▷ Acceleratie

Dit artikel legt uit wat versnelling is in de natuurkunde. Je zult dus de betekenis van versnelling in de natuurkunde vinden, hoe je de versnelling van een lichaam kunt berekenen, voorbeelden van versnellingen en andere natuurkundige concepten die verband houden met versnelling.

Wat is versnelling?

Versnelling is een grootheid die de variatie in de snelheid van een lichaam per tijdseenheid aangeeft. In de natuurkunde wordt versnelling gedefinieerd als de verhouding tussen de toename van de snelheid en de toename in de tijd.

Versnelling kan het gevolg zijn van zowel een verandering in de grootte van de snelheid als van de richting ervan. Een versnellend lichaam betekent dus dat het sneller beweegt of van richting verandert.

Als de versnelling van een bewegend lichaam bijvoorbeeld 1 m/s ² bedraagt, betekent dit dat het lichaam elke seconde sneller zal bewegen met 1 m/s. Dus als op tijdstip t=5 s zijn snelheid 3 m/s was, zal hij op tijdstip t=6 s een snelheid hebben van 4 m/s.

Houd er rekening mee dat versnelling een vectorgrootheid is, dus in de natuurkunde wordt deze weergegeven door een vector. Dit betekent dat de versnelling een betekenis en een richting heeft:

Als de versnelling dezelfde richting en richting heeft als de snelheid, zal het lichaam steeds sneller gaan.
Als de versnelling dezelfde richting heeft als de snelheid, maar hun richtingen zijn tegengesteld, zal het lichaam langzamer en langzamer gaan totdat het stopt of zelfs achteruit gaat.
Als de versnelling een andere richting heeft dan de snelheid, zal het lichaam van richting veranderen.

Over het algemeen is het symbool voor versnelling in de natuurkunde de letter a.

versnellingsformule

De versnelling is gelijk aan de snelheidsverandering (Δv) gedeeld door de verandering in de tijd (Δt). Daarom moet in de natuurkunde, om de versnelling van een lichaam te berekenen, het verschil tussen de eind- en beginsnelheid worden gedeeld door het verschil tussen het eind- en beginmoment (a = Δv/Δt).

De formule voor het berekenen van de versnelling in de natuurkunde is daarom als volgt:

Goud:

$a$

is de versnelling.
$\Delta v$

is de snelheidstoename.
$\Delta t$

is de temporele variatie.
$v_f$

is de eindsnelheid.
$v_i$

is de beginsnelheid.
$t_f$

is het laatste moment.
$t_i$

is het eerste moment.

Versnelling wordt uitgedrukt in snelheidseenheden gedeeld door tijdseenheden. Daarom is de eenheid van versnelling in het Internationale Systeem (SI) de meter gedeeld door het tweede kwadraat (m/s ² ).

De waarde van de versnelling van een mobiel moet als volgt worden geïnterpreteerd:

a>0 : als de versnelling positief is, betekent dit dat de snelheid met de tijd toeneemt.
a<0 : als de versnelling negatief is, betekent dit dat de snelheid met de tijd afneemt.
a=0 : als de versnelling nul is, betekent dit dat de snelheid constant is in de tijd.

➤ Zie: Snelheidsformule

Acceleratie voorbeelden

Nu we de definitie van versnelling kennen en wat de formule ervan is, laten we eens kijken naar verschillende voorbeelden van versnellingswaarden in het dagelijks leven om het concept beter te begrijpen.

Versnelling van een lift met passagiers: 1 m/s ²
Versnelling van een fietser: 1,7 m/s ²
Versnelling van een racewagen: 8-9 m/s ²
Versnelling door zwaartekracht: 9,81 m/s ²
Remversnelling bij het openen van een parachute: 30 m/s ²
Lanceringsversnelling van ruimtevaartuigen: 40-60 m/s ²
Versnelling van de zuiger van een verbrandingsmotor: 300 m/s ²

Gemiddelde versnelling en onmiddellijke versnelling

In deze sectie zullen we het verschil zien tussen gemiddelde versnelling en ogenblikkelijke versnelling, aangezien het twee verschillende soorten versnellingen zijn die vaak in de natuurkunde worden gebruikt.

De gemiddelde versnelling is de versnelling waarmee een bewegend lichaam zou hebben gereisd als het over het hele traject met een constante versnelling zou zijn bewogen. De gemiddelde versnelling wordt berekend door de snelheidsverandering te delen door het verstreken tijdsinterval.

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

➤ Zie: Opgeloste oefening gemiddelde acceleratie

Aan de andere kant is ogenblikkelijke versnelling de versnelling die een lichaam op een bepaald moment heeft, dus de onmiddellijke versnelling van een lichaam kan op elk moment veranderen. Wiskundig gezien wordt ogenblikkelijke versnelling gedefinieerd als de limiet van de gemiddelde versnelling naarmate het tijdsinterval nul nadert:

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

➤ Zie: Opgeloste oefening over instantane acceleratie

Intrinsieke componenten van versnelling

We zullen dan zien wat de intrinsieke componenten van de versnelling zijn en wat het doel is van elk van deze vectorcomponenten.

Versnelling bestaat uit twee intrinsieke componenten: tangentiële versnelling ( _at ) en normale versnelling ( _ac ).

Tangentiële versnelling (of lineaire versnelling) : dit is de versnellingscomponent die de snelheidsmodule wijzigt. De tangentiële versnelling raakt het traject van de mobiel.
Centripetale versnelling (of normale versnelling) : dit is de versnellingscomponent die de richting van de snelheid verandert. De centripetale versnelling staat loodrecht op de snelheid van het bewegende lichaam.

➤ Zie: Tangentiële versnelling (of lineaire versnelling)
➤ Zie: Centripetale versnelling (of normale versnelling)

tangentiële versnelling en centripetale versnelling

De amplitude van de versnelling is dus gelijk aan de vierkantswortel van de som van de kwadraten van de intrinsieke componenten:

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

Een lichaam dat een niet-uniforme cirkelvormige beweging beschrijft, vertoont bijvoorbeeld zowel tangentiële versnelling als centripetale versnelling, aangezien de snelheid van module en richting verandert.

➤ Zie: Wat is cirkelvormige beweging?

Versnelling en kracht

Ten slotte zullen we zien wat de relatie is tussen versnelling en kracht, aangezien het twee fysieke concepten zijn die wiskundig met elkaar verbonden zijn.

De kracht die op een lichaam wordt uitgeoefend, is gelijk aan de massa van het lichaam, vermenigvuldigd met de versnelling die dat lichaam ervaart.

$F=m\cdot a$

Kortom, kracht en versnelling hebben een direct proportionele relatie. Dus hoe groter de versnelling van een lichaam, hoe groter de kracht die erop wordt uitgeoefend.

Versnelling (natuurkunde)