تعریف شتاب و مفاهیم و فرمول های مربوط به آن
تعریف شتاب و مفاهیم و فرمول های مربوط به آن

چنان که می دانیم در جهان واقعی به ندرت پیش می آید که سرعت ثابت باشد. در دنیای واقعی سرعت یک شیء در حرکت، اغلب در حال تغییر است.


شتاب چیست؟

شتاب میزان تغییر در سرعت یک شیء است. هنگامی که در ماشین پدال گاز را فشار می دهیم ماشین سریع تر و سریع تر رو به جلو می رود. این تغییر در سرعت، شتاب است.

معادله محاسبه شتاب عبارت است از:
شتاب = تغییر در سرعت / تغییر در زمان
یا
a = Δv ÷ Δt

 

چگونه شتاب را اندازه گیری کنیم؟

واحد استاندارد اندازه گیری شتاب، متر بر مجذور ثانیه یا m/s2 است. ما می توانیم شتاب را از فرمول بالا محاسبه کنیم که در آن سرعت، متر بر ثانیه و زمان به ثانیه است.

 

شتاب یک بردار است

در فیزیک، شتاب نه تنها دارای بزرگی است (که عدد m/s2 است که در بالا درباره آن بحث کردیم)، بلکه دارای جهت نیز هست. این باعث می شود شتاب یک بردار باشد.

 

نیرو و شتاب

قانون دوم حرکت نیوتن می گوید که نیرویی که بر یک شیء وارد می شود برابر است با حاصلضرب جرم در شتاب. معادله آن به صورت زیر نوشته می شود:
نیرو = جرم * شتاب
یا
F = ma

ما می توانیم این فرمول را برای شتاب هم مورد استفاده قرار دهیم در صورتی که جرم و نیروی وارد بر یک شیء را بدانیم. 

به این ترتیب این فرمول به صورت زیر درمی آید:
شتاب = نیرو / جرم
یا
a = F/m

 

شتاب ثابت

هنگامی که سرعت یک شیء به مقدار ثابت در طول زمان تغییر می کند، شتاب ثابت نامیده می شود. شیئی با شتاب مثبت ثابت، سریع تر و سریع تر خواهد رفت. سرعت آن به طور مداوم افزایش می یابد.

         مدت                 سرعت             شتاب

ثانیه اول          m/s2 5             m/s10

ثانیه دوم         m/s2 5               m/s15

ثانیه سوم         m/s2 5            m/s20

نمونه ای از شتاب ثابت 5 m/s2

 

سقوط آزاد: نوعی از شتاب

شیء در وضعیت سقوط آزاد نمونه ای از شتاب ثابت، است. در طول سقوط آزاد، گرانش نیرویی ثابت را بر یک جسم اعمال می کند که باعث افزایش ثابت سرعت آن می شود. اگر مسافتی که یک شیء سقوط کرده را اندازه گیری کنیم، هر ثانیه بیشتر سقوط می کند چرا که به طور مداوم سرعتش افزایش می یابد.

توجه: در دنیای واقعی نیروی اضافی اصطکاک هوا بر شیء وجود دارد. در نقطه ای، جسم به «سرعت نهایی» می رسد. این بدان معنی است که دیگر شتاب نمی گیرد و سرعت سقوط همان میزان باقی می ماند. سرعت نهایی یک چترباز در حال سقوط رو به پایین در حدود 122 مایل بر ساعت (حدود 196 کیلومتر بر ساعت) است.

 

شتاب متوسط

شتاب متوسط، تغییر کل سرعت ها تقسیم بر کل مدت زمان ها است. شتاب متوسط را می توان با استفاده از معادله a = Δv ÷ Δt پیدا کرد.
به عنوان مثال، اگر سرعت یک شیء از 20 متر بر ثانیه به 50 متر بر ثانیه در طول 5 ثانیه تغییر کند شتاب متوسط عبارت خواهد بود از:
a = (50 m/s - 20 m/s) ÷ 5s
a = 30 ms ÷ 5s
a = 6 m/s2

 

کاهش سرعت یا شتاب منفی

وقتی سرعت شیئی کاهش می یابد (کند می شود) کاهش سرعت نامیده می شود. همچنین ممکن است به نام شتاب منفی نیز بیان شود. این بدان معنی است که جهت و یا بردار شتاب در جهت مخالف حرکت شیء است.

به عنوان مثال، اگر سرعت یک شیء در مدت زمان 2 ثانیه از 40 متر بر ثانیه به 10 متر بر ثانیه تغییر کند شتاب متوسط عبارت خواهد بود از:
a = (10 m/s - 40 m/s) ÷ 2s
a = -30 ms ÷ 2s
a = -15 m/s2
آن را می توان کاهش سرعت 15 m/s2 نیز نامید.




0 0