Кіріспе
Физикадағы жылдамдық өзгеру деңгейі – механикадағы үдеу
acceleration in physics
Механикада үдеу – уақытқа қатысты дененің жылдамдығының өзгеру деңгейі. Үдеу – қозғалысты зерттейтін кинематиканың бірнеше құрауының бірі. Үдеулер – векторлық шамалар (олардың шамасы және бағыты болады). Дененің үдеуінің бағыты сол дененің үстіне әсер ететін таза күштің бағытымен анықталады. Ньютонның екінші заңымен сипатталған дененің үдеуінің шамасы екі себептің біріктірілген әсері болып табылады:
сол дененің үстіне әсер ететін барлық сыртқы күштердің таза тепе-теңдігі – шамасы осы таза нәтижелі күшке тікелей пропорционал;
сол дененің массасы, ол жасалған материалдарға байланысты – шамасы дененің массасына кері пропорционал. Үдеудің СИ бірлігі – секундқа метр квадрат (м⋅с−2, ). Мысалы, көлік тоқтап тұрғаннан (инерциялық есептеу жүйесінде нөлдік жылдамдықпен) басталып, жылдамдығын арттыра отырып түзу сызықта қозғалғанда, ол қозғалыс бағытында үдеуге ие болады. Егер көлік бұрылса, жаңа бағытқа қарай үдеу пайда болады және оның қозғалыс векторы өзгереді. Көліктің қазіргі қозғалыс бағытындағы үдеуі сызықтық (немесе дөңгелек қозғалыс кезінде тангенциалдық) үдеу деп аталады, оған реакция борттағы жолаушылар оларды орындықтарына итермелейтін күш ретінде сезінеді. Бағытты өзгерткенде әсер ететін үдеу радиалды (немесе дөңгелек қозғалыс кезінде центрипетальді) үдеу деп аталады, бұл реакция жолаушылар центрифугалық күш ретінде сезінеді. Егер көліктің жылдамдығы төмендесе, бұл жылдамдық векторының қарама-қарсы бағытындағы үдеу (математикалық тұрғыдан теріс, егер қозғалыс бір өлшемді болса және жылдамдық оң болса), кейде баяулау немесе тежелу деп аталады, ал жолаушылар оларды алға итермелейтін инерциялық күш ретінде баяулауға реакцияны сезінеді. Мұндай теріс үдеулер көбінесе ғарыш кемелерінде ретроракеталардың жұмыс істеуі арқылы қол жеткізіледі. Үдеу де, баяулау да жылдамдықтың өзгеруі болғандықтан, бірдей қарастырылады. Осы үдеулердің әрқайсысын (тангенциалдық, радиалдық, баяулау) жолаушылар олардың салыстырмалы (дифференциалдық) жылдамдығы жылдамдық өзгеруіне байланысты бейтараптандырылғанға дейін сезінеді.
the net balance of all external forces acting onto that object — magnitude is directly proportional to this net resulting force;
that object's mass, depending on the materials out of which it is made — magnitude is inversely proportional to the object's mass. The SI unit for acceleration is metre per second squared (m⋅s−2, ). For example, when a vehicle starts from a standstill (zero velocity, in an inertial frame of reference) and travels in a straight line at increasing speeds, it is accelerating in the direction of travel. If the vehicle turns, an acceleration occurs toward the new direction and changes its motion vector. The acceleration of the vehicle in its current direction of motion is called a linear (or tangential during circular motions) acceleration, the reaction to which the passengers on board experience as a force pushing them back into their seats. When changing direction, the effecting acceleration is called radial (or centripetal during circular motions) acceleration, the reaction to which the passengers experience as a centrifugal force. If the speed of the vehicle decreases, this is an acceleration in the opposite direction of the velocity vector (mathematically a negative, if the movement is unidimensional and the velocity is positive), sometimes called deceleration or retardation, and passengers experience the reaction to deceleration as an inertial force pushing them forward. Such negative accelerations are often achieved by retrorocket burning in spacecraft. Both acceleration and deceleration are treated the same, as they are both changes in velocity. Each of these accelerations (tangential, radial, deceleration) is felt by passengers until their relative (differential) velocity are neutralized in reference to the acceleration due to change in speed.
Орташа жылдамдық
Бір уақыт аралығында дененің орташа үдеуі – оның жылдамдық өзгеруінің, , сол аралықтың ұзақтығына бөлінуімен анықталады. Математикалық тұрғыдан алғанда,
Бірліктер
Жылдамданудың өлшемдері жылдамдық (L/T) уақытқа бөлінуінен шығады, яғни L T−2. Жылдамданудың СИ бірлігі – секундқа метр квадрат (м/с²); немесе "метр секундтан секундқа", себебі жылдамдық, секундына метрмен өлшенгенде, әр секунд сайын жылдамдану шамасына тең өзгереді.
Басқа нысандар
Дөңгелек қозғалыста қозғалатын объект, мысалы, Жерді айналатын спутник, қозғалыс бағытының өзгеруіне байланысты үдеуге ие болады, тіпті оның жылдамдығы тұрақты болса да. Мұндай жағдайда ол центрипеттік (орталыққа қарай бағытталған) үдеуге ұшырайды деп айтылады. Дұрыс үдеу, яғни еркін түсу жағдайына қатысты дененің үдеуі, акселерометр деп аталатын құралмен өлшенеді. Классикалық механикада, тұрақты массасы бар дене үшін, дененің массалық орталығының (векторлық) үдеуі, оған әсер ететін күштердің векторлық қосындысына (яғни барлық күштердің жиынтығына) пропорционалды (Ньютонның екінші заңы):
мұнда 'F' – денеге әсер ететін күштердің векторлық қосындысы, m – дененің массасы, ал 'a' – массалық орталықтың үдеуі. Жылдамдық жарық жылдамдығына жақындағанда, релятивистік эффектілер күшейе түседі.
Координаттық жүйелер
Көп өлшемді Картезиандық координаттар жүйесінде үдеу координаттар жүйесінің әрбір өлшемді осьтеріне сәйкес келетін компоненттерге бөлінеді. Екі өлшемді жүйеде, x және y осьтері бар болса, тиісті үдеу компоненттері келесідей анықталады: Екі өлшемді үдеу векторы келесідей анықталады: Бұл вектордың шамасы қашықтық формуласымен есептеледі: Үш өлшемді жүйелерде, қосымша z осьі бар болса, тиісті үдеу компоненті келесідей анықталады: Үш өлшемді үдеу векторы келесідей анықталады: оның шамасы арқылы анықталады.
Арнайы салыстырмалылық теориясы
Арнайы салыстырмалылық теориясы - вакуумдағы жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалатын денелердің басқа денелерге қатысты қозғалысын сипаттайды. Ньютон механикасы - төмен жылдамдықтарда жоғары дәлдікпен шындыққа жуық жақындық екені анықталды. Қозғалыс жылдамдығы жарық жылдамдығына жақындаған сайын, үдеу классикалық теңдеулерге бағынбайды. Жылдамдық жарық жылдамдығына жақындағанда, белгілі бір күштің тудырған үдеуі азаяды, жарық жылдамдығына жақындағанда шексіз кішкентай болады; массасы бар дене осы жылдамдыққа асимптотикалық түрде жақындаса да, оған ешқашан жете алмайды.
Жалпы салыстырмалылық теориясы
Егер дененің қозғалыс күйі белгілі болмаса, байқалатын күштің гравитациядан немесе үдеуден екенін ажырату мүмкін емес – гравитация мен инерциялық үдеудің әсері бірдей. Альберт Эйнштейн мұны теңдестік принципі деп атады және күштің күшін, гравитация күшін қоса алғанда, сезінбеген бақылаушылар ғана өздері үдемейді деген қорытындыға келуге құқылы екенін айтты.