Siç e dini, çdo sasi fizike i përket njërit prej dy llojeve, është ose skalare ose vektoriale. Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë karakteristika të tilla kinematike si shpejtësia dhe nxitimi, dhe gjithashtu do të tregojmë se ku drejtohen vektorët e nxitimit dhe shpejtësisë.
Çfarë është shpejtësia dhe nxitimi?
Të dyja sasitë e përmendura në këtë paragraf janë karakteristika të rëndësishme të çdo lloj lëvizjeje, pavarësisht nëse është duke lëvizur një trup në një vijë të drejtë ose përgjatë një rruge të lakuar.
Shpejtësia është shkalla në të cilën koordinatat ndryshojnë me kalimin e kohës. Matematikisht, kjo vlerë është e barabartë me derivatin kohor të distancës së përshkuar, që është:
v¯=dl¯/dt.
Këtu vektori l¯ drejtohet nga pika e fillimit të shtegut deri në pikën e fundit.
Nga ana tjetër, nxitimi është shpejtësia me të cilën shpejtësia vetë ndryshon në kohë. Në formën e një formule, mund të shkruhet kështu:
a¯=dv¯/dt.
Natyrisht, duke marrë derivatin e dytë tëvektori i zhvendosjes l¯ në kohë, do të marrim edhe vlerën e nxitimit.
Meqenëse shpejtësia matet në metra për sekondë, nxitimi, sipas shprehjes së shkruar, matet në metra për sekondë në katror.
Ku janë vektorët e nxitimit dhe shpejtësisë?
Në fizikë, çdo lëvizje mekanike e një trupi zakonisht karakterizohet nga një trajektore e caktuar. Kjo e fundit është një kurbë imagjinare përgjatë së cilës trupi lëviz në hapësirë. Për shembull, një vijë e drejtë ose një rreth janë shembuj kryesorë të shtigjeve të zakonshme të lëvizjes.
Vektori i shpejtësisë së trupit drejtohet gjithmonë në drejtimin e lëvizjes, pavarësisht nëse trupi ngadalësohet apo përshpejtohet, nëse ai lëviz në një vijë të drejtë apo përgjatë një kurbë. Duke folur në terma gjeometrikë, vektori i shpejtësisë drejtohet në mënyrë tangjenciale në pikën e trajektores në të cilën ndodhet trupi aktualisht.
Vektori i nxitimit të një materiali ose pike trupore nuk ka të bëjë fare me shpejtësinë. Ky vektor është i drejtuar në drejtim të ndryshimit të shpejtësisë. Për shembull, për lëvizjen drejtvizore, vlera a¯ ose mund të përkojë në drejtim me v¯ ose të jetë e kundërt me v¯.
Forca që vepron në trup dhe nxitimi
Kemi zbuluar se vektori i nxitimit të trupit është i drejtuar drejt ndryshimit të vektorit të shpejtësisë. Megjithatë, nuk është gjithmonë e lehtë të përcaktohet se si shpejtësia ndryshon në një pikë të caktuar të trajektores. Për më tepër, për të përcaktuar ndryshimin e shpejtësisë, është e nevojshme të kryhet operacionidallimet vektoriale. Për të shmangur këto vështirësi në përcaktimin e drejtimit të vektorit a¯, ekziston një mënyrë tjetër për ta zbuluar shpejt.
Më poshtë është ligji i famshëm dhe i njohur i Njutonit për çdo student:
F¯=ma¯.
Formula tregon se shkaku i nxitimit në trupa është forca që vepron mbi to. Meqenëse masa m është skalar, vektori i forcës F¯ dhe vektori i nxitimit a¯ janë në të njëjtin drejtim. Ky fakt duhet mbajtur mend dhe zbatuar në praktikë sa herë që ka nevojë për të përcaktuar drejtimin e sasisë a¯.
Nëse mbi trup veprojnë disa forca të ndryshme, atëherë drejtimi i vektorit të nxitimit do të jetë i barabartë me vektorin rezultues të të gjitha forcave.
Lëvizja rrethore dhe nxitimi
Kur një trup lëviz në një vijë të drejtë, nxitimi drejtohet ose përpara ose prapa. Në rastin e lëvizjes në një rreth, situata ndërlikohet nga fakti se vektori i shpejtësisë ndryshon vazhdimisht drejtimin e tij. Duke pasur parasysh sa më sipër, nxitimi total përcaktohet nga dy përbërësit e tij: nxitimet tangjenciale dhe normale.
Nxitimi tangjencial drejtohet saktësisht njësoj si vektori i shpejtësisë, ose kundër tij. Me fjalë të tjera, ky komponent i nxitimit drejtohet përgjatë tangjentës së trajektores. Nxitimi tangjencial përshkruan ndryshimin në modulin e vetë shpejtësisë.
Nxitimi normal drejtohet përgjatë normales në pikën e dhënë të trajektores, duke marrë parasysh lakimin e saj. Në rastin e lëvizjes rrethore, vektori i këtij komponenti tregonnë qendër, domethënë, nxitimi normal drejtohet përgjatë rrezes së rrotullimit. Ky komponent shpesh quhet centripetal.
Nxitimi i plotë është shuma e këtyre komponentëve, kështu që vektori i tij mund të drejtohet në mënyrë arbitrare në lidhje me vijën e rrethit.
Nëse trupi rrotullohet pa ndryshuar shpejtësinë lineare, atëherë ekziston vetëm një komponent normal jozero, kështu që vektori i nxitimit të plotë drejtohet drejt qendrës së rrethit. Vini re se kjo qendër ndikohet gjithashtu nga një forcë që e mban trupin në trajektoren e tij. Për shembull, forca gravitacionale e Diellit e mban Tokën tonë dhe planetët e tjerë në orbitat e tyre.
