Contenido
- La ecuación de aceleración promedio
- La segunda ley de Newton proporciona una calculadora de aceleración
La velocidad y la aceleración son dos conceptos fundamentales en la mecánica, o la física del movimiento, y están relacionados. Si mide la velocidad de un objeto mientras registra el tiempo, luego vuelva a medirlo un poco más tarde, también mientras registra el tiempo, puede encontrar la aceleración, que es la diferencia en esas velocidades dividida por el intervalo de tiempo. Esa es la idea básica, aunque en algunos problemas, es posible que deba derivar velocidades de otros datos.
Hay otra forma de calcular la aceleración basada en las leyes de Newton. Según la primera ley, un cuerpo permanece en un estado de movimiento uniforme a menos que una fuerza actúe sobre él, y la segunda ley expresa la relación matemática entre la magnitud de la fuerza (F) y la aceleración (una) un cuerpo de masa metro experiencias debido a esa fuerza. La relación es F = mamá. Si conoce la magnitud de una fuerza que actúa sobre un cuerpo y conoce la masa del cuerpo, puede calcular de inmediato la aceleración que experimenta.
La ecuación de aceleración promedio
Piensa en un auto en una carretera. Si quieres saber qué tan rápido va, y el velocímetro no funciona, escoges dos puntos en su camino, X1 y X2, y miras tu reloj cuando el auto pasa cada punto. La velocidad promedio de los autos es la distancia entre los dos puntos dividida por el tiempo que le toma al auto pasar a ambos. Si la hora en el reloj a las X1 es t1, y el tiempo en X2 es t2, la velocidad de los autos (s) es:
s= ∆X ÷ ∆t = (X2 − X1) ÷ (t2 − t1).
Ahora suponga que el velocímetro del automóvil funciona y registra dos velocidades diferentes en puntos X1 y X2. Como las velocidades son diferentes, el automóvil tenía que estar acelerando. La aceleración se define como el cambio de velocidad durante un intervalo de tiempo particular. Puede ser un número negativo, lo que significaría que el automóvil estaba desacelerando. Si la velocidad instantánea registrada por el velocímetro en el momento t1 es s1y la velocidad en el tiempo t2 es s2, la aceleración (una) entre puntos X1 y X2 es:
una = ∆s ÷ ∆t = (s2 − s1) ÷ (t2 − t1).
Estas ecuaciones de aceleración promedio le dicen que si mide la velocidad en un momento determinado y la mide nuevamente en otro momento, la aceleración es el cambio de velocidad dividido por el intervalo de tiempo. Las unidades de velocidad en el sistema SI son metros / segundo (m / s), y las unidades de aceleración son metros / segundo / segundo (m / s / s), que generalmente se escribe m / s2. En el sistema imperial, las unidades preferidas de aceleración son pies / segundo / segundo, o pies / s2.
Ejemplo: Un avión vuela 100 millas por hora justo después del despegue, y alcanza su altitud de crucero 30 minutos después, cuando vuela 500 millas por hora. ¿Cuál fue su aceleración promedio al subir a su altitud de crucero?
Podemos usar la fórmula de aceleración derivada anteriormente. La diferencia en velocidad (∆s) es de 400 mph, y el tiempo es de 30 minutos, que es de 0,5 horas. La aceleración es entonces
una = 400 mph / 0.5 hr = 800 millas / h2.
La segunda ley de Newton proporciona una calculadora de aceleración
La ecuación que expresa la segunda ley de Newton, F = mamá, es uno de los más útiles en física y sirve como fórmula de aceleración. La unidad de fuerza en el sistema SI es el Newton (N), llamado así por el mismo Sir Isaac. Un Newton es la fuerza requerida para dar a una masa de 1 kilogramo una aceleración de 1 m / s2. En el sistema imperial, la unidad de fuerza es la libra. El peso también se mide en libras, por lo que para diferenciar la masa de la fuerza, las unidades de fuerza se llaman libras-fuerza (lbf).
Puede reorganizar la ecuación de Newton para resolver la aceleración dividiendo ambos lados por metro. Usted obtiene:
una = F/metro
Use esta expresión como una calculadora de aceleración cuando conozca la masa y la magnitud de la fuerza aplicada.
Ejemplo: Un objeto con una masa de 8 kg. Experimenta una fuerza de 20 Newtons. ¿Qué aceleración promedio experimenta?
una = F/metro = 20 N / 8 kg = 2.5 m / s2.
Ejemplo: Un automóvil de 2,000 libras experimenta una fuerza de 1,000 libras de fuerza. ¿Cuál es su aceleración?
El peso no es lo mismo que la masa, por lo que para obtener la masa de los autos, debe dividir su peso por la aceleración debido a la gravedad, con 32 pies / s2. La respuesta es 62.5 babosas (las babosas son la unidad de masa en el sistema imperial). Ahora puedes calcular la aceleración:
una = F/metro = 1,000 lbf / 62.5 babosas = 16 pies / s2.