دید کلی

غالبا سرعت حرکت یک جسم متحرک در حین حرکت می‌تواند تغییر کند، اما چون سرعت یک کمیت برداری است، لذا علاوه بر اندازه دارای جهت نیز خواهد بود. بنابراین تغییر سرعت می‌تواند به صورت تغییر در بزرگی ، جهت و یا هر دو باشد. در تمام این موارد تغییر موجب ایجاد شتاب می‌گردد. به عنوان مثال ، در حرکت دایره‌ای یکنواخت ، بزرگی سرعت ثابت است، اما جهت آن همواره تغییر می‌کند و این سبب ایجاد یک شتاب جانب مرکز می‌گردد. حال چنانچه در همین مثال حرکت دایره‌ای بزرگی سرعت نیز علاوه بر جهت آن تغییر بکند، علاوه بر شتاب جانب مرکز یک شتاب مماسی نیز خواهیم داشت که این شتاب مماسی از تغییر بزرگی سرعت ناشی می‌شود.

دید کلی

غالبا سرعت حرکت یک جسم متحرک در حین حرکت می‌تواند تغییر کند، اما چون سرعت یک کمیت برداری است، لذا علاوه بر اندازه دارای جهت نیز خواهد بود. بنابراین تغییر سرعت می‌تواند به صورت تغییر در بزرگی ، جهت و یا هر دو باشد. در تمام این موارد تغییر موجب ایجاد شتاب می‌گردد. به عنوان مثال ، در حرکت دایره‌ای یکنواخت ، بزرگی سرعت ثابت است، اما جهت آن همواره تغییر می‌کند و این سبب ایجاد یک شتاب جانب مرکز می‌گردد. حال چنانچه در همین مثال حرکت دایره‌ای بزرگی سرعت نیز علاوه بر جهت آن تغییر بکند، علاوه بر شتاب جانب مرکز یک شتاب مماسی نیز خواهیم داشت که این شتاب مماسی از تغییر بزرگی سرعت ناشی می‌شود.

انواع شتاب

از آنجا که در تعریف سرعت ، دو نوع سرعت لحظه‌ای و سرعت متوسط عنوان می‌شود، لذا در تعریف شتاب با دو نوع شتاب لحظه‌ای و شتاب متوسط مواجه خواهیم بود. شتاب متوسط در حین حرکت از نقطه A به نقطه B به صورت تغییر (تفاضل سرعت در نقطه A و B ) بر بازه زمانی که این حرکت طول کشیده است، تعریف می‌شود. اما شتاب لحظه‌ای به صورت مشتق زمانی بردار سرعت تعریف می‌شود. به بیان دیگر ، با توجه به تعریف مشتق می‌توان گفت که در تعریف شتاب لحظه‌ای بازه زمانی بین دو نقطه A و B ، همچنین تغییرات سرعت در فاصله بین دو نقطه A و B باید خیلی خیلی کوچک باشد، یعنی به سمت صفر میل کند.

یکای شتاب

یکا یا ابعاد هر کمیت فیزیکی را می‌توان به صورت ترکیبی از کمیت‌های اصلی مانند جرم ، طول و زمان بیان کرد. یکای سرعت عبارت است از نسبت یکای طول (L) بر یکای زمان (T). بنابراین چون شتاب نیز به صورت نسبت سرعت بر زمان است، یکای آن به صورت زیر خواهد بود:

L/T/T = L/T^2=یکای شتاب


اهمیت دانستن یکای کمیات مختلف در این است که به این طریق می‌توان درستی یا نادرستی یک معادله را بیان کرد. به بیان دیگر ، در یک معادله فیزیکی باید یکای تمام جملات یکسان باشند. منظور این است که نمی‌توانیم مثلا جمله‌ای را که یکای کل آن سرعت است، با جمله دیگری که یکای کل آن شتاب است، مساوی قرار دهیم. نمادهای ابعادی مربوط به کمیت‌های مختلف را می‌توان مانند کمیت‌های جبری در نظر گرفت و آنها را درست مانند عواملی که در معادلات هستند، ترکیب کرد یا حذف نمود.

حرکت با شتاب متغیر

گفتیم که شتاب مانند سرعت یک کمیت برداری است، بنابراین در حرکت با شتاب متغیر در حالت سه بعدی هر سه مولفه سرعت تغییر می‌کنند. لذا متناسب با آنها سه مولفه شتاب نیز حاصل می‌شود. مثلا مولفه x شتاب برابر با مشتق زمانی مولفه x سرعت است.

به عنوان مثالی از حرکت شتاب‌دار متغیر می‌توان به حرکت اتومبیل در خیابان اشاره کرد. سرعت اتومبیل بعد از روشن شدن آن افزایش می‌یابد تا به یک مقدار بیشینه برسد، حال اگر مانعی مانند یک اتومبیل دیگر در برابر اتومبیل قرار گیرد، راننده مجبور است که سرعت خود را کاهش دهد. بنابراین حالت اول را که سرعت پیوسته افزایش پیدا می‌کرد، می‌توان حرکت تند شونده نامید و در حالت دوم را که سرعت کاهش پیدا می‌کند، حرکت کند شونده می‌نامند.

حرکت با شتاب ثابت

در بررسی انواع حرکت ، گاه به مواردی برخورد می‌کنیم که آهنگ تغییرات سرعت ثابت است. به عنوان مثال ، در حرکت پرتابی شتاب اعمال شده ، شتاب جاذبه زمین است. این شتاب معمولا ثابت فرض می‌شود، لذا حرکت پرتابی نوعی از حرکت با شتاب ثابت است.

نوشته شده در تاریخ جمعه 12 آذر 1389    | توسط: مهدی قاضی زاده    |    |
نظرات()