§1.3 加速度
一 平均加速度和瞬时加速度
1 平均加速度
定义: 设t时刻质点位于P1点,速度为v1,t+Δt时刻质点位于P2点,速度为v2,于是质点在Δt时间内速度增量为ΔV= V2-V1,我们把速度的增量ΔV与其所经历的时间Δt之比,成为质点在这段时间内的平均加速度。表以
2 瞬时加速度
定义: 平均加速度的极限矢量称为质点在t时刻的瞬时加速度,简称加速度。
即加速度是速度的一阶微分。
单位:SI制 m/s2
3 直角坐标系中加速度的分量表示式
平均加速度
瞬时加速度
加速度在三个坐标轴上的分量分别为
加速度的大小
注意:加速度的大小并不等于速率的时间变化率,后者等于
二 法向加速度和切向加速度
对于曲线运动,常用自然坐标系。以圆周运动为例引入切向加速度和法向加速度。
例:匀速圆周运动法向加速度
(1)加速度的大小V1
若以A为起点作出 v1,v2 ,则 v1,v2 和Δv=v1,-v2 组成一个等腰三角形。
当Δt-0时,弧AB趋近于弦AB,而
(2)加速度的方向
t时刻,质点在A点,其速度矢量v1=AD,
t+Δt时刻,质点在B点,其速度矢量v2移到A点,v2=AF
则:Δv=DF
可见,匀速圆周运动的v大小不变,v的方向随时间时刻变化;Δv也是一个矢量,具有大小和方向,且随t和t+Δt而改变。
∵ AD=AF
∴ ⊿ADF是等腰三角形,Δv是底边,与顶角的角平分线垂直,即Δv的方向指向圆心一边。
又:
当Δt-0时,∠DAF=Δθ也趋于零,Δθ的角平分线趋于A点的切线,DF的方向趋近于A点的半径指向圆心,因而称
为向心加速度或法向加速度。
结论:匀速圆周运动中,速度的数值恒定不变,只是方向变化,因而“法向加速度描述速度矢量方向的变化”。
例:变速圆周运动的加速度
DF和FE。DF段与前
相同,描述速度矢量方向的变化;另一个FE的方向与v2相同,数值等于
描述Δt时间内速度矢量数值变化。
则:
的方向:
当Δt-0时,B点趋于A点,v2的方向趋于的方向,因而FE的方向趋于A点的切线,则表示的是t时刻加速度矢量在切线是的分矢量,是因速度大小变化所引起的加速度,沿切线方向,称为切向加速度。
加速度的大小
(2)切向加速度描述速度大小变化快慢
问题讨论:
分析抛体运动的加速度。
当为正时,切向加速度沿速度方向,指向凹侧前方,
当为负正时,切向加速度沿速度反方向,指向凹侧后方。
加速度的方向恒指向曲线凹的一侧。
若恒为零,质点作直线运动;若不恒为零,质点作曲线运动;若恒为零,质点作匀速率运动;若不恒为零,质点作变速率运动;