Determinación de la aceleración de un objeto
¿Qué es la aceleración?
Galileo Galilei es un tipo bastante importante en el mundo de la física. Por ejemplo, descubrió el concepto de inercia , que es la tendencia de un objeto a resistir el cambio en su estado de movimiento. También describió la velocidad y la velocidad , que es la velocidad y la dirección de un objeto. Estos conceptos nos parecen simples hoy en día, pero durante la época de Galileo, estas ideas eran bastante novedosas.
Una de las razones por las que Galileo tuvo tanto éxito como científico fue el uso diligente de los experimentos. Probar hipótesis e ideas le permitió respaldar sus resultados y conclusiones con algo más que lógica y razonamiento. De hecho, podía mostrar cómo funcionaban las cosas en nuestro mundo físico.
Además de sus experimentos de velocidad, Galileo también observó el movimiento de objetos en planos inclinados. Lo que encontró fue que una pelota que rodaba por una pendiente rodaba cada vez más rápido a medida que avanzaba. Esto significó que la velocidad de la pelota cambió porque la velocidad de la pelota estaba cambiando. Pero lo que también encontró fue que la pelota ganó la misma cantidad de velocidad en intervalos de tiempo iguales: en cada segundo que la pelota rodaba, la velocidad aumentaba en la misma cantidad.
Esta tasa de cambio de velocidad se llama aceleración . Al igual que la velocidad es el cambio de distancia durante un período de tiempo, la aceleración es el cambio de velocidad a lo largo del tiempo. La aceleración puede describir tanto un aumento como una disminución de la velocidad de un objeto.
Cuando pisa el acelerador en su automóvil (¡también conocido como el acelerador!), Su automóvil acelera, usted cambia su velocidad. Pero cuando pones el pie en el freno y bajas la velocidad del auto, también estás cambiando la velocidad y por lo tanto la aceleración. Sin embargo, aunque ambos son aceleración, a menudo usamos el término desaceleración para describir una disminución en la velocidad de un objeto.
También puede cambiar la aceleración del automóvil girando el volante. Dado que la velocidad incluye la dirección, y girar su automóvil cambia su dirección, está cambiando la velocidad del automóvil incluso si no cambia la velocidad. Dado que la aceleración es un cambio en la velocidad, el cambio de dirección significa que el automóvil está acelerando. ¡Entonces la aceleración puede ser un cambio de velocidad, dirección o ambos! Pero recuerde, aceleración cero no significa velocidad cero. Simplemente significa que el objeto mantendrá su velocidad, no se acelera, desacelera ni cambia de dirección.
Calcular la aceleración
Determinar la aceleración de un objeto es bastante sencillo. Ya sabes que la aceleración es un cambio en la velocidad a lo largo del tiempo, y podemos representar estas palabras con una ecuación: a = Δ V / Δ t (la letra griega Δ significa ‘cambio en’). Aquí, a es la aceleración, V es la velocidad y t es el tiempo. Todo lo que tienes que hacer ahora es conectar tus valores y hacer los cálculos.
Pasemos al plano inclinado de Galileo para ver cómo funciona. Si Galileo coloca una pelota en la parte superior de la rampa y la suelta, la pelota comenzará a rodar hacia abajo y su velocidad aumentará. En el primer segundo, la pelota pasa de 0 metros por segundo (m / s) a 2 m / s. En ese segundo segundo de rodamiento, la pelota pasa de 2 m / sa 4 m / s. Si continúa en este aumento constante, el cambio en la velocidad de la pelota es de 2 m / s por segundo.
Inserte eso en nuestra ecuación de aceleración y obtenemos: a = (2 m / s) / (1 s). Una vez que hacemos los cálculos, encontramos que nuestra aceleración es de 2 m / s * s. Las unidades de tiempo no se cancelan porque hay tiempo en la velocidad (distancia en el tiempo) y en el tiempo de la aceleración. Entonces, nuestra respuesta final se ve así: a = 2 m / s 2 .
Veamos otro ejemplo. Digamos que está conduciendo, y en un segundo aumenta constantemente su velocidad de 25 kilómetros por hora a 50 kilómetros por hora. En el siguiente segundo, aumenta su velocidad de 50 km / ha 75 km / h. Si mantuvo este aumento constante, puede ver que su velocidad cambia en 25 km / h cada segundo.
Para usar esto en nuestra ecuación, tendríamos: a = (25 km / h) / (1 s). Cuando resolvemos esto, obtenemos 25 km / h * s. Como hay 3600 segundos en una hora, podemos convertir las unidades de tiempo para que sean iguales: 25 km / (3600s * s) = 0.0069 km / s 2 . Lo que esto significa es que su velocidad está cambiando en 0.0069 km / s por segundo; en cada segundo, su velocidad cambia en esa cantidad.
Caida libre
Los objetos que caen (así como los que viajan hacia arriba desde el suelo) también tienen aceleración porque experimentan un cambio en la velocidad, al igual que las bolas que ruedan por la rampa en los experimentos de Galileo.
Lo interesante de los objetos que caen es que todos tienen la misma aceleración cuando la resistencia del aire no afecta el movimiento del objeto, también conocido como caída libre . La tasa de cambio en la velocidad de caída libre es 9,8 m / s 2 , lo que significa que el objeto gana velocidad a medida que cae a una tasa de 9,8 m / s por segundo.
Entonces, si deja caer una manzana por un acantilado, siempre que la resistencia del aire no afecte el movimiento de la manzana, se acelerará a 9,8 m / s 2 a medida que cae. Deja caer una roca del mismo acantilado y, siempre que la resistencia del aire no afecte su caída, ¡también acelerará a 9,8 m / s 2 ! Recuerde, esta no es la velocidad a la que cae el objeto, es la velocidad a la que cambia esa velocidad durante la caída.
¿Y qué hay de los objetos que viajan hacia arriba desde el suelo? Si arrojas esa manzana hacia arriba en lugar de dejarla caer, tiene sentido que la manzana pierda velocidad en lugar de ganarla. Pero, ¿cuál crees que es la desaceleración de esa manzana después de que deja tu mano? 9,8 m / s 2 ! Y una vez que comience a bajar nuevamente, aumentará su velocidad al mismo ritmo (despreciando la resistencia del aire). Entonces, el cambio en la velocidad es el mismo, ¡ya sea que se mueva hacia arriba o hacia abajo!
Resumen de la lección
Las ideas que ahora nos parecen comunes fueron alguna vez nuevos descubrimientos. Nadie puede saber esto mejor que Galileo, quien descubrió muchos de los conceptos que ahora damos por sentado en nuestra vida cotidiana.
A través de la experimentación, Galileo descubrió la aceleración , que es la tasa de cambio de velocidad. Debido a que la velocidad tiene velocidad y dirección, la aceleración es un cambio en la velocidad, la dirección o ambas. Cualquier objeto en movimiento puede tener aceleración, ya sea acelerando, desacelerando, girando en círculo, cayendo de un acantilado o siendo lanzado al aire.
Calculamos la aceleración por el cambio de velocidad sobre el cambio de tiempo. La letra griega delta (Δ) se usa para expresar ‘cambio en’, por lo que podemos escribir una ecuación para la aceleración como a = Δ V / Δ t , donde a es la aceleración, V es la velocidad y t es el tiempo. La unidad de tiempo entra en la ecuación dos veces: una para la velocidad y otra para el tiempo, por lo que nuestras unidades finales para la aceleración de un objeto serán la distancia / tiempo 2 , como m / s 2 .
Curiosamente, cuando la resistencia del aire no es un factor, todos los objetos que caen se aceleran a la misma velocidad: 9,8 m / s 2 . Cuando los objetos caen, aumentan su velocidad en 9,8 metros por segundo cada segundo, pero lo más sorprendente es que cuando son lanzados al aire, disminuyen su velocidad en la misma cantidad.
Los resultados del aprendizaje
Complete esta lección en video y podrá:
- Detallar los conceptos clave de inercia, velocidad, aceleración y desaceleración.
- Enuncie las ecuaciones de aceleración y caída libre.
- Calcular la aceleración de un objeto
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