne linearne veličine, već ugaone veličine. Kutno ubrzanje, na primjer, definirano je na sljedeći način:
α=dω/dt.
Vrijednost α je izražena u radijanima za svaku sekundu na kvadrat. Ovo ubrzanje s tangencijalnom komponentom veličine a povezano je na sljedeći način:
α=at/r.
Pošto je α konstantno tokom ravnomjerno ubrzane rotacije, tangencijalno ubrzanje at raste u direktnoj proporciji sa povećanjem radijusa rotacije r.
Ako je α=0, tada postoji samo normalno ubrzanje različito od nule tokom rotacije. Međutim, ovo kretanje se naziva ravnomjerno promjenjiva ili ravnomjerna rotacija, a ne ravnomjerno ubrzana.
