Spis treści

Przyspieszenie
Gdzie występują największe przyspieszenia
Spadek swobodny 
Jak szybko spadają ciała na Ziemi
Droga w ruchu przspieszonym

Przyspieszenie

 Przyspieszenie informuje o tym jak szybko zmienia się prędkość ciała. Samochód, który prędkość 100km/h osiąga w ciągu 10s, ma dwa razy większe przyspieszenie niż samochód potrzebujący na to 20s. Przyspieszenie w tym wypadku zależy od mocy silnika i cięaru pojazdu wraz z ładunkiem.

Jeżeli prędkość ruchu maleje, to oznacza to, że przyspieszenie jest skierowane przeciwnie do prędkości. Wtedy wartość tego przyspieszenia nazywa się opóźnieniem. Opóźnienie samochodu zależy od jakości układu hamulcowego - ABS, dobre opony i hamulce dają dużą wartość opóźnienia, słabe małą.

Najważniejszą wartością przyspieszenia jest tzw. przyspieszenie ziemskie; oznaczane przez g i wynoszące średnio ok. 9,81 m/s2. My najczęciej posługujemy się jego przybliżoną wartością g > 10 m/s2. Przyspieszenie ziemskie jest to wartościć przyspieszenia osiąganego przez wszystkie ciała spadające swobodnie w pobliżu powierzchni Ziemi (bez uwzględnienia oporu powietrza). Przyspieszenie ziemskie nie jest wszędzie dokładnie takie samo - na równiku ciała spadają wolniej: ok. 9,80 m/s2, a na biegunie szybciej: ok. 9,82 m/s2.

10m/s2, co nie jest małą wartością - gdyby samochody miały takie przyspieszenie, wtedy 100km/h osiągałyby w niecałe 3s. Jednak tylko dobre sportowe samochody dochodzą do 100-tki w ciągu mniej niż 10s. Zwykły, rodzinny samochód osobowy osiąga 100km/h w mniej więcej 15s, co oznacza, że jego średnie przyspieszenie na tym odcinku wynosi około 2m/s2.

Z pojęciem przyspieszenia wiąże się, zbliżone do niego, pojęcie przeciążenia. Przeciążenie pojawia się wtedy, gdy ktoś znajduje się w przyspieszającym pojeździe. Odczuwa on wtedy jakby wzrost (czasami zmniejszenie) ciężaru ciała i "ciągnięcie" w pewnym kierunku. Przeciążenie występuje szczególnie wyraźnie w windach (gdy zdaje nam się przy ruszaniu, że żołądek podchodzi do gardła), startujących samolotach i rakietach. Przeciążenie 10g (Uwaga! - tutaj g nie jest symbolem grama, lecz g = 10m/s2) oznacza, że cięar ciała "przeciążonej" osoby wzrasta 10-krotnie. W takich warunkach osoba o masie 50 kg odczuwała by ciężar swego ciała równoważny masie pół tony!

Człowiek może przez krótki czas znosić przeciążenia ponad 10g, jednak wymaga to równomiernego rozłożenia ciała, co osiąga się w specjalnie skonstruowanych stanowiskach - fotelach. Nawet wtedy, duże przeciążenie jest poważnym stresem dla organizmu

 Gdzie występują największe przyspieszenia?

Pocisk w lufie karabinu ma przyspieszenie na poziomie 50 000 m/s2. Największe przyspieszenia występują jednak wśród mikrocząstek - np. akceleracja (tak z angielska nazywa się często proces przyspieszania) elektronów w kineskopie telewizora osiąga wartość rzędu miliardów m/s2! Do przyspieszania protonów, elektronów i jonów buduje się specjalne urządzenia zwane akceleratorami cząstek. Często mają one rozmiary wielu kilometrów i pozwalają na nadawanie cząstkom prędkości zbliżonych do prędkości światła (przekroczyć jej oczywiście nie mogą, ponieważ prśdkość światła jest największą prędkością jaką może osiągnąć obiekt materialny).

Zapamiętaj

Najważniejsza wartość przyspieszenia - przyspieszenie ziemskie g = 9,81 m/s2.

Spadek swobodny

Spadek swobodny otrzymamy wtedy, gdy ciało puścimy z pewnej wysokości i pozwolimy mu spadać.

Jeżeli takie ciało jest stosunkowo ciżkie, to opór powietrza nie będzie miał dużego wpływu na jego ruch. Okazuje się, że w takim przypadku spadanie odbywa się ze stałym przyspieszeniem g wynoszącym ok. 10 m/s2 (przyspieszenie ziemskie). W ten sposób spadać będą zrzucone z niewielkiej wysokości monety odważniki, jabłka, klocki itp. Przy dłuższych czasach spadku prędkość spadającego ciała robi się na tyle duża, że opór powietrza wyraźnie zaczyna przeciwstawiać się dalszemu wzrostowi prędkości. Dlatego np. skoczkowie spadochronowi tylko na początku poruszają się ruchem przyspieszonym, po pewnym czasie ich prędkość stabilizuje się na pewnej wartości.

Bez oporu powietrza spadanie może odbywać się np. w rurze próżniowej lub na Ksiżycu.Poza tym na Księycu przyspieszenie grawitacyjne jest ok. 6 razy mniejsze niż na Ziemi, więc wszystko spada znacznie wolniej.

Jak szybko spadają ciała na Ziemi?

Moneta zrzucona z wysokości 1,23 m osiąga podłogę już po 0,5 s. Jej prędkość na początku jest bliska zera, ale pod koniec ruchu wynosi już 5m/s.

Całą sekundę spada kamień zrzucony z balkonu znajdującego się na wysokości 5m - drugie piętro. Warto zwrócić uwagę, że w poprzednim przykładzie pół sekundy spadku to wysokość 1, 23m a dwa razy większy czas, daje nam nie ok. 2,5m..., ale już 5m, czyli cztery razy większą wysokość!

Ciekawe - prędkość z jaką o ziemię uderza obiekt spadający z wysokości 5m wynosi ok. 10 m/s. Inaczej rzecz ujmując; gdyby sprinter biegnący normalnie z prędkością 10 m/s zderzyż się nagle z niewidzialną przeszkodą, to skutek byłby taki jak upadek z wysokości 5m (2-gie piętro!).

Droga w ruchu przyspieszonym

Przeciętnemu człowiekowi trudno jest uzmysłowić sobie rónice pomiędzy ruchem jednostajnym i zmiennym. Dlaczego tak jest? - to chyba wina "bałaganu" w przyrodzie. Tutaj wszystkie te ruchy są ze sobą wymieszane - "czyste" ruchy jednostajne zdarzają się wyjątkowo, podobnie jest z ruchami zmiennymi jednostajnie.

Toteż większość ruchów jest mieszanych mieszane - na pewnych odcinkach są jednostajne, na innych przyspieszone, potem opónione...
Absolutnie stałą prędkość ma jedynie światło w przestrzeni kosmicznej - wynosi ona prawie 300tys. km/s (co sekundę przelatuje ono 300 tys. km - prawie tyle co z Ziemi na Księyc).

Znacznie trudniej jest znaleźć przykład ruchu idealnie jednostajnie przyspieszonego. Na krótkich odcinkach mógłby to być ruch kamienia zrzuconego na Ksiżycu. Dlaczego właśnie na Ksiżycu? - bo tam nie ma powietrza mogącego hamować ruch. A dlaczego na krótkich odcinkach? - bo gdy oddalimy się nieco od powierzchni Srebrnego Globu, wtedy zmaleje trochę przyciąganie grawitacyjne i przyspieszenie będzie już mniejsze. Ostatecznie, kamień spadający na Ksiżycu porusza się coraz szybciej. Najpierw powoli (spadanie przyspiesza tam 6 razy wolniej niż na Ziemi), potem coraz szybciej... i jeszcze szybciej... potem bardzo szybko... . Ale przez cały czas przyspieszania prędkość wzrastała w każdej sekundzie zawsze o ok. 1,6 m/s.
A jak wygląda droga w ruchu jednostajnie zmiennym?
- no właśnie - tu jest problem, ponieważ droga przebywana w kolejnych odcinkach czasu rośnie coraz szybciej.
Przez pierwszą sekundę kamień na Księycu spada o 0,8 m, przez drugą o 2,4 m (bo już był na początku trochę rozpędzony), przez trzecią o 4 m (teraz startował od jeszcze większej prędkości) itd. Jak z tego widać w ruchu przyspieszonym każda kolejna sekunda daje coraz większą prędkość i drogę ruchu.
Innym przykładem ruchu jednostajnie zmiennego jest ruch jednostajnie opóźniony. Tutaj sytuacja jest jednak odwrotna niż w przypadku ruchu przyspieszonego - każda kolejna sekunda oznacza coraz mniejszą prędkość i coraz krótszą przebywaną drogę w jednostce czasu.
Przyjmijmy, że hamujący samochód ma początkowo prędkość 20m/s i opóźnienie 5m/s2.
Po pierwszej sekundzie prędkość zmaleje do 15 m/s, po następnej do 10 m/s, potem do 5 m/s, by pod koniec czwartej sekundy ruchu stopnieć do zera - samochód zatrzymuje się.

A jak wygląda droga w tym ruchu?
Przez pierwszą sekundę hamowania samochód przejeżdża 17,5 m, przez następną 12,5 m, przez trzecią sekundę 7,5 m, a w ostatniej, czwartej sekundzie przebędzie tylko 2,5m.

I tak to już, niestety, jest - ruchy zmienne są bardziej skomplikowane od jednostajnych, dla których przebyta droga w każdej sekundzie jest taka sama jak w poprzedniej.

 

<< powrót