Ускорение: как сила меняет скорость

История одной тележки

Мы продолжаем историю тележки из блока «Движение и графики». Теперь спрашиваем не только «как она двигалась?», но и «какие тела изменили её движение?». Каждый новый термин сначала свяжем с наблюдаемой сценой. На опорной карте показаны заданные учебные числа: они не заменяют ваше измерение.

Тележка была неподвижной. После лёгкого толчка она разгоняется: за одинаковые промежутки времени проходит всё большее расстояние. Прежде чем писать формулу, уточним «разгоняется»: её скорость меняется. Она может также замедляться или поворачивать; всё это изменение скорости. Но нашу модель ограничим прямой дорожкой и постоянной равнодействующей.

Что означают слова

Ускорение a — изменение направленной скорости за единицу времени; единица м/с² означает, на сколько м/с меняется скорость за каждую секунду при постоянном ускорении. Второй закон Ньютона для тела постоянной массы: FΣ = ma. Отсюда a = FΣ/m. Сила и ускорение направлены одинаково; скорость может быть направлена иначе. Масса здесь не «сила сопротивления», а мера инертности.

Проверяем числа и границы

Учебная модель: масса тележки 0,5 кг, горизонтальная равнодействующая 2 Н вправо. a = 2 Н / 0,5 кг = 4 м/с² вправо, потому что 1 Н = 1 кг·м/с². Если начальная скорость 0 и ускорение остаётся постоянным, спустя 1 с скорость 4 м/с, спустя 2 с — 8 м/с. Эти числа не описание реальной школьной тележки: сопротивление здесь уже учтено в равнодействующей или пренебрежимо.

Попробуйте сами

Составьте таблицу t = 0, 1, 2 с и v = 0, 4, 8 м/с. Посчитайте разности скоростей за каждый шаг. Если масса станет 1 кг при тех же 2 Н, какое ускорение получится? Не переносите значения скорости в график положения из прошлого блока: там другие учебные данные.

Типичная ловушка

Не складывайте 2 Н и 0,5 кг: единицы несовместимы. И ускорение 4 м/с² — не скорость 4 м/с; это скорость изменения скорости.

Опорная карта

Проверка без подсказки

Закройте расчёт рукой. Назовите тело, к которому приложены силы, их источники и выбранное положительное направление. Потом восстановите арифметику с единицами. Смените одно исходное число и расскажите, какой вывод изменится. Если реального опыта не было, в журнале пишите «учебная модель».

Запись в журнал

Запишите четыре строки: «Что я видел?», «Что было задано?», «Что вычислил?», «Какие условия нужны для такого вывода?». Так вы отделите наблюдение от модели и сможете позже проверить собственную ошибку.

Следующий урок: Трение и сопротивление: куда исчезает толчок