Ускорение физика в чем измеряется: Ошибка 403 — доступ запрещён

Единица измерения ускорения, теория и онлайн калькуляторы

Единица измерения ускорения, теория и онлайн калькуляторы

Для того чтобы определить в каких единицах измеряется любое ускорение ($\overline{a}$) (среднее или мгновенное, постоянное или переменное) достаточно дать определение среднего ускорения.

Определение

Средним ускорением ($\left\langle a\right\rangle $) в рассматриваемый промежуток времени называют физическую величину, равную отношению изменения скорости ($\Delta v$) к величине промежутка времени ($\Delta t$) за которое это изменение произошло:

\[\left\langle \overline{a}\right\rangle =\frac{\Delta \overline{v}}{\Delta t}\left(1\right).\]

Ускорение – это векторная величина, его направление зависит от характера движения тела (материальной точки).

Единица измерения ускорения в Международной системе единиц

Из определения (1) следует, что ускорение имеет единицу измерения:

\[\left[a\right]=\frac{\left[v\right]}{\left[t\right]}=\frac{м/с}{с}=\frac{м}{с^2}.

2}=108,9\ гал.\]

Ответ. $g’=108,9\ гал$

Читать дальше: единица измерения частоты.

236

проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности

Мы помогли уже 4 396 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!

Ускорение | Физика

Мы выяснили, что движущийся по дороге автомобиль практически все время изменяет свою скорость. Так, если во время движения водитель нажимает на педаль тормоза, скорость автомобиля уменьшается. Если водитель нажимает на педаль газа, скорость автомобиля, наоборот, возрастает. При этом под словом «скорость» мы подразумеваем, как это было отмечено в предыдущем параграфе, мгновенную скорость.

Таким образом, если водитель нажмет на педаль тормоза сильно, скорость автомобиля начнет изменяться быстро, и вскоре он остановится. При слабом нажатии на тормоз скорость автомобиля будет уменьшаться медленно, и до момента остановки, когда скорость автомобиля станет равной нулю, пройдет больше времени (рис. 52). Можно сказать, что изменение скорости при этом происходит с разной быстротой.

Из приведенного примера ясно, что быстрота изменения скорости определяется начальным и конечным значениями скорости и промежутком времени, за который произошло изменение скорости.

Величину, характеризующую быстроту изменения скорости, называют ускорением.

При решении задач о прямолинейном движении тел используют понятие «значение ускорения».

Значением среднего ускорения тела за промежуток времени tк – t0 называют отношение изменения значения скорости тела за данный промежуток времени к длительности этого промежутка.

a_ср = (v_к – v₀) / (t_к – t₀)

Значение среднего ускорения в СИ измеряют в метрах на секунду в квадрате (м/с²), так как скорость измеряют в метрах в секунду, а время – в секундах.

Поясним сказанное на примерах.

Пусть автомобиль в некоторый начальный момент времени t₀ = 0 двигался в положительном направлении оси X, как показано на рис.

53, а, со скоростью, имевшей значение v₀ = 10 м/с. К моменту времени t_к = 2 с значение его скорости увеличилось до v_к = 16 м/с (автомобиль разгонялся), а направление движения осталось неизменным. Поэтому в соответствии с определением значение среднего ускорения автомобиля за эти две секунды

a_ср = (v_к – v₀) / (t_к – t₀) = (16 – 10) / (2 – 0) = 3 (м/с²).

Так как увеличение значения скорости происходило в положительном направлении оси X, то и изменение скорости, а следовательно, и значение среднего ускорения будут положительными.

Значение среднего ускорения a = 3 м/с

2 означает, что за каждую секунду скорость автомобиля увеличивалось в среднем на 3 м/с.

Пусть теперь автомобиль, который в начальный момент двигался в положительном направлении оси X со скоростью, имеющей значение v₀ = 10 м/с, за две секунды уменьшил свою скорость до v_к = 4 м/с (рис. 53, б). Тогда по определению значение среднего ускорения за эти две секунды будет таким же но модулю, как и в первом случае, но противоположным но знаку:

a_ср = (v_к – v₀) / (t_к – t₀) = (4 – 10) / (2 – 0) = -3 (м/с

2).

Так как значение скорости уменьшается (v_к < v₀), то и изменение значения скорости Δv, и значение среднего ускорения получаются отрицательными.

Значение среднего ускорения a = -3 м/с² означает, что за каждую секунду скорость автомобиля уменьшалась в среднем на 3 м/с (автомобиль тормозил).

Поскольку скорость является векторной величиной, то и изменение скорости – тоже вектор. Из рис. 53 следует, что, когда происходит разгон автомобиля, вектор изменения скорости направлен туда же, куда направлен вектор скорости.

Когда скорость автомобиля уменьшается (при торможении), вектор изменения скорости направлен противоположно вектору скорости.

Средним ускорением тела за промежуток времени Δt называют физическую величину, равную отношению изменения скорости этого тела за промежуток времени Δt к длительности этого промежутка.

a_ср = Δv/Δt

Из определения видно, что среднее ускорение является векторной величиной.

Направление среднего ускорения совпадает с направлением вектора изменения скорости за рассматриваемый промежуток времени.

Из определения следует, что среднее ускорение в СИ измеряют в метрах на секунду в квадрате (м/с²), так как скорость измеряют в метрах в секунду, а время – в секундах.

При уменьшении рассматриваемого промежутка времени до достаточно малого мы придем к понятию ускорения в данный момент времени.

Так же как и при определении мгновенной скорости, можно сказать, что

ускорение в данный момент времени t – это среднее ускорение за достаточно малый промежуток времени Δt, который начинается сразу после момента времени t.

Смысл словосочетания «достаточно малый промежуток времени» остается тем же самым, что и в предыдущем параграфе. Под этим промежутком подразумевается настолько малый промежуток времени, что его дальнейшее уменьшение не приводит к заметным изменениям определяемой нами величины (здесь — ускорения!).

Итоги

Величину, характеризующую быстроту изменения скорости, называют ускорением.

В СИ ускорение измеряют в метрах на секунду в квадрате (м/с²).

Значением среднего ускорения тела за промежуток времени Δt = t_к – t₀ называют отношение изменения значения скорости тела за данный промежуток времени к длительности этого промежутка.

a_ср = (v_к – v₀) / (t_к – t₀)

Вопросы

1. Что такое ускорение тела? Приведите примеры движения тела с ускорением.
2. Дайте определение значения среднего ускорения тела. Назовите единицу ускорения в СИ.
3. Какой знак имеет значение ускорения при прямолинейном движении в положительном направлении оси X, если тело: а) разгоняется; б) тормозится? Куда при этом направлен вектор ускорения?

Упражнения

1. Велосипедист, двигаясь в положительном направлении оси X, за 10 с увеличил свою скорость на 20 м/с. Определите значение среднего ускорения велосипедиста за этот промежуток времени.
2. Мотоциклист, приближаясь к повороту, уменьшает модуль своей скорости от 108 до З6 км/ч. Определите значение среднего ускорения мотоциклиста, если он тормозил в течение 5 с. Считайте, что направление движения мотоциклиста совпадает с положительным направлением координатной оси.

ньютоновская механика. Является ли ускорение абсолютным, и если да, то как мы можем его измерить?

Как вы упомянули, когда транспортное средство ускоряется, вы можете физически ощутить величину ускорения.

Вы можете это почувствовать, потому что ваше тело обладает инерцией; сила требуется, чтобы изменить вашу скорость.

В ньютоновской механике сила определяется как то, что вызывает изменение скорости.

Об инерции:
Инерция находится в отдельной категории. Классифицировать инерцию как силу было бы внутренним противоречием. Хотя инерция действует против изменения скорости, инерция не может рассматриваться как противодействующая сила. Если бы инерция была противодействующей силой, то изменение скорости было бы невозможно.

В электромагнетизме есть явление, аналогичное инерции: индуктивность

Представьте цепь с током, в которой проводником тока является сверхпроводник. Кроме того, пусть схема настроена на самоиндукцию.

Будучи сверхпроводником, любой ток в цепи будет продолжаться бесконечно. Когда вы хотите увеличить или уменьшить силу тока, в игру вступает собственная индуктивность цепи. Изменение силы тока вызывает магнитное поле, которое действует против этого изменения силы тока.

Это противодействие не препятствует увеличению/уменьшению силы тока. Вместо этого противопоставление таково, что скорость изменения силы тока находится в какой-то пропорции к приложенной разности напряжений. Чем выше собственная индуктивность, тем сильнее противодействие увеличению/уменьшению силы тока.

Выражение «псевдосила» очень неудобное.
Инерция не псевдо, инерция реальна, и определение инерции как силы является внутренним противоречием.

Имея все вышесказанное, я перехожу к основам работы акселерометра.

Вы находитесь, скажем, в вагоне поезда, и к крыше вагона подвешен груз. Фактически это маятник.

При разгоне тележки вес отстает; инерция.

Все акселерометры в той или иной форме используют описанный выше принцип работы.

Если у вас есть смартфон: современные смартфоны оснащены (крошечными) акселерометрами. Наиболее часто используемый тип технологии называется MEMS.

Установка акселерометра состоит из (крошечного) стержня с датчиком, достаточно чувствительным, чтобы улавливать минутное отставание, когда устройство в целом ускоряется (точно так же, как маятник в вагоне поезда отстает, когда вагон поезда изменяет скорость.)

Полный комплект датчика ускорения состоит из трех акселерометров , расположенных под прямым углом друг к другу. Это называется «трехосное расположение». Показания соответствующих осей измерения объединяются для получения фактического ускорения устройства.

При достаточно точном измерении ускорения в сочетании с достаточно точным определением изменения ориентации можно выполнить ускоренный аналог точного счисления. и при достаточно точной регистрации вы можете вернуться точно к исходной точке. То есть счисление пути позволяет вам построить свое текущее положение относительно начальной точки, чтобы вы могли проложить курс обратно к этой начальной точке.

Инерциальная навигационная система аналогична этому, но с инерциальной навигационной системой вы интегрируете ускорение показаний. (Точнее: показания ускорения в сочетании с отслеживанием изменений ориентации.)

Я выделил время, чтобы подчеркнуть, что инерциальной навигационной системы достаточно, чтобы знать ваше текущее положение относительно некоторой начальной точки, и вы можете проложить курс назад. к той отправной точке.

(Конечно, в реальном мире всегда есть некоторый дрейф измерений. Но это мысленный эксперимент , и в мысленном эксперименте мы всегда можем предположить, что наши измерительные устройства могут быть сделаны настолько точными, что ошибка измерения не является фактором. )

Тот факт, что вы всегда можете проложить курс обратно к исходной точке, показывает, что ускорение абсолютное .

Теперь, конечно: когда вы находитесь в какой-то начальной точке, готовые начать путешествие, ваше измерение ускорения не говорит вам, где находится ваша начальная точка относительно других объектов в большом мире. Инерция везде одинакова, поэтому инерция не дает вам никакой информации о вашем положении.

Дело в том, что как только вы начнете движение, вы всегда сможете определить свое текущее положение относительно вашей начальной точки.

Инерция одинакова везде и во всех направлениях. Та самая однородность позволяет использовать инерцию в качестве глобальной ссылки .

И наоборот, представьте вселенную, в которой инерция случайным образом колеблется от места к месту и от ориентации к ориентации. Тогда нет единообразия, следовательно, нет ссылки.

Итак:
Если инерция везде одинакова, то ускорение (измеряемое акселерометром) абсолютно.

Лучший способ измерения ускорения

Иллюстрация оптомеханического акселерометра, который использует свет для измерения ускорения. Устройство NIST состоит из двух кремниевых чипов, из которых инфракрасный лазерный луч входит в нижний чип, а выходит в верхний. Верхний чип содержит контрольную массу, подвешенную на кремниевых балках, что позволяет массе свободно перемещаться вверх и вниз в ответ на ускорение. Зеркальное покрытие на пробной массе и полусферическое зеркало, прикрепленное к нижнему чипу, образуют оптический резонатор. Длина волны инфракрасного света выбирается таким образом, чтобы она почти соответствовала резонансной длине волны резонатора, что позволяет свету нарастать по интенсивности, когда он много раз отскакивает назад и вперед между двумя зеркальными поверхностями, прежде чем выйти. Когда устройство испытывает ускорение, пробная масса перемещается, изменяя длину полости и сдвигая резонансную длину волны. Это изменяет интенсивность отраженного света. Оптическое считывание преобразует изменение интенсивности в измерение ускорения. Кредит: Ф. Чжоу/NIST

Вы едете на максимальной скорости по двухполосной дороге, когда справа от вас вылетает автомобиль. Вы ударяете по тормозам, и через долю секунды после удара срабатывает подушка безопасности, спасая вас от серьезных травм или даже смерти.

Подушка безопасности срабатывает благодаря акселерометру — датчику, обнаруживающему внезапные изменения скорости. Акселерометры удерживают ракеты и самолеты на правильной траектории полета, обеспечивают навигацию для беспилотных автомобилей и поворачивают изображения так, чтобы они оставались правильной стороной на мобильных телефонах и планшетах, среди других важных задач.

Удовлетворяя растущую потребность в точном измерении ускорения в небольших навигационных системах и других устройствах, исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали акселерометр толщиной всего один миллиметр, который использует лазерный свет вместо механического напряжения для получения сигнала.

.

Хотя некоторые другие акселерометры также используют свет, конструкция прибора NIST упрощает процесс измерения и обеспечивает более высокую точность. Он также работает в более широком диапазоне частот и прошел более строгие испытания, чем аналогичные устройства.

Мало того, что устройство NIST, известное как оптомеханический акселерометр, намного точнее лучших коммерческих акселерометров, оно не требует длительной периодической калибровки. Фактически, поскольку прибор использует лазерный свет известной частоты для измерения ускорения, он может в конечном итоге служить портативным эталоном для калибровки других акселерометров, представленных сейчас на рынке, что сделает их более точными.

Акселерометр также может улучшить инерциальную навигацию в таких важных системах, как военные самолеты, спутники и подводные лодки, особенно когда сигнал GPS недоступен. Исследователи NIST Джейсон Горман, Томас Лебрун, Дэвид Лонг и их коллеги описывают свою работу в журнале Оптика .

Исследование является частью NIST on a Chip, программы, которая предоставляет передовые научные технологии и опыт института непосредственно пользователям в сфере торговли, медицины, обороны и научных кругов.

Акселерометры, в том числе новое устройство NIST, регистрируют изменения скорости, отслеживая положение свободно движущейся массы, называемой «пробной массой», относительно фиксированной контрольной точки внутри устройства. Расстояние между контрольной массой и контрольной точкой изменяется только в том случае, если акселерометр замедляется, ускоряется или меняет направление. То же самое верно, если вы пассажир в машине. Если автомобиль находится в состоянии покоя или движется с постоянной скоростью, расстояние между вами и приборной панелью остается прежним. Но если машина резко тормозит, вас отбрасывает вперед и расстояние между вами и приборной панелью уменьшается.

Движение контрольной массы создает обнаруживаемый сигнал. Акселерометр, разработанный исследователями Национального института стандартов и технологий, использует инфракрасный свет для измерения изменения расстояния между двумя сильно отражающими поверхностями, ограничивающими небольшую область пустого пространства. Контрольная масса, подвешенная на гибких балках толщиной в одну пятую человеческого волоса, так что она может свободно двигаться, поддерживает одну из зеркальных поверхностей. Другая отражающая поверхность, которая служит фиксированной точкой отсчета акселерометра, состоит из неподвижного вогнутого зеркала, изготовленного из микрофибры.

Вместе две отражающие поверхности и пустое пространство между ними образуют полость, в которой инфракрасный свет нужной длины волны может резонировать или отражаться между зеркалами, увеличивая интенсивность. Эта длина волны определяется расстоянием между двумя зеркалами, так же как высота звука щипковой гитары зависит от расстояния между ладом инструмента и подставкой. Если пробная масса движется в ответ на ускорение, изменяя расстояние между зеркалами, резонансная длина волны также изменяется.

Для отслеживания изменений резонансной длины волны резонатора с высокой чувствительностью к резонатору привязывается стабильный одночастотный лазер. Как описано в недавней публикации Optics Letters , исследователи также использовали гребенку оптических частот — устройство, которое можно использовать в качестве линейки для измерения длины волны света — для измерения длины резонатора с высокой точностью. Отметки на линейке (зубья гребенки) можно представить как серию лазеров с одинаково разнесенными длинами волн. Когда контрольная масса перемещается в период ускорения, укорачивая или удлиняя полость, интенсивность отраженного света изменяется по мере того, как длины волн, связанные с зубьями гребенки, входят в резонанс с полостью и выходят из нее.

Точное преобразование смещения контрольной массы в ускорение является важным шагом, который был проблематичным в большинстве существующих оптомеханических акселерометров. Тем не менее, новый дизайн команды гарантирует, что динамическая взаимосвязь между смещением контрольной массы и ускорением проста и легко моделируется с помощью первых принципов физики. Короче говоря, контрольная масса и опорные балки сконструированы таким образом, что они ведут себя как простая пружина или гармонический осциллятор, вибрирующий с одной частотой в рабочем диапазоне акселерометра.

Этот простой динамический отклик позволил ученым добиться низкой погрешности измерения в широком диапазоне частот ускорения — от 1 до 20 кГц — без необходимости калибровать устройство. Эта функция уникальна, поскольку все коммерческие акселерометры необходимо калибровать, что отнимает много времени и средств. С момента публикации своего исследования в Optica исследователи внесли несколько улучшений, которые должны снизить погрешность их устройства почти до 1%.

Оптомеханический акселерометр, способный обнаруживать смещения контрольной массы, составляющие менее одной стотысячной диаметра атома водорода, обнаруживает крошечные ускорения, составляющие 32 миллиардных g, где g — ускорение, вызванное гравитацией Земли. Это более высокая чувствительность, чем у всех имеющихся сейчас на рынке акселерометров аналогичного размера и полосы пропускания.

После дальнейших усовершенствований оптико-механический акселерометр NIST можно будет использовать в качестве портативного высокоточного эталонного устройства для калибровки других акселерометров без необходимости их доставки в лабораторию.