Om du någonsin har sett en annan bil köra förbi din bil efter rött ljus, har du upplevt skillnaden i acceleration på egen hand. Acceleration är den hastighet med vilken ett objekts hastighet förändras när det rör sig. Du kan beräkna acceleration, uttryckt i meter per sekund per sekund, baserat på den tid det tar ett objekt att ändra dess hastighet, eller baserat på kraften som utövas på objektet.
Steg
Metod 1 av 3: Beräkning av acceleration från kraft
Steg 1. Förstå Newtons andra rörelselag
Newtons andra rörelselag säger att när kraften som utövas på ett objekt är obalanserad, kommer objektet att accelerera. Denna acceleration bestäms av den resulterande kraften på objektet, liksom själva objektets massa. Accelerationen kan beräknas om kraften som utövas på ett objekt och objektets massa är känd.
- Newtons lagar kan översättas till ekvationer Fnetto = m x a, med Fnetto Uttrycker den resulterande kraften på objektet, m objektets massa och a accelerationen på objektet.
- Använd metriska enheter när du använder denna ekvation. Använd kilogram (kg) som massenhet, Newton (N) som kraftenhet och meter per sekund i kvadrat (m/s2) för att uttrycka acceleration.
Steg 2. Bestäm objektets massa
För att ta reda på massan av ett föremål kan du väga det på en balans och registrera dess vikt i gram. Om objektet du har är mycket stort kan du behöva en referens för att ta reda på dess massa. Stora föremål har vanligtvis en vikt i kilogram (kg).
Du måste konvertera massenheterna till kilogram för att fortsätta med beräkningar med denna ekvation. Om massan av ditt objekt uttrycks i gram behöver du bara dividera det värdet med 1000 för att konvertera det till kilogram
Steg 3. Beräkna den resulterande kraften på objektet
Den resulterande kraften är en obalanserad kraft. Om det finns två krafter som är motsatta varandra, och en av dem är större än den andra, blir resultatet av de två krafterna samma som riktningen för den större kraften. Acceleration sker när ett objekt upplever en obalanserad kraft, så att dess hastighet ändras för att närma sig kraften som drar eller trycker på den.
- Till exempel: låt oss säga att du och din syster spelar dragkamp. Du drar repet till vänster med en kraft på 5 Newton, medan din bror drar repet i motsatt riktning med en kraft på 7 Newton. Den resulterande kraften på strängen är 2 Newton till vänster, mot din bror.
- För att förstå enheterna bättre, förstå att 1 Newton (1 N) är lika med 1 kilogram-meter/sekund kvadrat (kg-m/s2).
Steg 4. Ändra ekvationen F = ma för att lösa accelerationsproblemet
Du kan ändra ordningen för formeln för att beräkna acceleration genom att dividera båda sidorna av ekvationen med massan, så du får ekvationen: a = F/m. För att hitta acceleration behöver du bara dela kraften med massan på objektet som upplever den.
- Kraften är direkt proportionell mot accelerationen, vilket innebär att ju större kraft som ett objekt upplever kommer accelerationen att bli ännu större.
- Massa är omvänt proportionell mot acceleration, vilket innebär att ju mer massa ett objekt har, desto mindre acceleration kommer det att ha.
Steg 5. Använd formeln för att lösa accelerationsproblemet
Acceleration är lika med den resulterande kraften på ett objekt dividerat med dess massa. När du har skrivit ner de kända variablerna gör du divisionen för att hitta objektets acceleration.
- Till exempel: en kraft på 10 Newton utövas i samma riktning på ett objekt med massa 2 kg. Vad är accelerationen?
- a = F/m = 10/2 = 5 m/s2
Metod 2 av 3: Beräkning av den genomsnittliga accelerationen för två hastigheter
Steg 1. Bestäm ekvationen för den genomsnittliga accelerationen
Du kan beräkna den genomsnittliga accelerationen för ett objekt under en viss tidsperiod baserat på dess hastighet (objektets hastighet i en viss riktning), före och efter den tidsperioden. För att beräkna det måste du känna ekvationen för att beräkna acceleration: a = v / t där a representerar accelerationen, v förändringen i hastighet och t den tid det tar att ändra objektets hastighet.
- Accelerationsenheten är meter per sekund per sekund, eller m/s2.
- Acceleration är en vektormängd, vilket betyder att den har både storlek och riktning. Accelerationens storlek är den totala mängden, medan dess riktning bestäms av den riktning som objektet rör sig i. Om objektet saktar ner blir accelerationen negativ.
Steg 2. Förstå variablerna
Du kan bestämma v och t genom ytterligare beräkningar: v = vf - vi och t = tf - ti med vf representerar sluthastigheten, vi initial hastighet, tf sluttid, och ti initial tid.
- Eftersom accelerationen har en riktning bör du alltid minska sluthastigheten till initialhastigheten. Om du vänder det blir accelerationsriktningen du får fel.
- Om inte annat anges i problemet är den ursprungliga tiden objektet rör sig vanligtvis 0 sekunder.
Steg 3. Använd formeln för att hitta accelerationen
Skriv först ner ekvationen tillsammans med alla kända variabler. Ekvationen är a = v / t = (vf - vi)/(tf - ti). Subtrahera sluthastigheten med initialhastigheten och dela sedan resultatet med tidsintervallet. Resultatet är objektets genomsnittliga acceleration under den tidsperioden.
- Om objektets sluthastighet är mindre än dess initiala hastighet kommer accelerationen att vara negativ, vilket innebär att objektet bromsar.
-
Exempel 1: en racerbils hastighet ökar konstant från 18,5 m/s till 46,1 m/s på 2,47 sekunder. Vad är den genomsnittliga accelerationen?
- Skriv ekvationen: a = v / t = (vf - vi)/(tf - ti)
- Skriv ner de kända variablerna: vf = 46, 1 m/s, vi = 18,5 m/s, tf = 2, 47 s, ti = 0 s.
- Lös ekvationen: a = (46, 1 - 18, 5)/2, 47 = 11, 17 meter/sekund2.
-
Exempel 2: en cyklist stannar vid 22,4 m/s efter 2,55 sekunders tryck på bromsen. Bestäm retardationen.
- Skriv ekvationen: a = v / t = (vf - vi)/(tf - ti)
- Skriv ner de kända variablerna: vf = 0 m/s, vi = 22,4 m/s, tf = 2,55 s, ti = 0 s.
- Lös ekvationen: a = (0 -22, 4)/2, 55 = -8, 78 meter/sekund2.
Metod 3 av 3: Kontrollera svaren igen
Steg 1. Accelerationsriktning
Begreppet acceleration i fysik är inte alltid detsamma som det som används i vardagen. Varje acceleration har en riktning, vanligtvis indikerad med en positiv symbol om den går upp eller till höger, eller negativ om den är på väg ner eller till vänster. Dubbelkolla om ditt svar är meningsfullt baserat på instruktionerna nedan:
| Bilrörelse | Bils hastighetsändring | Accelerationsriktning |
|---|---|---|
| Flytta åt höger (+) genom att trycka på gaspedalen | + → ++ (snabbare) | positiv |
| Flytta höger (+) tryck på bromsen | ++ → + (mindre positivt) | negativ |
| Flytta vänster (-) tryck på gaspedalen | - → - (mer negativt) | negativ |
| Flytta vänster (-) tryck på bromsen | - → - (mindre negativt) | positiv |
| Rör sig med konstant hastighet | förblir densamma | acceleration är noll |
Steg 2. Stilriktning
Kom ihåg att en kraft bara orsakar en acceleration "i kraftens riktning". Vissa frågor kan lura dig med poäng som inte är relaterade till acceleration.
- Exempelproblem: ett leksaksfartyg med en vikt på 10 kg rör sig med en acceleration norrut om 2 m/s2. Vinden blåser skeppet västerut med en kraft på 100 Newton. Vad är accelerationen för fartyget på väg norrut efter att det blåst av vinden?
- Svar: eftersom kraftens riktning är vinkelrät mot objektets rörelse har det ingen effekt på föremål som rör sig i den riktningen. Fartyget kommer att fortsätta att röra sig mot norr med en acceleration på 2 m/s2.
Steg 3. Resulterande stil
Om kraften som ett objekt upplever är mer än en, beräkna den resulterande kraften från dem alla innan du beräknar accelerationen. Följande är ett exempel på ett tvådimensionellt stilproblem:
- Exempelproblem: April drar en 400 kg behållare till vänster med en kraft på 150 Newton. Bob står på vänster sida av behållaren och skjuter med en kraft på 200 Newton. Vinden blåser till vänster med en kraft på 10 Newton. Vad är behållarens acceleration?
- Svar: frågorna ovan ger komplexa ledtrådar för att lura dig. Rita ett diagram så ser du en kraft på 150 Newton till höger, 200 Newton till vänster och 10 Newton till vänster. Om "vänster" är positivt är den resulterande kraften på objektet 150 + 200 - 10 = 340 Newton. Acceleration av objekt = F / m = 340 Newton / 400 kg = 0,85 m / s2.
