一様に直線運動が加速直線上を通過するものであるとした移動体の増加または一定の速度でその速度を低下させます。この速度は、速度が変化する速度を表す大きさであり、加速と呼ばれます。
均一に加速または変化する直線運動(MRUV)の場合、一定の加速度が速度の大きさを変化させます。他のタイプのモーションでは、加速度は、方向と速度の感覚を変えることもできます。また、均一な円運動のように、方向を変えることさえできます。
図1.加速された動きが最も頻繁です。出典:Pixabay。
加速度は時間の経過に伴う速度の変化を表すため、国際システムにおけるその単位はm / s 2(秒あたりのメートルの2乗)です。速度と同様に、加速には、速度が増加するか減少するかに応じて、正または負の符号を割り当てることができます。
たとえば+3 m / s 2の加速は、通過する1秒ごとに、モバイルの速度が3 m / s増加することを意味します。移動の開始時(t = 0)のモバイルの速度が+1 m / sの場合、1秒後に4 m / sになり、2秒後に7 m / sになります。
一様に変化する直線運動では、動く物体が日常的に経験する速度の変動が考慮されます。これは、均一な直線運動よりも現実的なモデルです。それでも、携帯電話の直線移動のみを制限するため、それはまだかなり制限されています。
特徴
これらは、均一に加速された直線運動の主な特徴です。
-動きは常に直線に沿って実行されます。
-モバイルの加速度は、大きさと方向と感覚の両方で一定です。
-モバイル速度は直線的に増加(または減少)します。
-加速度aは時間tで一定であるため、時間の関数としてのその大きさのグラフは直線です。図2に示す例では、線は青色で表示され、縦軸の加速度値は約+0.68 m / s 2です。
図2.一様に変化する直線運動の加速度と時間のグラフ。出典:ウィキメディア・コモンズ。
-tに対する速度vのグラフは直線(図3の緑色)であり、その傾きは移動体の加速度に等しい。この例では、勾配は正です。
図3.一様に変化する直線運動の速度対時間のグラフ。出典:ウィキメディア・コモンズ。
-縦軸のカットは初速度を示し、この場合は0.4 m / sです。
-最後に、位置x対時間のグラフは、図4の赤で示された曲線であり、常に放物線です。
図4.一様に変化する直線運動の位置対時間のプロット。出典:Wikimedia Commonsから変更。
v対グラフから移動した距離。t
グラフvと t、モバイルの移動距離の計算は非常に簡単です。移動距離は、目的の時間間隔内にある線の下の領域と同じです。
示されている例で、携帯電話の移動距離を0〜1秒で知りたいとします。このグラフを使用して、図5を参照してください。
図5.携帯電話の移動距離を計算するグラフ。出典:Wikimedia Commonsから変更。
求められる距離は、図3で網掛けされた台形の面積と数値的に同等です。台形の面積は、(大底+小底)x高さ/ 2で与えられます。
網掛け部分を三角形と長方形に分割し、対応する部分を計算して追加することも可能です。移動距離は、パーティクルが右に行く場合も左に行く場合も、正になります。
数式と方程式
MRUVでは、平均加速度と瞬間加速度の両方が同じ値であるため、次のようになります。
-加速度:a =定数
加速度が0の場合、速度はこの場合一定であるため、動きは均一な直線になります。aの符号は正でも負でもかまいません。
加速度はv対tの直線の傾きなので、方程式v(t)は次のようになります。
時間の関数としての速度:v(t)= v o + at
ここでv oはモバイルの初期速度の値です
時間の関数として位:X(T)= X 又は + V または T +½at 2
時間はなく、速度と変位がある場合、v(t)= v または + at の時間を解いて、最後の方程式に代入することで得られる非常に便利な方程式があります。についてです:
解決された演習
キネマティクス演習を解く場合、使用するモデルに状況が適合していることを確認することが重要です。たとえば、均一直線運動の方程式は、加速運動には有効ではありません。
そして、加速された動きのそれらは、例えば、円形または曲線型の動きには有効ではありません。以下で解決するこれらの演習の最初の演習では、動きの異なる2つの携帯電話を組み合わせます。正しく解くには、適切な運動モデルに行く必要があります。
-解決された演習1
井戸の深さを知るために、子供はコインを落とすと同時に、タイマーが作動します。タイマーは、コインが水に当たったのを聞くと止まります。その読み取りは2.5秒でした。空気中の音速が340 m / sであることを知って、井戸の深さを計算します。
解決
井戸の深さをhとします。コインはこの距離を自由落下で移動し、均一に変化する垂直方向の動きで、コインが落下するときに初期速度0で、9.8 m / s 2に等しい一定の下向きの加速度です。これを行うには時間t mかかります。
コインが水に当たると、クリック音が子供の耳まで伝わり、ストップウォッチが止まるとストップウォッチは止まります。井戸が上がるにつれて音速が変化すると信じる理由はないので、音の動きは均一な直線になります。音が子供に届くまでに時間t sかかります。
コインの運動方程式:
ここで、前のセクションで与えられた位置の方程式のxとaは、hとgに置き換えられています。
音の運動方程式:
これはおなじみの距離=速度x時間の方程式です。これらの2つの方程式には、h、tm、tsの3つの未知数があります。関係がある場合、すべてが発生するまでに2.5秒かかることが知られています。
両方の方程式を等しくする:
いずれかの時間をクリアして置き換える:
これは、2.416と-71.8の2つの解を持つ2次方程式です。時間は負になることはできず、いずれの場合も2.5秒未満でなければならないため、正の解が選択されます。これは意味のある解です。今回は、ウェルの深さを代入することによって取得されます。
-解決された演習2
時速90 kmで走行している車が信号のある交差道路に近づきます。70 m離れると、黄色のライトが点灯し、4秒間持続します。信号と次の角の間の距離は50メートルです。
ドライバーには次の2つのオプションがあります:a)-4 m / s 2でブレーキをかける、またはb)+ 2 m / s 2で加速する。ライトが赤くなる前に、ドライバーが道全体を停止または横断できるようにする2つのオプションはどれですか。
解決
ドライバーが黄色のライトが点灯するのを見たとき、ドライバーの開始位置はx = 0です。単位を正しく変換することが重要です。90km / hは25 m / sに相当します。
オプションa)によると、黄色のライトが続く4秒間に、ドライバーは移動します。
黄色のライトが続く間、ドライバーは次のように移動します。
X = 25.4 +½.2.4 2 M = 116メートル
しかし、116 mは次のコーナーに到達するために利用できる距離(70 + 50 m = 120 m)よりも短いため、赤いライトが点灯するまで道路全体を横断することはできません。推奨されるアクションは、ブレーキをかけて信号機から2メートル離れることです。
用途
人々は日常的に加速の影響を体験します。車やバスで移動する場合、道路上の障害物に速度を合わせるためにブレーキをかけたり加速したりする必要があるためです。エレベーターで上り下りするときにも加速が発生します。
遊園地は人々が加速の効果を経験し、楽しむために支払う場所です。
自然界では、物体を自由に落下させたり、垂直に上向きに投げて地面に戻るのを待ったりすると、均一に変化する直線運動が観察されます。空気抵抗を無視すると、加速度値は重力の値:9.8 m / s2になります。
参考文献
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