Beweging is een van de belangrijkste kenmerken van de wereld waarin we leven. Uit de natuurkunde is bekend dat alle lichamen en de deeltjes waaruit ze zijn samengesteld constant in de ruimte bewegen, zelfs bij absolute nultemperaturen. In dit artikel zullen we de definitie van versnelling beschouwen als een belangrijk kinematisch kenmerk van mechanische beweging in de natuurkunde.
Over welke maat hebben we het?
Volgens de definitie is versnelling een grootheid waarmee je het proces van snelheidsverandering in de tijd kwantitatief kunt beschrijven. Wiskundig wordt versnelling als volgt berekend:
a¯=dv¯/dt.
Deze formule voor het bepalen van de versnelling beschrijft de zogenaamde momentane waarde a¯. Om de gemiddelde versnelling te berekenen, moet u de verhouding van het verschil in snelheden tot een langere tijdsperiode nemen.
De waarde a¯ is een vector. Als de snelheid is gericht langs de raaklijn aan het beschouwde traject van het lichaam, dan kan de versnelling zijngeheel willekeurig geregisseerd. Het heeft niets te maken met het bewegingstraject en met de vector v¯. Niettemin zijn beide genoemde bewegingskenmerken afhankelijk van versnelling. Dit komt omdat het uiteindelijk de versnellingsvector is die het traject en de snelheid van het lichaam bepa alt.
Om te begrijpen waar de versnelling a¯ naartoe is gericht, moet men de tweede wet van Newton opschrijven. In de bekende vorm ziet het er als volgt uit:
F¯=ma¯.
Gelijkheid zegt dat twee vectoren (F¯ en a¯) aan elkaar gerelateerd zijn via een numerieke constante (m). Uit de eigenschappen van vectoren is bekend dat vermenigvuldiging met een positief getal de richting van de vector niet verandert. Met andere woorden, de versnelling is altijd gericht op de werking van de totale kracht F¯ op het lichaam.
De betreffende hoeveelheid wordt gemeten in meters per vierkante seconde. Bijvoorbeeld, de zwaartekracht van de aarde nabij het oppervlak verleent aan lichamen een versnelling van 9,81 m/s2, dat wil zeggen, de snelheid van een vrij vallend lichaam in de luchtloze ruimte neemt toe met 9,81 m/s elke seconde.
Het concept van eenparig versnelde beweging
De formule voor het bepalen van de versnelling in het algemene geval is hierboven beschreven. In de praktijk is het echter vaak nodig om problemen voor de zogenaamde eenparig versnelde beweging op te lossen. Het wordt als een dergelijke beweging van lichamen begrepen waarin hun tangentiële versnellingscomponent een constante waarde is. We benadrukken het belang van de constantheid van de tangentiële, en niet de normale component van versnelling.
Totale versnelling van het lichaam in het proces van kromlijnige beweging kan worden weergegeven als twee componenten. De tangentiële component beschrijft de verandering in de snelheidsmodulus. De normaalcomponent is altijd loodrecht op het traject gericht. Het verandert de snelheidsmodulus niet, maar het verandert wel de vector ervan.
Hieronder zullen we de vraag met betrekking tot de acceleratiecomponent in meer detail behandelen.
Beweging gelijkmatig versneld in een rechte lijn
Omdat de snelheidsvector niet verandert bij beweging in een rechte lijn van het lichaam, is de normale versnelling nul. Dit betekent dat de totale versnelling uitsluitend wordt gevormd door de tangentiële component. De definitie van versnelling tijdens eenparig versnelde beweging wordt uitgevoerd volgens de volgende formules:
a=(v - v0)/t;
a=2S/t2;
a=2(S-v0t)/t2.
Deze drie vergelijkingen zijn de basisuitdrukkingen van kinematica. Hierin is v0 de snelheid die het lichaam had vóór de versnelling. Het heet initiaal. De waarde S is de door het lichaam afgelegde weg in een rechte baan gedurende de tijd t.
Welke waarde van tijd t we ook substitueren in een van deze vergelijkingen, we zullen altijd dezelfde versnelling a krijgen, aangezien deze niet verandert tijdens het beschouwde type beweging.
Snel draaien
Met versnelling in een cirkel bewegen is een vrij veel voorkomende vorm van beweging in de technologie. Om dit te begrijpen, volstaat het om de rotatie van de assen te herinneren,schijven, wielen, lagers. Om de versnelling van een lichaam tijdens een eenparig versnelde beweging in een cirkel te bepalen, worden vaak geen lineaire grootheden gebruikt, maar hoekige. De hoekversnelling wordt bijvoorbeeld als volgt gedefinieerd:
α=dω/dt.
De waarde van α wordt uitgedrukt in radialen voor elke tweede kwadraat. Deze versnelling met de tangentiële component van de grootheid a is als volgt gerelateerd:
α=at/r.
Aangezien α constant is tijdens een eenparig versnelde rotatie, neemt de tangentiële versnelling at recht evenredig toe met toenemende rotatiestraal r.
Als α=0, dan is er alleen een normale versnelling die niet nul is tijdens rotatie. Deze beweging wordt echter uniform variabele of uniforme rotatie genoemd, niet uniform versneld.
