Ускорение

Автомобиль, разгоняющийся от 0 до 100 км/ч за 10 секунд, каждую секунду прибавляет к скорости около 2.8 м/с.

Ускорение показывает изменение скорости за секунду

Когда ты нажимаешь на педаль газа, скорость автомобиля меняется. Ускорение показывает, как быстро это происходит: a = Δv ÷ Δt, изменение скорости, делённое на время. Если автомобиль разгоняется от 0 до 27.8 м/с (100 км/ч) за 10 с, его среднее ускорение равно 27.8 ÷ 10 ≈ 2.8 м/с за секунду. Единицу записывают как м/с² и читают «метры в секунду в квадрате», но полезно сказать подробнее: каждую секунду скорость меняется на 2.8 м/с.

Ускорение является векторной величиной. Если выбрать направление вперёд положительным, разгон вперёд даёт положительное ускорение, а торможение отрицательное. У автомобиля, замедлившегося с 20 м/с до 0 за 4 с, a = (0 − 20) ÷ 4 = −5 м/с². Это часто называют замедлением, но в физике речь идёт об ускорении со знаком минус. Внимание: отрицательное ускорение не всегда означает уменьшение модуля скорости. Если автомобиль всё быстрее едет задним ходом, его скорость и ускорение отрицательны, но модуль скорости растёт.

Поворот тоже связан с ускорением

Поскольку у скорости есть направление, изменение направления тоже является ускорением. Мяч на верёвке, вращающийся по окружности с постоянным модулем скорости, всё время ускоряется к центру. Мяч в лаборатории движения показывает другой случай. Его горизонтальная скорость остаётся постоянной, а вертикальная каждую секунду меняется на одну и ту же величину. Поэтому мяч ускоряется вниз на протяжении всего полёта, даже в верхней точке, где движется горизонтально.

Уравнения равноускоренного движения

При постоянном ускорении движение описывается несколькими короткими уравнениями. Скорость через время t: v = v₀ + a t. Перемещение за время t: d = v₀ t + ½ a t². При старте из состояния покоя они упрощаются: v = a t и d = ½ a t². Автомобиль, разгоняющийся с места с ускорением 3 м/с², через 6 с достигает скорости 3 × 6 = 18 м/с и проходит ½ × 3 × 6² = 54 м. Обрати внимание на t² в формуле пути: если удвоить время, путь увеличится в четыре раза, ведь во второй половине автомобиль движется быстрее.

Ускорение можно почувствовать. Когда лифт начинает подниматься, ты на миг чувствуешь себя тяжелее, а когда замедляется наверху, легче. При трогании автобуса тебя отклоняет назад, а при торможении бросает вперёд. Постоянную скорость ты совсем не ощущаешь: в плавно летящем самолёте можно налить напиток, не пролив его. Тело ощущает изменения скорости, а не саму скорость. Это первая подсказка к первому закону Ньютона из курса «Силы».