Przyspieszenie - czytankiPrzyspieszenie 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 ciężaru 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 najczęściej posługujemy się jego przybliżoną wartością g ≈ 10 m/s2. Przyspieszenie ziemskie jest to wartością 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 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 kto 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 ciężar 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. Droga w ruchu przyspieszonymPrzeciętnemu człowiekowi trudno jest uzmysłowić sobie różnice pomiędzy ruchem jednostajnym i zmiennym. Dlaczego tak jest? - to chyba wina "bałaganu" w przyrodzie. Tutaj wszystkie te ruchy są że 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 opóźnione... Znacznie trudniej jest znaleźć przykład ruchu idealnie jednostajnie przyspieszonego. Na krótkich odcinkach mógłby to być ruch kamienia zrzuconego na Księżycu. Dlaczego właśnie na Księżycu? - 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 Księżycu porusza się coraz szybciej. Najpierw powoli ("jak żółw ociężale" - spadanie przyspiesza tam 6 razy wolniej niż na Ziemi), potem coraz szybciej... i jeszcze szybciej... potem bardzo szybko... i bęc! - spada na powierzchnię. Ale przez cały czas przyspieszania prędkość wzrastała w każdej sekundzie zawsze o ok. 1,6 m/s. 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 i bardzo drogie urządzenia zwane akceleratorami cząstek. Często mają one rozmiary wielu kilometrów i pozwalają na nadawanie cząstkom prędkości zbliżonych do prędkości światła (przekroczyć jej oczywiście i tak nie mogą, ponieważ prędkość światła jest największą prędkością jaką może osiągnąć obiekt materialny).ZapamiętajNajważniejsza wartość przyspieszenia - przyspieszenie ziemskie g = 9,81 m/s2. Zajrzyj też: Przyspieszenie - teoria Spadek swobodnySpadek swobodny otrzymamy wtedy, gdy ciało puścimy z pewnej wysokości i pozwolimy mu spadać.Jeżeli takie ciało jest stosunkowo ciężkie, 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 ustala się, a po rozłożeniu spadochronu zmniejsza jeszcze na tyle, by spadochroniarz mógł swobodnie wylądować. Bez oporu powietrza spadanie może odbywać się np. w rurze próżniowej
lub na Księżycu. Jednak w tym ostatnim przypadku jest kłopot z
dowiezieniem uczniów na doświadczenia... Poza tym na Księżycu
przyspieszenie grawitacyjne jest ok. 6 razy mniejsze niż na Ziemi, więc
wszystko spada znacznie wolniej. Zajrzyj też:
Jak szybko spadają ciała na Ziemi?Moneta zrzucona z wysokości 1,23 m osiąga podłoże 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 zderzył się nagle z niewidzialną przeszkodą, to skutek byłby taki jak upadek z wysokości 5m (2-gie piętro!). Czy uświadamiamy sobie, że szybkie, nieostrożne bieganie w ciemnościach może być niebezpieczne dla życia?! A jak wyglądałby spadek, gdyby ciało początkowo miało prędkość różną od zera; np. gdyby rzucić je pod pewnym kątem do poziomu? - okazuje się, że ruch tak rzuconego ciała jest w istocie nałożeniem się ruchu prostoliniowego odbywającego się z prędkością wyrzutu na spadanie swobodne. Gdyby w obiekcie tak lecącym znajdował się człowiek, to zauważyłby on, że podłoga pod nim spada tak jak on i nie można się na niej oprzeć - człowiek ten znalazłby się w "stanie nieważkości". W stanie tym nie odczuwa ciężaru swojego ciała. Przeżywają go niekiedy piloci samolotów po wyłączeniu silników napędzających, a przez dłuższy czas kosmonauci w rakietach okrążających Ziemię. My stan nieważkości możemy sobie zaaplikować najwyżej na czas ok. jednej sekundy podskakując na batucie - gdy lecimy - jesteśmy w stanie nieważkości.
|
