Merjenje pospeška

V animacijah je prikazan voziček pri različnih konstantnih pospeških. Rdeča pika kaže točko, v kateri se izvaja meritev.



Prikaz preračuna hitrosti.

V animacijah je prikazan 1.0 kg voziček pri različnih konstantnih pospeških (lega je podana v metrih, čas pa v sekundah). Rdeča pika kaže točko, v kateri se izvaja meritev. Kako lahko podamo, kolikšen je pospešek vozička? Obstaja nekaj možnosti, ki jih bomo obravnavali v tej razlagi. Preden začnemo, si predvajaj vsako od animacij, ne da bi imel vključen prikaz preračuna hitrosti. Kako bi opisal gibanje vsakega od vozičkov? Kako bi opisal posamezne pospeške vozičkov? Kako bi dokazal, da so tvoja predvidevanja pravilna? Ponovni zagon.

Verjetno si ob predvajanju animacij 1 in 2 opazil, da se vozička peljeta s konstantno hitrostjo (v animaciji 1 s pozitivno in v animaciji 2 z negativno hitrostjo). Gibanje vozičkov je v obeh animacijah enakomerno, in že samo z opazovanjem lahko ugotovimo, da vsak voziček v istem časovnem intervalu opravi enako pot. To lahko preprosto preverimo. V animaciji 1 je voziček na x = 0.0 m pri t = 0.0 s, na x = 0.5 m pri t = 0.25 s, na x = 1.0 m pri t = 0.5 s, na x = 1.5 m pri t = 0.75 s, in končno na x = 2.0 m pri t = 1.0 s.

Gibanje vozička je enakomerno (v = 2.0 m/s). Voziček v animaciji 2 ima v = -2.0 m/s, kar lahko preveriš s podatki in preračunom hitrosti v animaciji.

Kaj pa animacije 3, 4, in 5?  Morda si opazil, da tu gibanje ni enakomerno in da vozički pospešujejo. Kako lahko dokažemo in izračunamo pospeške? Odvisno je od stanja in danih podatkov. Spodaj so tri najpogostejše enačbe za enakomerno pospešeno gibanje:

v = v0 + at, 

x = x0 + v0t + at2/2,

in

v2 = v02 + 2a(x - x0).

Katero od teh bomo uporabili v animacijah 3, 4 in 5? Prvo enačbo lahko izločimo (razen če ne goljufamo in smo vklopili preračun hitrosti), ker zahteva začetno hitrost, ki pa je nimamo. Položaj in čas v animacijah lahko izmerimo, kar pomeni, da lahko uporabimo drugo enačbo. V animacijah 3 in 4 je voziček v začetku v mirovanju, tako da lahko zapišemo
x = x0 + 0.5at2, oziroma a = 2(x - x0)/t2. Voziček ima v animaciji 3  v 1.0 s odmik 2.0 m, v animaciji 4 pa -2.0 m.  Torej sta pospeška 4.0 m/s2 oziroma -4.0 m/s2.

Kaj pa animacija 5? Voziček ima najprej začetno hitrost, nato pa se ustavi (ima pozitivno hitrost in negativen pospešek). Kako lahko izračunamo pospešek tega vozička? To ne moremo narediti iz podanih podatkov (razen če ponovno ne goljufamo s podatki o hitrosti). Zakaj? Čeprav je res, da lahko ocenimo začetno hitrost z Δx/Δt, s to metodo ne bomo mogli vedno dobiti zadovoljivih rezultatov, ker je to povprečna hitrost v časovnem intervalu in ne trenutna hitrost ob t = 0.0 s. Najboljši način za izračun pospeška tega vozička je vklop preračuna hitrosti in uporaba enačbe v = v0 + at ali v2 = v02 + 2a(x - x0). Tako dobimo pospešek pribliľno 3,7 m/s2. Bodi pozoren na to, da si ob uporabi enačbe Δx/Δt za začetno hitrost dobil rezultat 3 m/s, ki pa se razlikuje od resničnih 3,7 m/s.

Če vklopiš račun hitrosti pri vseh animacijah, lahko za izračun pospeška uporabiš kar enačbo v = v0 + at.