Ускорение и его составляющие
В
случае неравномерного движения важно
знать, как быстро изменяется скорость
с течением времени. Физической величиной,
характеризующей быстроту изменения
скорости по модулю и направлению,
является ускорение.Рассмотрим плоское
движение, т. е. движение, при котором все
участки траектории точки лежат в одной
плоскости. Пусть вектор v
задает скорость точки А
в
момент времени t.
За
время t
движущаяся точка перешла в положение
В
и
приобрела
скорость,
отличную от v
как по модулю, так и направлению и равную
v1
= v
+ v.
Перенесем вектор v1
в
точку А
и
найдем v
(рис. 4).
Средним
ускорением неравномерного движения в
интервале от t
до
t+r
называется векторная величина, равная
отношению изменения скорости Ду к
интервалу времени г:
Мгиовеивым
ускорением а (ускорением) материальной
точки в момент време ни t
будет предел среднего ускорения:
Таким
образом, ускорение а есть векторная
величина, равная первой производной
скорости по времени.Разложим вектор v
на две составляющие. Для этого из точки
А
(рис.
4) по направлению скорости v
отложим вектор
,
по
модулю равный v1.
Очевидно,
что вектор
,
равный
v,
определяет
изменение скорости за время t
по
модулю: v
= v1
- v.
Вторая
же составляющая vn
вектора
v
характеризует изменение скорости за
время t
по
направлению.
Тангенциальная
составляющая ускорения
т. е. равна первой производной по времени от модуля скорости, определяя тем самым быстроту изменения скорости по модулю.
Вторая
составляющая ускорения, равная
называется
нормальной составляющей ускорения и
направлена по нормали к траектории к
центру ее кривизны (поэтому ее называют
также центростремительным ускорением).
Полное ускорение тела есть геометрическая
сумма тангенциальной и нормальной
составляющих (рис. 5):
Итак, тангенциальная составляющая ускорения характеризует быстроту изменения скорости по модулю (направлена по касательной к траектории), а нормальная составляющая ускорения — быстроту изменения скорости по направлению (направлена к центру кривизны траектории).В зависимости от тангенциальной и нормальной составляющих ускорения движение можно классифицировать следующим образом:
а = 0, an = 0 — прямолинейное равномерное движение;
a = a = const, an = 0 — прямолинейное равнопеременное движение. При таком виде движения
Если
начальный момент времени t1
= 0, а начальная скорость v1
=
v0,
то, обозначив t2
= t
и
v2
=
v,
получим a=(v—v0)/t,
откуда
Проинтегрировав
эту формулу в пределах от нуля до
произвольного момента времени t,
найдем,
что длина пути, пройденного точкой, в
случае равнопеременного движения
;
a = f(t), an = 0 – прямолинейное движение с переменным ускорением;
a = 0, an = const. При a = 0 скорость по модулю не изменяется, а изменяется по направлению. Из формулы an =v2/r следует, что радиус кривизны должен быть постоянным. Следовательно, движение по окружности является равномерным;
a = 0, an 0 — равномерное криволинейное движение;
a = const, an 0 — криволинейное равнопеременное движение;
a = f(t), an 0 — криволинейное движение с переменным ускорением.
5.Криволинейное движение – это движение, траектория которого представляет собой кривую линию (например, окружность, эллипс, гиперболу, параболу). Примером криволинейного движения является движение планет, конца стрелки часов по циферблату и т.д. В общем случае скорость при криволинейном движении изменяется по величине и по направлению.Криволинейное движение материальной точки считается равномерным движением, если модуль скорости постоянен (например, равномерное движение по окружности), и равноускоренным, если модуль и направление скорости изменяется (например, движение тела, брошенного под углом к горизонту).При движении по криволинейной траектории вектор перемещения направлен по хорде, а l – длина траектории. Мгновенная скорость движения тела (то есть скорость тела в данной точке траектории) направлена по касательной в той точке траектории, где в данный момент находится движущееся тело.Криволинейное движение – это всегда ускоренное движение. То есть ускорение при криволинейном движении присутствует всегда, даже если модуль скорости не изменяется, а изменяется только направление скорости. Изменение величины скорости за единицу времени – это тангенциальное ускорение: …Нормальное ускорение - это изменение скорости по направлению за единицу времени:
Нормальное ускорение направлено по радиусу кривизны траектории (к оси вращения). Нормальное ускорение перпендикулярно направлению скорости.Тангенциальное ускорение в данной точке траектории по направлению совпадает с направлением скорости движения тела или противоположно ему.
