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词条 加速度
释义 jiasudu
加速度(卷名:物理学)
acceleration

  描述动点的速度的大小和方向随时间变化的物理量,它是一个矢量,用a表示。
  点在直线运动中的加速度  若点的运动轨迹为一直线,位移、速度和加速度只有正负两个方向,可用无方向的标量sva 表示。取Ox 轴与此直线重合(图1)。设在某一时刻t,点在轨迹上的位置为M,相应的坐标为x,速度为v。x和v都是时间t的函数。又设点在时刻t′的速度为v′,于是

表示点的速度在 Δt时间内的平均变化率。当 Δt→0时,am的极限a表示点在时刻t的速度变化率,称为点的加速度

图1 图2  点在曲线运动中的加速度  若在直角坐标系Oxyz中,点的轨迹是一条空间曲线,则在任一时刻t,点在轨迹上的位置矢量r,可用矢量方程rr(t)表示。设在时刻tt′,点在轨迹上的位置(图2)分别为M和M′,相应的速度矢量为vv′。

表示在 Δt时间内,点的速度的平均变化率,当Δt→0时,am的极限a表示点在时刻t的速度变化率,称为点的加速度。因此

即点的加速度矢量a是点的速度矢量v对时间的一阶导数,也是点的矢径r对时间的二阶导数。轨迹曲线上的任一点有一个密切面和法平面。时刻t点的加速度a在轨迹曲线上M点的密切面内,并指向轨迹凹的一侧。设点M的直角坐标为x、yz,速度v和加速度a在各直角坐标轴上的投影分别为vxvyvzaxayaz,则由定义有

即加速度a在各坐标轴上的投影等于速度v的相应投影对时间的一阶导数,也等于点的相应坐标对时间的二阶导数。加速度a的大小为而它的方向由矢量a与各坐标轴间夹角的方向余弦决定,即由cos(ai)=ax/a,cos(aj)=ay/a,cos(ak)=az/a决定,ijk分别为x、yz轴上的单位矢量。
  切向加速度  加速度a沿轨迹切线方向的分量,用aτ表示(图3)。aτ= 表示轨迹上M点的切线方向的单位矢量,v为速度v在切线方向投影的大小, s为M点的弧坐标。
  令

于是,点的切向加速度等于速度v的大小对时间的一阶导数,或等于点的弧坐标对时间的二阶导数。切向加速度表示速度矢量的大小对时间的变化率。当dv/dtv同号时,点作加速运动,反之,点作减速运动。
图3  法向加速度  加速度a沿轨迹主法线方向的分量,用an表示。n表示轨迹上M点的主法线方向的单位矢量,ρ为M点处轨迹曲线的曲率半径。令an=v2/ρ,则点的加速度在主法线n上的投影等于速度的二次方除以轨迹曲线在该点处的曲率半径。分量an总指向轨迹曲线向凹的一边,即指向曲率中心,它反映了速度矢量的方向随时间的变化率。由此可见,加速度a可以分解为切向加速度aτ和法向加速度an(图3),即

于是,加速度a的大小其方向可由a对于切线方向 和主法线方向n 的夹角的方向余弦决定,即由cos(a)=aτ/a,cos(an)=an/a决定。
  点在复合运动中的加速度  相对加速度  设点相对于参照系Oxyz运动,而另一个参照系Oxyz′又相对于Oxyz运动,则称Oxyz为静止参照系,而Oxyz′称为运动参照系(图4)。
图4  点在相对运动(见速度)中的加速度用ar表示,即

式中表示相对速度,r′表示某一时刻t点M相对于Oxyz′的矢径。微分符号上的~号表示求导数时认为运动参照系是不动的。
  牵连加速度  设点固连在运动参照系中,随此参照系运动而具有的加速度用ae表示

式中包括两个分量:是平动牵连加速度,它表示运动参照系Oxyz′作随坐标原点O′平动时点M所具有的加速度。为平动速度,即运动参照系Oxyz′的坐标原点O′的速度,r表示O′点对静止参照系 Oxyz的矢径。表示运动参照系Oxyz′在瞬时t的瞬时角速度矢量,是转动牵连加速度,它表示运动参照系Oxyz′作为刚体绕O′点运动时,点所具有的加速度。
  科里奥利加速度  由于点的相对运动和运动参照系的牵连运动(见速度)相互影响而引起的附加加速度,用aσ表示
aσ=2ω ×vr
  例如,由于地球绕地轴转动,地面上的物体相对地球运动时只要其相对速度的方向不和地轴平行,此物体就具有科里奥利加速度。沿地球经线或沿纬线运动的物体都有科里奥利加速度aσ(图5)。在大气和河流的运动中都要考虑到它。由于地球自转角度很小,在一般工程问题中,可以不考虑此加速度。
图5  加速度的合成  点在作复合运动中的加速度a即绝对加速度,等于相对加速度ar,牵连加速度ae以及科里奥利加速度aσ的矢量和,即
aar+ae+aσ
这就是加速度合成定理,又称科里奥利定理。如运动参照系仅作平动,则科里奥利加速度为零,此时加速度合成定理为
aar+ae
  加速度的量纲为LT-2,它的SI单位为m/s2
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更新时间:2024/7/1 3:34:53