Se hai mai visto un'altra macchina sfrecciare davanti alla tua dopo un semaforo rosso, allora hai sperimentato in prima persona la differenza di accelerazione. L'accelerazione è la velocità con cui la velocità di un oggetto cambia mentre si muove. Puoi calcolare l'accelerazione, espressa in metri al secondo al secondo, in base al tempo impiegato da un oggetto per cambiare velocità, o in base alla forza esercitata sull'oggetto.
Fare un passo
Metodo 1 di 3: Calcolo dell'accelerazione dalla forza
Passaggio 1. Comprendi la seconda legge del moto di Newton
La seconda legge del moto di Newton afferma che quando la forza esercitata su un oggetto è sbilanciata, l'oggetto accelererà. Questa accelerazione è determinata dalla forza risultante sull'oggetto, nonché dalla massa dell'oggetto stesso. L'accelerazione può essere calcolata se sono note la forza esercitata su un oggetto e la massa dell'oggetto.
- Le leggi di Newton possono essere tradotte in equazioni Fnetto = m x a, con Fnetto Esprime la forza risultante sull'oggetto, m la massa dell'oggetto e a l'accelerazione sull'oggetto.
- Utilizzare unità metriche quando si utilizza questa equazione. Usa il chilogrammo (kg) come unità di massa, Newton (N) come unità di forza e metri al secondo quadrato (m/s2) per esprimere l'accelerazione.
Passaggio 2. Determinare la massa dell'oggetto
Per conoscere la massa di un oggetto, puoi pesarlo su una bilancia e registrarne il peso in grammi. Se l'oggetto che hai è molto grande, potresti aver bisogno di un riferimento per scoprire la sua massa. Gli oggetti di grandi dimensioni di solito hanno un peso in chilogrammi (kg).
Devi convertire le unità di massa in chilogrammi per continuare con i calcoli con questa equazione. Se la massa del tuo oggetto è espressa in grammi, devi solo dividere quel valore per 1000 per convertirlo in chilogrammi
Passaggio 3. Calcolare la forza risultante sull'oggetto
La forza risultante è una forza sbilanciata. Se ci sono due forze opposte tra loro e una di esse è maggiore dell'altra, la risultante delle due forze sarà uguale alla direzione della forza maggiore. L'accelerazione si verifica quando un oggetto subisce una forza sbilanciata, in modo che la sua velocità cambi per avvicinarsi alla forza che lo sta tirando o spingendo.
- Ad esempio: supponiamo che tu e tua sorella stiate giocando al tiro alla fune. Tu tiri la fune verso sinistra con una forza di 5 Newton, mentre tuo fratello tira la fune nella direzione opposta con una forza di 7 Newton. La forza risultante sulla corda è di 2 Newton a sinistra, verso tuo fratello.
- Per capire meglio le unità, comprendi che 1 Newton (1 N) è uguale a 1 chilogrammo-metro/secondo quadrato (kg-m/s2).
Passaggio 4. Modificare l'equazione F = ma per risolvere il problema dell'accelerazione
Puoi cambiare l'ordine della formula per calcolare l'accelerazione, dividendo entrambi i lati dell'equazione per la massa, in modo da ottenere l'equazione: a = F/m. Per trovare l'accelerazione, devi solo dividere la forza per la massa dell'oggetto che la subisce.
- La forza è direttamente proporzionale all'accelerazione, il che significa che maggiore è la forza sperimentata da un oggetto, l'accelerazione sarà ancora maggiore.
- La massa è inversamente proporzionale all'accelerazione, il che significa che più massa ha un oggetto, minore sarà l'accelerazione.
Passaggio 5. Utilizzare la formula per risolvere il problema dell'accelerazione
L'accelerazione è uguale alla forza risultante su un oggetto divisa per la sua massa. Una volta annotate le variabili note, esegui la divisione per trovare l'accelerazione dell'oggetto.
- Ad esempio: una forza di 10 Newton viene esercitata nella stessa direzione su un oggetto di massa 2 kg. Qual è l'accelerazione?
- a = F/m = 10/2 = 5 m/s2
Metodo 2 di 3: Calcolo dell'accelerazione media di due velocità
Passaggio 1. Determinare l'equazione per l'accelerazione media
È possibile calcolare l'accelerazione media di un oggetto in un determinato periodo di tempo in base alla sua velocità (la velocità dell'oggetto in una certa direzione), prima e dopo tale intervallo di tempo. Per calcolarlo, è necessario conoscere l'equazione per il calcolo dell'accelerazione: a = v / t dove a rappresenta l'accelerazione, v la variazione di velocità et il tempo necessario per modificare la velocità dell'oggetto.
- L'unità di accelerazione è metri al secondo al secondo, o m/s2.
- L'accelerazione è una grandezza vettoriale, il che significa che ha sia grandezza che direzione. L'entità dell'accelerazione è la quantità totale, mentre la sua direzione è determinata dalla direzione in cui si muove l'oggetto. Se l'oggetto rallenta, l'accelerazione sarà negativa.
Passaggio 2. Comprendere le variabili
Puoi determinare v e t con ulteriori calcoli: v = vF - vio e t = tF - Tio con vF rappresenta la velocità finale, vio velocità iniziale, tF ora di fine, e tio tempo iniziale.
- Poiché l'accelerazione ha una direzione, dovresti sempre ridurre la velocità finale alla velocità iniziale. Se lo inverti, la direzione di accelerazione che ottieni sarà sbagliata.
- Se non diversamente specificato nel problema, il tempo iniziale in cui l'oggetto si sposta è generalmente di 0 secondi.
Passaggio 3. Utilizzare la formula per trovare l'accelerazione
Per prima cosa, scrivi la tua equazione insieme a tutte le variabili conosciute. L'equazione è a = v / t = (vF - vio)/(TF - Tio). Sottrai la velocità finale per la velocità iniziale, quindi dividi il risultato per l'intervallo di tempo. Il risultato è l'accelerazione media dell'oggetto in quell'intervallo di tempo.
- Se la velocità finale dell'oggetto è inferiore alla sua velocità iniziale, l'accelerazione sarà negativa, il che significa che l'oggetto sta decelerando.
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Esempio 1: la velocità di un'auto da corsa aumenta costantemente da 18,5 m/s a 46,1 m/s in 2,47 secondi. Qual è l'accelerazione media?
- Scrivi l'equazione: a = v / t = (vF - vio)/(TF - Tio)
- Annotare le variabili note: vF = 46, 1 m/s, vio = 18,5 m/s, tF = 2, 47 s, tio = 0 secondi.
- Risolvi l'equazione: a = (46, 1 – 18, 5)/2, 47 = 11, 17 metri/secondo2.
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Esempio 2: un ciclista si ferma a 22,4 m/s dopo 2,55 secondi dall'azionamento del freno. Determinare la decelerazione.
- Scrivi l'equazione: a = v / t = (vF - vio)/(TF - Tio)
- Annotare le variabili note: vF = 0 m/s, vio = 22,4 m/s, tF = 2,55 s, tio = 0 secondi.
- Risolvi l'equazione: a = (0 – 22, 4)/2, 55 = -8, 78 metri/secondo2.
Metodo 3 di 3: ricontrollare le risposte
Passaggio 1. Direzione dell'accelerazione
Il concetto di accelerazione in fisica non è sempre lo stesso di quello utilizzato nella vita di tutti i giorni. Ogni accelerazione ha una direzione, solitamente indicata da un simbolo positivo se è in salita oa destra, o negativa se è in discesa oa sinistra. Controlla se la tua risposta ha senso in base alle istruzioni seguenti:
| Movimento auto | Cambio di velocità dell'auto | Direzione di accelerazione |
|---|---|---|
| Spostarsi a destra (+) premere il pedale dell'acceleratore | + → ++ (più veloce) | positivo |
| Muovi a destra (+) premi il freno | ++ → + (meno positivo) | negativo |
| Muovere a sinistra (-) premere il pedale dell'acceleratore | - → -- (più negativo) | negativo |
| Muovi a sinistra (-) premi il freno | -- → - (meno negativo) | positivo |
| Muoversi a velocità costante | rimane lo stesso | l'accelerazione è zero |
Passaggio 2. Direzione dello stile
Ricorda, una forza provoca solo un'accelerazione "nella direzione della forza". Alcune domande possono ingannarti con punteggi non correlati all'accelerazione.
- Esempio di problema: una nave giocattolo con una massa di 10 kg si muove con un'accelerazione verso nord di 2 m/s2. Il vento spinge la nave verso ovest con una forza di 100 Newton. Qual è l'accelerazione della nave che si dirige a nord dopo essere stata spinta dal vento?
- Risposta: poiché la direzione della forza è perpendicolare al movimento dell'oggetto, non ha effetto sugli oggetti che si muovono in quella direzione. La nave continuerà a muoversi verso nord con un'accelerazione di 2 m/s2.
Passaggio 3. Stile risultante
Se la forza subita da un oggetto è più di uno, calcolare la forza risultante da tutti loro prima di calcolare l'accelerazione. Di seguito è riportato un esempio per un problema di stile bidimensionale:
- Esempio di problema: April sta tirando verso sinistra un container da 400 kg con una forza di 150 Newton. Bob sta sul lato sinistro del container e spinge con una forza di 200 Newton. Il vento soffia a sinistra con una forza di 10 Newton. Qual è l'accelerazione del contenitore?
- Risposta: le domande precedenti forniscono indizi complessi per ingannarti. Disegna un diagramma e vedrai una forza di 150 Newton a destra, 200 Newton a sinistra e 10 Newton a sinistra. Se "left" è positivo, la forza risultante sull'oggetto è 150 + 200 - 10 = 340 Newton. Accelerazione dell'oggetto = F / m = 340 Newton / 400 kg = 0,85 m/s2.
