Lëvizja e trupave në hapësirë përshkruhet nga një sërë karakteristikash, ndër të cilat kryesoret janë distanca e përshkuar, shpejtësia dhe nxitimi. Karakteristika e fundit përcakton kryesisht veçorinë dhe llojin e vetë lëvizjes. Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë pyetjen se çfarë është nxitimi në fizikë dhe do të japim një shembull të zgjidhjes së një problemi duke përdorur këtë vlerë.
Ekuacioni kryesor i dinamikës
Para përcaktimit të nxitimit në fizikë, le të japim ekuacionin kryesor të dinamikës, i cili quhet ligji i dytë i Njutonit. Shpesh shkruhet si më poshtë:
F¯dt=dp¯
Dmth, forca F¯, me karakter të jashtëm, pati një efekt në një trup të caktuar gjatë kohës dt, gjë që çoi në një ndryshim të momentit me vlerën dp¯. Ana e majtë e ekuacionit zakonisht quhet momenti i trupit. Vini re se sasitë F¯ dhe dp¯ janë vektoriale në natyrë dhe vektorët që u korrespondojnë atyre janë të drejtuare njëjta gjë.
Çdo student e di formulën për momentin, ajo shkruhet si më poshtë:
p¯=mv¯
Vlera p¯ karakterizon energjinë kinetike të ruajtur në trup (faktori i shpejtësisë v¯), i cili varet nga vetitë inerciale të trupit (faktori i masës m).
Nëse e zëvendësojmë këtë shprehje me formulën e ligjit të 2-të të Njutonit, marrim barazinë e mëposhtme:
F¯dt=mdv¯;
F¯=mdv¯ / dt;
F¯=ma¯, ku a¯=dv¯ / dt.
Vlera hyrëse a¯ quhet nxitim.
Çfarë është nxitimi në fizikë?
Tani le të shpjegojmë se çfarë do të thotë vlera a¯ e paraqitur në paragrafin e mëparshëm. Le të shkruajmë përsëri përkufizimin e tij matematikor:
a¯=dv¯ / dt
Duke përdorur formulën, mund të kuptohet lehtësisht se ky është përshpejtim në fizikë. Madhësia fizike a¯ tregon se sa shpejt do të ndryshojë shpejtësia me kalimin e kohës, domethënë është një masë e shkallës së ndryshimit të vetë shpejtësisë. Për shembull, në përputhje me ligjin e Njutonit, nëse një forcë prej 1 Njutoni vepron mbi një trup që peshon 1 kilogram, atëherë ai do të fitojë një nxitim prej 1 m / s2, domethënë për çdo sekondë lëvizjeje trupi do të rrisë shpejtësinë e tij me 1 metër në sekondë.
Nxitimi dhe shpejtësia
Në fizikë, këto janë dy madhësi të ndryshme që janë të ndërlidhura nga ekuacionet kinematike të lëvizjes. Të dyja sasitë janëvektoriale, por në rastin e përgjithshëm ato drejtohen ndryshe. Nxitimi drejtohet gjithmonë përgjatë drejtimit të forcës vepruese. Shpejtësia drejtohet përgjatë trajektores së trupit. Vektorët e nxitimit dhe shpejtësisë do të përkojnë me njëri-tjetrin vetëm kur forca e jashtme në drejtim të veprimit përkon me lëvizjen e trupit.
Ndryshe nga shpejtësia, nxitimi mund të jetë negativ. Fakti i fundit do të thotë se ai drejtohet kundër lëvizjes së trupit dhe tenton të ulë shpejtësinë e tij, pra ndodh procesi i ngadalësimit.
Formula e përgjithshme që lidh modulet e shpejtësisë dhe nxitimit duket kështu:
v=v0+ at
Ky është një nga ekuacionet bazë të lëvizjes drejtvizore të përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme të trupave. Tregon se me kalimin e kohës shpejtësia rritet në mënyrë lineare. Nëse lëvizja është po aq e ngad altë, atëherë duhet të vihet një minus para termit at. Vlera v0 këtu është një shpejtësi fillestare.
Me lëvizje të njëtrajtshme të përshpejtuara (ekuivalente të ngad alta), formula është gjithashtu e vlefshme:
a¯=Δv¯ / Δt
Ndryshon nga një shprehje e ngjashme në formë diferenciale në atë që këtu nxitimi llogaritet në një interval kohor të fundëm Δt. Ky nxitim quhet mesatarja gjatë periudhës kohore të shënuar.
Rruga dhe nxitimi
Nëse trupi lëviz në mënyrë të njëtrajtshme dhe në vijë të drejtë, atëherë shtegu i përshkuar prej tij në kohën t mund të llogaritet si më poshtë:
S=vt
Nëse v ≠ konst, atëherë gjatë llogaritjes së distancës së përshkuar nga trupi, duhet të merret parasysh nxitimi. Formula përkatëse është:
S=v0 t + at2 / 2
Ky ekuacion përshkruan lëvizjen e përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme (për lëvizje uniforme të ngad altë, shenja "+" duhet të zëvendësohet me shenjën "-").
Lëvizja rrethore dhe nxitimi
U tha më lart se nxitimi në fizikë është një sasi vektoriale, domethënë ndryshimi i tij është i mundur si në drejtim ashtu edhe në vlerë absolute. Në rastin e lëvizjes së përshpejtuar drejtvizore të konsideruar, drejtimi i vektorit a¯ dhe moduli i tij mbeten të pandryshuara. Nëse moduli fillon të ndryshojë, atëherë një lëvizje e tillë nuk do të përshpejtohet më në mënyrë uniforme, por do të mbetet drejtvizore. Nëse drejtimi i vektorit a¯ fillon të ndryshojë, atëherë lëvizja do të bëhet lakor. Një nga llojet më të zakonshme të lëvizjeve të tilla është lëvizja e një pike materiale përgjatë një rrethi.
Dy formula janë të vlefshme për këtë lloj lëvizjeje:
α¯=dω¯ / dt;
ac=v2 / r
Shprehja e parë është nxitimi këndor. Kuptimi i tij fizik qëndron në shpejtësinë e ndryshimit të shpejtësisë këndore. Me fjalë të tjera, α tregon se sa shpejt trupi rrotullohet lart ose ngadalëson rrotullimin e tij. Vlera α është një nxitim tangjencial, domethënë drejtohet tangjencialisht në rreth.
Shprehja e dytë përshkruan nxitimin centripetal ac. Nëse shpejtësia e rrotullimit linearmbetet konstante (v=konst), atëherë moduli ac nuk ndryshon, por drejtimi i tij ndryshon gjithmonë dhe tenton ta drejtojë trupin drejt qendrës së rrethit. Këtu r është rrezja e rrotullimit të trupit.
Problem me rënien e lirë të trupit
Kemi zbuluar se ky është përshpejtim në fizikë. Tani le të tregojmë se si të përdorim formulat e mësipërme për lëvizjen drejtvizore.
Një nga problemet tipike në fizikë me nxitimin e rënies së lirë. Kjo vlerë përfaqëson nxitimin që forca gravitacionale e planetit tonë u jep të gjithë trupave që kanë një masë të kufizuar. Në fizikë, nxitimi i rënies së lirë pranë sipërfaqes së Tokës është 9,81 m/s2.
Supozoni se një trup ishte në një lartësi prej 20 metrash. Më pas ai u lirua. Sa kohë do të duhet për të arritur në sipërfaqen e tokës?
Meqenëse shpejtësia fillestare v0 është e barabartë me zero, atëherë për distancën e përshkuar (lartësia h) mund të shkruajmë ekuacionin:
h=gt2 / 2
Nga e marrim kohën e vjeshtës:
t=√(2h / g)
Duke zëvendësuar të dhënat nga gjendja, zbulojmë se trupi do të jetë në tokë për 2.02 sekonda. Në realitet, kjo kohë do të jetë pak më e gjatë për shkak të pranisë së rezistencës së ajrit.
