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Vitesse et accélération sont deux concepts fondamentaux en mécanique, ou physique du mouvement, et ils sont liés. Si vous mesurez la vitesse d'un objet pendant que vous enregistrez l'heure, puis mesurez-le à nouveau un peu plus tard, vous pouvez également trouver une accélération, qui correspond à la différence entre ces vitesses divisées par l'intervalle de temps. C’est l’idée de base, même si dans certains problèmes, il peut être nécessaire de tirer des vitesses d’autres données.
Il existe un autre moyen de calculer l’accélération en fonction des lois de Newtons. Selon la première loi, un corps reste dans un état de mouvement uniforme sauf s’il est soumis à une force, et la deuxième loi exprime la relation mathématique existant entre l’ampleur de la force (F) et l'accélération (une) un corps de masse m expériences à cause de cette force. La relation est F = ma. Si vous connaissez la magnitude d'une force agissant sur un corps et que vous connaissez la masse de votre corps, vous pouvez immédiatement calculer l'accélération subie.
L'équation d'accélération moyenne
Pensez à une voiture sur une autoroute. Si vous voulez savoir à quelle vitesse il tourne et que le compteur de vitesse ne fonctionne pas, vous devez choisir deux points sur son trajet, X1 et X2, et vous regardez votre horloge pendant que la voiture passe chaque point. La vitesse moyenne des voitures est la distance entre les deux points divisée par le temps nécessaire pour que la voiture les dépasse. Si le temps à l'horloge à X1 est t1, et l'heure à X2 est t2, la vitesse des voitures (s) est:
s= ∆X ÷ ∆t = (X2 − X1) ÷ (t2 − t1).
Maintenant, supposons que le compteur de vitesse de la voiture fonctionne et qu'il enregistre deux vitesses différentes à des points X1 et X2. Comme les vitesses sont différentes, la voiture devait être en train d'accélérer. L'accélération est définie comme le changement de vitesse sur un intervalle de temps particulier. Ce peut être un nombre négatif, ce qui voudrait dire que la voiture ralentissait. Si la vitesse instantanée enregistrée par le compteur de vitesse à l'heure t1 est s1et la vitesse à l'heure t2 est s2, l'accélération (une) entre les points X1 et X2 est:
une = ∆s ÷ ∆t = (s2 − s1) ÷ (t2 − t1).
Cette équation d'accélération moyenne vous indique que si vous mesurez la vitesse à un certain moment et que vous le mesurez à nouveau à un autre moment, l'accélération est le changement de vitesse divisé par l'intervalle de temps. Les unités de vitesse dans le système SI sont les mètres / seconde (m / s), et les unités d’accélération sont les mètres / seconde / seconde (m / s / s) qui s’écrit habituellement m / s.2. Dans le système impérial, les unités d’accélération préférées sont les pieds / seconde / seconde ou les pieds / s.2.
Exemple: Un avion vole 100 milles à l'heure juste après le décollage et atteint son altitude de croisière 30 minutes plus tard, alors qu'il volait 500 milles à l'heure. Quelle a été son accélération moyenne lorsqu’il a atteint son altitude de croisière?
Nous pouvons utiliser la formule d'accélération dérivée ci-dessus. La différence de vitesse (s) est de 400 mph, et le temps est de 30 minutes, ce qui correspond à 0,5 heure. L'accélération est alors
une = 400 mph / 0.5 heure = 800 miles / heure2.
Newtons Second Law fournit un calculateur d'accélération
L'équation qui exprime la deuxième loi de Newtons, F = ma, est l’un des plus utiles en physique et sert de formule d’accélération. L'unité de force dans le système SI est le Newton (N), nommé d'après Sir Isaac lui-même. Un Newton est la force nécessaire pour donner une accélération de 1 m / s à une masse de 1 kg.2. Dans le système impérial, l'unité de force est la livre. Le poids est également mesuré en livres. Ainsi, pour différencier la masse de la force, les unités de force sont appelées livres-force (lbf).
Vous pouvez réorganiser l’équation de Newtons pour résoudre l’accélération en divisant les deux côtés par m. Vous obtenez:
une = F/m
Utilisez cette expression comme calculatrice d'accélération lorsque vous connaissez la masse et la magnitude de la force appliquée.
Exemple: Un objet avec une masse de 8 kg. éprouve une force de 20 Newtons. Quelle accélération moyenne éprouve-t-il?
une = F/m = 20 N / 8 kg = 2,5 m / s2.
Exemple: Une voiture de 2 000 livres subit une force de 1 000 livres. Quelle est son accélération?
Le poids n’est pas la même chose que la masse, donc pour obtenir la masse de la voiture, il faut diviser son poids par l’accélération due à la gravité, avec 32 ft / s.2. La réponse est 62,5 limaces (les limaces sont l'unité pour la masse dans le système impérial). Maintenant, vous pouvez calculer l'accélération:
une = F/m = 1000 lbf / 62,5 slugs = 16 ft / s2.