Kao što znate, svaka fizička veličina pripada jednom od dva tipa, bilo je skalarna ili vektorska. U ovom članku ćemo razmotriti takve kinematičke karakteristike kao što su brzina i ubrzanje, a također ćemo pokazati gdje su usmjereni vektori ubrzanja i brzine.
Šta je brzina i ubrzanje?
Obje veličine pomenute u ovom paragrafu su važne karakteristike bilo koje vrste kretanja, bilo da se radi o kretanju tijela u pravoj liniji ili duž zakrivljene putanje.
Brzina je brzina kojom se koordinate mijenjaju tokom vremena. Matematički, ova vrijednost je jednaka vremenskom izvodu prijeđene udaljenosti, odnosno:
v¯=dl¯/dt.
Ovdje je vektor l¯ usmjeren od početne tačke puta do krajnje tačke.
Zauzvrat, ubrzanje je brzina kojom se sama brzina mijenja u vremenu. U obliku formule može se napisati ovako:
a¯=dv¯/dt.
Očigledno, uzimajući drugi derivat odvektor pomaka l¯ u vremenu, također ćemo dobiti vrijednost ubrzanja.
Budući da se brzina mjeri u metrima u sekundi, ubrzanje se, prema pisanom izrazu, mjeri u metrima u sekundi na kvadrat.
Gdje su vektori ubrzanja i brzine?
U fizici, svako mehaničko kretanje tijela obično se karakteriše određenom putanjom. Ovo posljednje je neka zamišljena kriva po kojoj se tijelo kreće u prostoru. Na primjer, prava linija ili krug su glavni primjeri uobičajenih putanja kretanja.
Vektor brzine tijela uvijek je usmjeren u smjeru kretanja, bez obzira da li tijelo usporava ili ubrzava, da li se kreće pravolinijski ili duž krivulje. Govoreći geometrijskim terminima, vektor brzine je usmjeren tangencijalno na tačku putanje u kojoj se tijelo trenutno nalazi.
Vektor ubrzanja materijalne ili tjelesne tačke nema nikakve veze sa brzinom. Ovaj vektor je usmjeren u smjeru promjene brzine. Na primjer, za pravolinijsko kretanje, vrijednost a¯ može se ili poklapati u smjeru s v¯ ili biti suprotna v¯.
Sila koja djeluje na tijelo i ubrzanje
Utvrdili smo da je vektor ubrzanja tijela usmjeren ka promjeni vektora brzine. Međutim, nije uvijek lako odrediti kako se brzina mijenja u datoj tački putanje. Štoviše, da biste odredili promjenu brzine, potrebno je izvršiti operacijuvektorske razlike. Da biste izbjegli ove poteškoće u određivanju smjera vektora a¯, postoji još jedan način da brzo saznate.
U nastavku je Njutnov poznati i dobro poznat zakon svakom studentu:
F¯=ma¯.
Formula pokazuje da je uzrok ubrzanja u tijelima sila koja na njih djeluje. Pošto je masa m skalar, vektor sile F¯ i vektor ubrzanja a¯ su u istom smjeru. Ovu činjenicu treba zapamtiti i primijeniti u praksi kad god postoji potreba da se odredi smjer količine a¯.
Ako na tijelo djeluje nekoliko različitih sila, tada će smjer vektora ubrzanja biti jednak rezultirajućem vektoru svih sila.
Kružno kretanje i ubrzanje
Kada se tijelo kreće pravolinijski, ubrzanje je usmjereno naprijed ili nazad. U slučaju kretanja u krugu, situacija je komplicirana činjenicom da vektor brzine stalno mijenja svoj smjer. S obzirom na gore navedeno, ukupno ubrzanje određuju njegove dvije komponente: tangencijalno i normalno ubrzanje.
Tangencijalno ubrzanje je usmjereno potpuno isto kao i vektor brzine, ili protiv njega. Drugim riječima, ova komponenta ubrzanja usmjerena je duž tangente putanje. Tangencijalno ubrzanje opisuje promjenu modula same brzine.
Normalno ubrzanje je usmjereno duž normale na datu tačku putanje, uzimajući u obzir njenu zakrivljenost. U slučaju kružnog kretanja, vektor ove komponente pokazujedo centra, odnosno normalno ubrzanje je usmjereno duž radijusa rotacije. Ova komponenta se često naziva centripetalna.
Puno ubrzanje je zbir ovih komponenti, tako da se njegov vektor može proizvoljno usmjeriti u odnosu na kružnicu.
Ako se tijelo rotira bez promjene linearne brzine, tada postoji samo normalna komponenta različita od nule, tako da je vektor punog ubrzanja usmjeren prema centru kruga. Imajte na umu da na ovaj centar također djeluje sila koja drži tijelo na njegovoj putanji. Na primjer, gravitacijska sila Sunca drži našu Zemlju i druge planete u njihovim orbitama.
