Aceleração na vida real
Você sabia que um jato pode viajar na velocidade do som e não estar acelerando? Embora a velocidade do som seja extremamente rápida, a aceleração ocorre apenas se o jato estiver aumentando ou diminuindo a velocidade. Vamos dar uma olhada em um exemplo rápido para entender a diferença entre velocidade e aceleração.
Quando saio de carro, acelero até atingir minha velocidade máxima. Eu paro de acelerar quando obtenho uma velocidade constante. A lei afirma que posso dirigir a uma velocidade máxima de 65 milhas por hora em uma rodovia em Oregon. A lei não restringe minha aceleração. Se eu pisar no acelerador, poderei atingir 65 milhas por hora em cerca de 7 segundos. Se eu for devagar na minha minivan, levarei cerca de 14 segundos para atingir a mesma velocidade.
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Pisando no acelerador, diminuo o tempo que leva para mudar minha velocidade de 0 para 65 milhas por hora. Em outras palavras, minha aceleração é maior. O tempo todo em que minha velocidade está aumentando de 0 para 65 milhas por hora, estou acelerando. No momento em que chego a 65 milhas por hora e acelero para manter uma velocidade constante, não estou mais acelerando.
Definição de aceleração
Antes de falarmos sobre aceleração, precisamos entender a velocidade , que é a taxa com que um objeto se move de um lugar para outro. Velocidade é uma grandeza vetorial , o que significa que tem uma magnitude, chamada velocidade, e uma direção.
Se eu estivesse em meu carro viajando 30 milhas por hora ao norte, a magnitude da minha velocidade, ou velocidade, seria de 30 milhas por hora, e minha direção seria o norte. Se eu mudasse minha velocidade ou se eu mudasse minha direção, então experimentaria uma mudança em minha velocidade. É aqui que a aceleração entra em jogo.
Aceleração , também uma grandeza vetorial, é a taxa na qual um objeto muda sua velocidade. A maneira mais óbvia de acelerar seria mudar minha velocidade de, digamos, 30 milhas por hora para 40 milhas por hora. No entanto, eu também experimentaria aceleração se mudasse de direção sem mudar minha velocidade, como dirigir em uma curva na estrada a uma velocidade constante de 30 milhas por hora. Em uma grande curva em que minha direção mudasse lentamente, eu experimentaria uma aceleração mais baixa do que se fizesse uma curva fechada, já que minha direção mudaria mais rapidamente. Podemos sentir a diferença na aceleração quando viramos uma esquina em um carro como a sensação de que estamos sendo puxados ou empurrados para um lado ou para o outro.
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Exemplo de aceleração
Considere uma pessoa andando de bicicleta. Digamos que eles partam do repouso e atinjam uma velocidade de 10 metros por segundo por 1 segundo, 15 metros por segundo por 2 segundos e 18 metros por segundo após 3 segundos. Sabemos que a bicicleta acelerou por 3 segundos inteiros desde que a velocidade continuou aumentando, mas a aceleração foi a mesma para cada período de tempo? Para descobrir, precisaremos usar a mudança na velocidade em cada período de tempo para calcular a aceleração média.
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Calculando a aceleração média
Agora que entendemos o conceito de aceleração, a fórmula para calcular a aceleração fará sentido e será mais fácil de lembrar. A aceleração média de um objeto pode ser calculada usando a seguinte equação:
a = (vf - vi) / (tf - ti)
onde, a = aceleração média, vf = velocidade final, vi = velocidade inicial, tf = tempo final e ti = tempo inicial. Em outras palavras, a aceleração é igual à mudança na velocidade dividida pela mudança no tempo. Vamos inserir alguns números de nosso exemplo de bicicleta. Podemos calcular a aceleração média da moto durante o primeiro segundo.
Lembre-se da fórmula para aceleração a = (vf - vi) / (tf - ti)
a = (10 m / s - 0 m / s) / (1 s - 0 s)
a = (10 m / s) / (1 s)
a = 10 (m / s) / s
a = 10 m / ( seg * seg)
a = 10 m / seg ^ 2
Agora, vamos calcular a aceleração média durante o próximo segundo.
a = (15 m / s - 10 m / s) / (2 s - 1 s)
a = (5 m / s) / (1 s)
a = (5 m / s) / s
a = 5 m / ( seg * seg)
a = 5 m / seg ^ 2
E, finalmente, vamos calcular a aceleração média durante o terceiro segundo.
a = (18 m / s - 15 m / s) / (3 s - 2 s)
a = (3 m / s) / (1 s)
a = 3 (m / s) / s
a = 3 m / ( seg * seg)
a = 3 m / seg ^ 2
Como você pode ver, a aceleração foi diferente em cada período de tempo. No primeiro período entre o início e 1 segundo, a aceleração foi a maior e a velocidade mudou mais. No terceiro segundo, nosso ciclista estava ficando cansado e tinha a menor aceleração, resultando na menor mudança na velocidade.
As unidades de aceleração são distância / tempo ^ 2. Por exemplo, m / s ^ 2 ou milhas / hora ^ 2. Visto que a aceleração é a mudança na velocidade ao longo de um período de tempo, as unidades de aceleração podem ser expressas como unidades de velocidade divididas por unidades de tempo; por exemplo, (m / s) / s , que pode ser simplificado para m / s ^ 2 .
Resumo da lição
Para resumir, a aceleração é a taxa na qual um objeto muda sua velocidade. Velocidade é a taxa na qual um objeto se move de um lugar para outro. Simplificando, um objeto acelera se sua velocidade estiver mudando. Tanto a aceleração quanto a velocidade são grandezas vetoriais , pois são totalmente descritas com magnitude e direção. A aceleração média de um objeto pode ser calculada usando a seguinte equação:
a = (vf - vi) / (tf - ti)
onde a = aceleração média, vf = velocidade final, vi = velocidade inicial, tf = tempo final e ti = tempo inicial. As unidades de aceleração são distância / tempo ^ 2; por exemplo, m / s ^ 2.
Resultados de Aprendizagem
Você poderá fazer o seguinte após esta lição:
- Defina aceleração, velocidade e quantidade vetorial
- Explique a diferença entre velocidade e aceleração
- Identifique a fórmula para calcular a aceleração média de um objeto e as unidades de aceleração