This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States License.
VẬT LÝ TỔNG QUAN
Chương 1. CƠ HỌC .
1.1 ĐỘNG HỌC .
1.1.4 Gia tốc
Khái niệm
Khi vận tốc của một đối tượng thay đổi ta nói là đối tượng đó được chuyển tốc. Gia tốc là mức độ thay đổi của vận tốc theo thời gian. Những ví dụ thường thấy nhất ở các cuộc đua xe thể thao F1 . Khi vượt qua những chặng cuối các vận động viên bắt đầu tăng tốc để chạm đích đến . Ví dụ này minh họa sự tăng tốc vì nó thường được hiểu rõ , nhưng khái niệm gia tốc trong vật lý có ý nghĩa rộng hơn so với sự việc tốc độ chỉ tăng lên .
Bất kỳ sự thay đổi vận tốc của một đối tượng như
- tăng tốc độ
- giảm tốc độ
- thay đổi hướng chuyển động
sẽ cho một kết quả gia tốc . Thực vậy , một sự thay đổi hướng chuyển động sẽ sinh ra gia tốc ngay cả khi đối tượng di chuyển không thực sự tăng tốc hoặc giảm tốc . Đó là bởi vì gia tốc phụ thuộc vào sự thay đổi vận tốc và vận tốc là một đại lượng vector - có cường độ và hướng. Như vậy, một quả táo rơi xuống , một chiếc xe dừng lại tại chốt đèn giao thông , một hành tinh quay xung quanh quỹ đạo đều sinh ra gia tốc .
Giống như vận tốc, có hai loại gia tốc: Gia tốc trung bình và gia tốc tức thời .
Gia tốc trung bình được xác định qua một khoảng thời gian khá dài $[t_{0},t]$. Vận tốc đầu khoảng thời gian này tại $t_{0}$ được gọi là vận tốc ban đầu , ký hiệu $\mathbf{v}_{0}$ , và vận tốc ở cuối khoảng được gọi là vận tốc cuối , ký hiệu $\mathbf{v}$ . Gia tốc trung bình là kết quả tính từ hai phép đo vận tốc trong khoảng thời gian :
$\bar{\mathbf{a}}=\frac{\mathbf{v}-\mathbf{v}_{0}}{t-t_{0}}=\frac{\Delta \mathbf{v}}{\Delta t}$
Gia tốc tức thời được đo trong một khoảng thời gian rất ngắn , vô cùng nhỏ , nghĩa là khi $\Delta t \rightarrow 0$
$\mathbf{a}=\lim_{\Delta t \rightarrow 0}\frac{\Delta \mathbf{v}}{\Delta t}$
Đơn vị
Đơn vị SI của gia tốc là mét / giây bình phương ( $m/s^2$ ). Một đơn vị thường được sử dụng là gia tốc trọng trường - g. Vì đã quá quen thuộc với những tác động của trọng lực trên chính chúng ta và các đối tượng xung quanh nên có một tiêu chuẩn thuận tiện cho việc so sánh các gia tốc. Tất cả mọi thứ cảm thấy bình thường với 1 g, hai lần nặng hơn với 2 g, và không trọng lượng tại 0 g. Đơn vị này có một giá trị được định nghĩa chính xác là 9,80665 m / s 2 , nhưng thường dùng 9,8 m / s 2 là đủ, và 10 m / s 2 là thuận tiện cho các phép tính nhanh.
Các đơn vị được gọi là gia tốc trọng trường (ký hiệu là g thường ) không giống như các hiện tượng tự nhiên gọi là gia tốc do trọng lực (đại diện bởi g nghiêng ). Chữ g thường đầu có một giá trị được xác định trong khi chữ g sau phải được đo đạc và tính toán .
Mặc dù thuật ngữ " lực g " thường được sử dụng, nhưng g là một độ đo gia tốc, không phải là lực . (Xem
thêm về phần lực ) . Các nhà khoa học đặc biệt quan tâm đến tác dụng sinh lý của gia tốc đối với con người , và để đặt mọi thứ trong bối cảnh đó , tất cả các giá trị đều được quy định theo g. Gia tốc cũng có liên quan đến chấn thương . Đây là lý do tại sao các cảm biến thông thường nhất trong một cuộc giả thử nghiệm va chạm là máy đo gia tốc. Tăng tốc cực mạnh và đột ngột có thể dẫn đến tử vong.
Trong thiết kế tàu lượn , tốc độ là điều cốt yếu. Hoặc phải chăng nếu tốc độ là tất cả , để thiết kế một chuyến đi hồi hộp, thì đường cao tốc sẽ đem lại cho người chơi những cảm giác khá thú vị . Hầu hết các tàu lượn hiếm khi vượt quá 30 m / s (60 mph). Trái ngược với niềm tin phổ biến đó , chính là gia tốc đã làm cho các chuyến đi trở nên thú vị. Một thiết kế tàu lượn tốt sẽ tùy thuộc người lái để đạt được gia tốc tối đa 3-4 g trong thời gian ngắn. Đây là những gì đem lại cho mọi người cảm giác nguy hiểm trên chuyến đi của tàu lượn siêu tốc .
Mặc dù có được sức mạnh to lớn từ động cơ ,gia tốc của tàu con thoi vẫn luôn được giữ ở dưới 3 g. Bất cứ điều gì lớn hơn sẽ đặt những áp lực không cần thiết trên các phi hành gia, các tải trọng, và bản thân con tàu không gian này . Khi tàu con thoi ở trong quỹ đạo, toàn bộ hệ thống đi vào trạng thái rơi tự do trong một khoảng thời gian dài , đem lại cảm giác không trọng lượng. Môi trường "zero g" như vậy cũng có thể được mô phỏng bên trong một chiếc máy bay thử nghiệm đặc biệt hay hiện tượng rơi tự do từ một đỉnh tháp cao .
Phi công máy bay chiến đấu có thể trải nghiệm gia tốc lên đến 8 g trong thời gian ngắn trong cuộc diễn tập
chiến thuật. Nếu duy trì điều này hơn một vài giây, thì hiện tượng 4-6 g sẽ gây ra mất điện. Để ngăn chặn hội chứng " mất ý thức lực g " (G-LOC), phi công máy bay chiến đấu phải mặc bộ quần áo áp lực đặc biệt bóp chân , bụng và giữ cho máu lưu thông trên đầu . Phi công và phi hành gia cũng có thể đào tạo trong các máy ly tâm nhân tạo có khả năng lên đến 15 g. Tiếp xúc với gia tốc mãnh liệt như vậy được kiểm soát trong một thời gian rất ngắn vì lý do an toàn. Con người hiếm khi phải chịu bất cứ điều gì cao hơn 8 g lâu hơn một vài giây.
Dưới đây là một số gia tốc tham khảo .
a ( $m / s^ 2$ ) biến cố
$5 × 10 ^{-14}$ tăng tốc nhỏ nhất trong một thí nghiệm khoa học
$2 × 10 ^{-10}$ tăng tốc thiên hà tại mặt trời
$9 × 10^{-10}$ tăng tốc bất thường của tàu vũ trụ tiên phong
0.5 thang máy, thủy lực
0.6 rơi tự do trên Diêm vương tinh (pluto)
1 thang máy, cáp
1.6 rơi tự do trên mặt trăng
8.8 Trạm vũ trụ quốc tế ISS
3.7 rơi tự do trên Hỏa tinh mars
9.8 rơi tự do trên trái đất
10-40 tên lửa có người lái lúc khởi động
20 tàu con thoi, đỉnh
24.8 rơi tự do trên sao Mộc
20-50 tàu lượn cao tốc
80 Giới hạn của sức chịu đựng của con người
0-150 máy ly tâm nhân tạo
100-200 ghế phóng ( trong khoang lái máy bay)
270 rơi tự do trên mặt trời
600 túi khí tự động
$10 ^4 -10^ 6$ máy ly tâm y tế
$10 ^6$ viên đạn trong nòng súng
$10 ^6$ rơi tự do trên ngôi sao lùn trắng
$10^12$ rơi tự do trên ngôi sao neutron
Gia tốc và cơ thể người
gia tốc (g) biến cố
2.9 nhảy mũi
3.5 ho
3.6 đám đông chen lấn
4.1 vỗ trên lưng
8.1 bước nhảy lò cỏ
10.1 rơi tõm xuống ghế
60 gia tốc của ngực trong va chạm xe hơi ở tốc độ 48 km / h với hệ thống túi khí
Câu hỏi .
1. Chiếc xe hơi Jaguar XJR được quảng cáo với thông số kỹ thuật khi vận hành là : từ 0 đến 80 mph trong 7.2 giây .
a. Hãy tính gia tốc của xe .
b. Giả sử rằng gia tốc không đổi , tính thời gian xe đạt tới vận tốc 100mph
c. Nếu xe đang ở vận tốc 100mph hãy tính gia tốc của xe nếu phải mất 8 giây để xe dừng hẳn .
2.Tiêu chuẩn va chạm xe đòi hỏi một hành khách trong một tai nạn điển hình không được di chuyển với gia tốc 60 g trong khoảng thời gian không quá 36 mili giây. Hãy tìm tốc độ mà các tác giả của tiêu chuẩn này giả định một tai nạn điển hình sẽ xảy ra?
3.Một chiếc xe tuột dốc với vận tốc $3 m / s$ khi tài xế xe cho động cơ bắt đầu . Vận tốc xe này là bao nhiêu sau 6 giây nếu nó có gia tốc $3 m / s^2$ ?
Trần hồng Cơ
Biên soạn
Ngày 30/10/2014
Nguồn :
1. http://tap.iop.org/mechanics/kinematics/index.html
2. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/HFrame.html
3. http://physics.info/
4. http://www.onlinephys.com/index.html
5. http://www.stmary.ws/highschool/physics/home/notes/kinematics/
6. http://www.mwit.ac.th/~physicslab/applet_04/physics_classroom/Class/1DKin/U1L5a.html
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States License.
-------------------------------------------------------------------------------------------
Người có học biết mình ngu dốt.
The learned man knows that he is ignorant.
Victor Hugo.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét
Cám ơn lời bình luận của các bạn .
Tôi sẽ xem và trả lời ngay khi có thể .
Thank you for your comments.
I will review and respond to these issues as soon as possible.
Trần hồng Cơ .
Co.H.Tran
MMPC-VN
cohtran@mail.com