Lëvizja është një proces fizik që përfshin ndryshimin e koordinatave hapësinore të trupit. Për të përshkruar lëvizjen në fizikë, përdoren sasi dhe koncepte të veçanta, kryesore e të cilave është nxitimi. Në këtë artikull, ne do të studiojmë pyetjen se ky është nxitim normal.
Përkufizim i përgjithshëm
Nën nxitimin në fizikë kuptoni shpejtësinë e ndryshimit të shpejtësisë. Vetë shpejtësia është një karakteristikë kinematike vektoriale. Prandaj, përkufizimi i nxitimit nënkupton jo vetëm një ndryshim në vlerën absolute, por edhe një ndryshim në drejtimin e shpejtësisë. Si duket formula? Për nxitimin e plotë a¯ shkruhet si më poshtë:
a¯=dv¯/dt
Dmth, për të llogaritur vlerën e a¯, është e nevojshme të gjendet derivati i vektorit të shpejtësisë në lidhje me kohën në një moment të caktuar. Formula tregon se a¯ matet në metra për sekondë në katror (m/s2).
Drejtimi i nxitimit të plotë a¯ nuk ka të bëjë fare me vektorin v¯. Megjithatë, përputhetme vektor dv¯.
Arsyeja e shfaqjes së nxitimit në trupat në lëvizje është një forcë e jashtme e çdo natyre që vepron mbi ta. Nxitimi nuk ndodh kurrë nëse forca e jashtme është zero. Drejtimi i forcës është i njëjtë me drejtimin e nxitimit a¯.
Shtegu lakor
Në rastin e përgjithshëm, sasia e konsideruar a¯ ka dy përbërës: normale dhe tangjenciale. Por para së gjithash, le të kujtojmë se çfarë është një trajektore. Në fizikë, një trajektore kuptohet si një vijë përgjatë së cilës një trup përshkon një rrugë të caktuar në procesin e lëvizjes. Meqenëse trajektorja mund të jetë ose një vijë e drejtë ose një kurbë, lëvizja e trupave ndahet në dy lloje:
- drejtvizor;
- curvilinear.
Në rastin e parë, vektori i shpejtësisë së trupit mund të ndryshojë vetëm në të kundërtën. Në rastin e dytë, vektori i shpejtësisë dhe vlera e tij absolute ndryshojnë vazhdimisht.
Siç e dini, shpejtësia drejtohet në mënyrë tangjenciale me trajektoren. Ky fakt na lejon të futim formulën e mëposhtme:
v¯=vu¯
Këtu u¯ është vektori tangjent njësi. Atëherë shprehja për nxitimin e plotë do të shkruhet si:
a¯=dv¯/dt=d(vu¯)/dt=dv/dtu¯ + vdu¯/dt.
Gjatë përftimit të barazisë, kemi përdorur rregullin për llogaritjen e derivatit të prodhimit të funksioneve. Kështu, nxitimi total a¯ përfaqësohet si shuma e dy komponentëve. E para është përbërësi i saj tangjent. Në këtë artikull, ajonuk merret parasysh. Vëmë re vetëm se karakterizon ndryshimin në modulin e shpejtësisë v¯. Termi i dytë është nxitimi normal. Rreth tij më poshtë në artikull.
Nxitimi i pikës normale
Dizajnoni këtë komponent përshpejtimi si një¯. Le të shkruajmë përsëri shprehjen për të:
a¯=vdu¯/dt
Ekuacioni i nxitimit normal a¯ mund të shkruhet në mënyrë eksplicite nëse kryhen transformimet matematikore të mëposhtme:
a¯=vdu¯/dt=vdu¯/d l dl/dt=v2/rre¯.
Këtu l është shtegu i përshkuar nga trupi, r është rrezja e lakimit të trajektores, re¯ është vektori i rrezes njësi të drejtuar drejt qendrës së lakimit. Kjo barazi na lejon të nxjerrim disa përfundime të rëndësishme në lidhje me pyetjen se ky është një përshpejtim normal. Së pari, ai nuk varet nga ndryshimi i modulit të shpejtësisë dhe është në përpjesëtim me vlerën absolute të v¯; së dyti, ai drejtohet drejt qendrës së lakimit, domethënë përgjatë normales me tangjenten në një pikë të caktuar të trajektorja. Kjo është arsyeja pse komponenti a¯ quhet nxitim normal ose centripetal. Së fundi, së treti, një ¯ është në përpjesëtim të zhdrejtë me rrezen e lakimit r, të cilën të gjithë e përjetuan eksperimentalisht në vetvete kur ishin pasagjer në një makinë duke hyrë në një kthesë të gjatë dhe të mprehtë.
Forcat centripetale dhe centrifugale
U vu re më lart se shkaku i ndonjënxitimi është një forcë. Meqenëse nxitimi normal është përbërësi i nxitimit total që drejtohet drejt qendrës së lakimit të trajektores, duhet të ketë një forcë centripetale. Natyra e saj është më e lehtë për t'u ndjekur përmes shembujve të ndryshëm:
- Zbërthimi i një guri të lidhur në fundin e një litari. Në këtë rast, forca centripetale është tensioni në litar.
- Kthesë e gjatë e makinës. Centripetal është forca e fërkimit të gomave të makinave në sipërfaqen e rrugës.
- Rrotullimi i planetëve rreth Diellit. Tërheqja gravitacionale luan rolin e forcës në fjalë.
Në të gjithë këta shembuj, forca centripetale çon në një ndryshim në trajektoren drejtvizore. Nga ana tjetër, ai parandalohet nga vetitë inerciale të trupit. Ato shoqërohen me forcë centrifugale. Kjo forcë, duke vepruar në trup, përpiqet ta "hedhë" atë jashtë trajektores kurvilineare. Për shembull, kur një makinë bën një kthesë, pasagjerët shtypen pas njërës prej dyerve të automjetit. Ky është veprimi i forcës centrifugale. Ajo, ndryshe nga centripetali, është fiktive.
Shembull problem
Siç e dini, Toka jonë rrotullohet në një orbitë rrethore rreth Diellit. Është e nevojshme të përcaktohet nxitimi normal i planetit blu.
Për të zgjidhur problemin, ne përdorim formulën:
a=v2/r.
Nga të dhënat e referencës gjejmë se shpejtësia lineare v e planetit tonë është 29,78 km/s. Distanca r deri në yllin tonë është 149,597,871 km. Duke i përkthyer këtonumrat në metra për sekondë dhe metra, respektivisht, duke i zëvendësuar ato në formulë, marrim përgjigjen: a=0,006 m/s2, që është 0, 06% e nxitimit gravitacional të planetit.
