მოძრაობა არის მსოფლიოს ერთ-ერთი მთავარი მახასიათებელი, რომელშიც ჩვენ ვცხოვრობთ. ფიზიკიდან ცნობილია, რომ ყველა სხეული და ნაწილაკი, რომლიდანაც ისინი შედგება, მუდმივად მოძრაობენ სივრცეში, თუნდაც აბსოლუტურ ნულოვან ტემპერატურაზე. ამ სტატიაში განვიხილავთ აჩქარების განმარტებას, როგორც მექანიკური მოძრაობის მნიშვნელოვან კინემატიკურ მახასიათებელს ფიზიკაში.
რა ზომაზეა საუბარი?
დეფინიციის მიხედვით, აჩქარება არის სიდიდე, რომელიც საშუალებას გაძლევთ რაოდენობრივად აღწეროთ დროთა განმავლობაში სიჩქარის შეცვლის პროცესი. მათემატიკურად, აჩქარება გამოითვლება შემდეგნაირად:
a¯=dv¯/dt.
აჩქარების განსაზღვრის ეს ფორმულა აღწერს ეგრეთ წოდებულ მყისიერ მნიშვნელობას a¯. საშუალო აჩქარების გამოსათვლელად, თქვენ უნდა აიღოთ სიჩქარის სხვაობის თანაფარდობა უფრო ხანგრძლივ პერიოდზე.
მნიშვნელობა a¯ არის ვექტორი. თუ სიჩქარე მიმართულია სხეულის განხილულ ტრაექტორიაზე ტანგენტის გასწვრივ, მაშინ აჩქარება შეიძლება იყოსმიმართულია სრულიად შემთხვევითი გზით. მას არანაირი კავშირი არ აქვს მოძრაობის ტრაექტორიასთან და v¯ ვექტორთან. მიუხედავად ამისა, მოძრაობის ორივე დასახელებული მახასიათებელი დამოკიდებულია აჩქარებაზე. ეს იმიტომ ხდება, რომ საბოლოო ჯამში, ეს არის აჩქარების ვექტორი, რომელიც განსაზღვრავს სხეულის ტრაექტორიას და სიჩქარეს.
იმისათვის, რომ გავიგოთ, სად არის მიმართული ა¯ აჩქარება, უნდა ჩაწეროთ ნიუტონის მეორე კანონი. ცნობილი ფორმით, ასე გამოიყურება:
F¯=ma¯.
ტოლობა ამბობს, რომ ორი ვექტორი (F¯ და a¯) დაკავშირებულია ერთმანეთთან რიცხვითი მუდმივის მეშვეობით (m). ვექტორების თვისებებიდან ცნობილია, რომ დადებით რიცხვზე გამრავლება არ ცვლის ვექტორის მიმართულებას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, აჩქარება ყოველთვის მიმართულია სხეულზე მთლიანი ძალის F¯ მოქმედებისკენ.
განხილული რაოდენობა იზომება მეტრებში წამში კვადრატში. მაგალითად, დედამიწის მიზიდულობის ძალა მის ზედაპირთან სხეულებს აჩქარებს 9,81 მ/წმ. მ/წმ ყოველ წამში.
ერთგვაროვნად აჩქარებული მოძრაობის კონცეფცია
ზოგად შემთხვევაში აჩქარების განსაზღვრის ფორმულა ზემოთ დაიწერა. თუმცა, პრაქტიკაში ხშირად საჭიროა პრობლემების გადაჭრა ეგრეთ წოდებული ერთნაირად აჩქარებული მოძრაობისთვის. გაგებულია, როგორც სხეულების მოძრაობა, რომელშიც მათი აჩქარების ტანგენციალური კომპონენტი მუდმივი მნიშვნელობაა. ჩვენ ხაზს ვუსვამთ აჩქარების ტანგენციალური და არა ნორმალური კომპონენტის მუდმივობის მნიშვნელობას.
სხეულის მთლიანი აჩქარება მრუდი მოძრაობის პროცესში შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ორი კომპონენტის სახით. ტანგენციალური კომპონენტი აღწერს სიჩქარის მოდულის ცვლილებას. ნორმალური კომპონენტი ყოველთვის მიმართულია ტრაექტორიის პერპენდიკულარულად. ის არ ცვლის სიჩქარის მოდულს, მაგრამ ცვლის მის ვექტორს.
ქვემოთ უფრო დეტალურად განვიხილავთ კითხვას აჩქარების კომპონენტთან დაკავშირებით.
მოძრაობა თანაბრად აჩქარებული სწორი ხაზით
რაკი სიჩქარის ვექტორი არ იცვლება სხეულის სწორ ხაზზე მოძრაობისას, ნორმალური აჩქარება არის ნული. ეს ნიშნავს, რომ მთლიანი აჩქარება იქმნება ექსკლუზიურად ტანგენციალური კომპონენტის მიერ. აჩქარების განსაზღვრა ერთნაირად აჩქარებული მოძრაობის დროს ხორციელდება შემდეგი ფორმულების მიხედვით:
a=(v - v0)/t;
a=2S/t2;
a=2(S-v0t)/t2.
ეს სამი განტოლება არის კინემატიკის ძირითადი გამოსახულებები. აქ v0 არის სიჩქარე, რომელიც სხეულს ჰქონდა აჩქარებამდე. თავდაპირველი ჰქვია. მნიშვნელობა S არის სხეულის მიერ გავლილი გზა სწორი ტრაექტორიის გასწვრივ t დროის განმავლობაში.
დროის რომელი მნიშვნელობაც არ უნდა ჩავანაცვლოთ რომელიმე ამ განტოლებაში, ჩვენ ყოველთვის მივიღებთ იგივე აჩქარებას, რადგან ის არ იცვლება მოძრაობის განხილული ტიპის დროს.
სწრაფი ტრიალი
წრის გარშემო მოძრაობა აჩქარებით არის მოძრაობის საკმაოდ გავრცელებული ტიპი ტექნოლოგიაში. ამის გასაგებად, საკმარისია გავიხსენოთ ლილვების ბრუნვა,დისკები, დისკები, საკისრები. წრეში თანაბრად აჩქარებული მოძრაობის დროს სხეულის აჩქარების დასადგენად ხშირად გამოიყენება არა წრფივი, არამედ კუთხოვანი სიდიდეები. მაგალითად, კუთხოვანი აჩქარება განისაზღვრება შემდეგნაირად:
α=dω/dt.
α-ს მნიშვნელობა გამოიხატება რადიანებში ყოველი წამის კვადრატში. ეს აჩქარება a სიდიდის ტანგენციალურ კომპონენტთან დაკავშირებულია შემდეგნაირად:
α=at/r.
რადგან α მუდმივია ერთნაირად აჩქარებული ბრუნვის დროს, ტანგენციალური აჩქარება at იზრდება ბრუნვის რადიუსის გაზრდის პირდაპირი პროპორციით r.
თუ α=0, მაშინ ბრუნვის დროს არის მხოლოდ ნულოვანი ნორმალური აჩქარება. თუმცა, ამ მოძრაობას ეწოდება ერთგვაროვანი ცვლადი ან ერთგვაროვანი ბრუნვა, არა ერთნაირად აჩქარებული.
