加速度（物理）

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この記事では、物理学における加速とは何かについて説明します。したがって、物理学における加速度の意味、物体の加速度の計算方法、加速度の例、および加速度に関連するその他の物理学の概念がわかります。

加速度って何ですか？

加速度は、単位時間あたりの物体の速度の変化を示す量です。物理学では、加速度は時間の増加に対する速度の増加の比率として定義されます。

加速度は、速度の大きさと方向の両方の変化によって発生する可能性があります。したがって、物体が加速しているということは、より速く移動しているか、方向が変わっていることを意味します。

たとえば、移動体の加速度が 1 m/s 2の場合、物体は 1 秒ごとに 1 m/s ずつ速く移動することになります。したがって、時間 t=5 秒の速度が 3 m/s であった場合、時間 t=6 秒の速度は 4 m/s になります。

加速度

加速度はベクトル量であるため、物理学ではベクトルで表されることに注意してください。これは、加速度には意味と方向があることを意味します。

  • 加速度の方向と方向が速度と同じであれば、身体はどんどん速く進みます。
  • 加速度が速度と同じ方向であり、その方向が逆である場合、体の速度はますます遅くなり、停止するか、場合によっては後退します。
  • 加速度の方向が速度と異なる場合、物体の方向が変わります。

一般に、物理学では加速度の記号は文字 a です。

加速度の公式

加速度は、速度の変化 (Δv) を時間の変化 (Δt) で割ったものに等しくなります。したがって、物理学では、物体の加速度を計算するには、最終速度と初速度の差を、最終瞬間と最初の瞬間の差で割る必要があります (a = Δv/Δt)。

したがって、物理学における加速度の計算式は次のようになります。

加速度の公式

金：

  • a

    加速度です。

  • \Delta v

    速度増分です。

  • \Delta t

    時間的変化です。

  • v_f

    最終速度です。

  • v_i

    は初速度です。

  • t_f

    最後の瞬間です。

  • t_i

    最初の瞬間です。

加速度は、速度の単位を時間の単位で割ったもので表されます。したがって、国際システム (SI) における加速度の単位は、メートルを秒の 2 乗で割ったもの (m/s 2 ) です。

モバイルの加速度の値は次のように解釈する必要があります。

  • a>0 : 加速度が正の場合、時間の経過とともに速度が増加することを意味します。
  • a<0 : 加速度が負の場合、時間の経過とともに速度が減少することを意味します。
  • a=0 : 加速度がゼロの場合、速度が時間の経過とともに一定であることを意味します。

加速の例

加速度の定義とその公式がわかったところで、概念をよりよく理解するために日常生活における加速度の値の例をいくつか見てみましょう。

  • 乗客を乗せたエレベーターの加速度: 1 m/s 2
  • 自転車の加速度: 1.7 m/s 2
  • レーシングカーの加速度: 8-9 m/s 2
  • 重力加速度：9.81m/ s2
  • パラシュート開放時の制動加速度：30m/ s2
  • 宇宙船打ち上げ加速度: 40-60 m/s 2
  • 内燃機関のピストンの加速度：300m/s 2

平均加速度と瞬間加速度

このセクションでは、平均加速度と瞬間加速度の違いについて説明します。これらは物理学で頻繁に使用される 2 つの異なるタイプの加速度です。

平均加速度は、移動体が経路全体にわたって一定の加速度で移動した場合に移動するであろう加速度です。平均加速度は、速度の変化を経過時間間隔で割ることによって計算されます。

a_m=\cfrac{\Delta v}{\Delta t}=\cfrac{v_f-v_i}{t_f-t_i}

一方、瞬間加速度は特定の瞬間に物体が持つ加速度であるため、物体の瞬間加速度は刻々と変化します。数学的には、瞬間加速度は、時間間隔がゼロに近づくときの平均加速度の限界として定義されます。

\displaystyle \vv{a_i}=\lim_{\Delta t\to 0}\vv{a_m}=\lim_{\Delta t\to 0}\frac{\Delta \vv{v_i}}{\ Delta t}=\frac{d\vv{v_i}}{dt}

加速度の固有成分

次に、加速度の固有成分が何であるか、そしてこれらのベクトル成分のそれぞれの目的が何であるかを見ていきます。

加速度は、接線加速度 ( at ) と法線加速度 ( a c ) の 2 つの固有成分で構成されます。

  • 接線加速度 (または線形加速度) : これは、速度モジュールを変更する加速度のコンポーネントです。接線加速度は、移動体の軌道に接しています。
  • 向心加速度 (または法線加速度) : これは、速度の方向を変更する加速度の成分です。向心加速度は移動体の速度に対して垂直です。
接線加速度と向心加速度

したがって、加速度の振幅は、その固有成分の二乗和の平方根に相当します。

|\vv{a}|=\sqrt{a_t^2+a_c^2}

たとえば、不均一な円運動を記述する物体は、その速度がモジュールと方向を変化させるため、接線方向の加速度と向心方向の加速度の両方を示します。

加速と力強さ

最後に、加速度と力の間にどのような関係があるのかを見ていきます。これらは数学的に関連する 2 つの物理概念であるためです。

物体に加えられる力は、物体の質量にその物体が受ける加速度を乗じたものに等しくなります。

F=m\cdot a

つまり、力と加速度は正比例の関係にあります。したがって、物体の加速度が大きいほど、それに加えられる力も大きくなります。

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