定义
在直线运动中,把加速度的大小和方向都不改变的运动(加速度与速度方向相同时时),称之为匀加速直线运动。
加速度
物体在运动过程中,其速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值称为加速度(用a表示,单位M/S^2;读作米每二次方秒),它的意义是表示质点速度变化的快慢的物理量,属于矢量,既有大小也有方向。注意:加速度虽然表示的是物体运动速度变化量与发生这一变化所用的时间的比值,但他并不是由物体的速度和时间来决定,而是由物体的质量和物体所受的外力来决定,加速度等于物体所受外力与物体质量的比值,即a=F/m。
匀变速直线运动
加速度是一个矢量有大小有方向,假设一物体沿某一方向做初速度为V的运动,若在运动的过程中加速度方向与初速度方向相同且数值为大于0的常量,则称这一物体在做匀加速直线运动。若加速度方向与初速度方向相反且数值为大于0的常量,则称这一物体做匀减速直线运动(注意做匀减速运动的物体若加速度一直保持不变,则在某一时间点会变为静止,然后沿相反方向做初速度为0的匀加速直线运动)。若在运动过程中,加速度恒为0,则这一物体做匀速直线运动。可以说匀速直线运动是匀加速直线运动的特殊情况。
匀加速直线运动的条件
物体做匀加速运动分为2种情况:
1、物体开始处于静止状态,且所受的合外力大小不变,方向不变则物体沿着合力方向做初速度为0的匀加速直线运动;
2、物体开始沿着某一方向做初速度为V的运动,且所受合力大小不变,方向与物体运动方向相同,则物体做初速度为V的匀加速直线运动。(注意若物体所受外力方向与物体初速度方向相反且大小不变的话,物体开始做匀减速运动直到静止后沿着合力方向做初速度为0的匀加速运动)。
研究
目的和要求
了解磁控电子秒表的工作过程,会运用它配合轨道小车进行一些简单的力学实验。
仪器和器材
斜面小车(J2108型),重物,磁控电子秒表(包括两个磁控开关和一个液晶显示电子秒表,计时精度为0.01秒),小永磁体4个,刻度尺。
实验方法
(1)物体做匀加速直线运动的判定
确认小车在平板上做匀速直线运动后,将一小砝码放入砝码盘中。小车上固定一个磁铁。第一个磁控开关置于小车起始运动的位置(此位置应保持不变,一般应远离滑轮,以保证小车有足够的运动范围),第二个磁控开关置于平板中央。小车一开始运动就作用于第一个磁控开关,使秒表开始记时,经过第二个磁控开关,秒表停止计时,并显示小车从静止运动到第二个磁控开关的时间t1,量出两磁控开关之间的距离S1。
改变第二个磁控开关的位置,重复上述实验(注意保持小车开始运动的位置和第一个磁控开关位置始终不变),得出相应的t2、S2、t3、S3、……。
比较S1/t12、S2/t22、S3/t23、……,如在实验误差范围内相等,则小车做初速为零的匀加速直线运动。
(2)物体加速度的确定
①由Sy-Sx=(y-x)aT²,求出相应的加速度值再取它们的平均值即得小车在整个运动过程中的加速度值。
②在S-t2坐标系中,描出(),(),()……各点,通过这些点作一条直线(不在直线上的点应均匀分布在直线两旁),该直线应通过原点(0,0)。量出直线与横轴的夹角,则小车的运动加速度为。
选自:《高中物理学生实验》
相关公式
基本公式:
速度公式:V=V0+at
位移公式:s=V0t+1/2at^2
推论:
速度位移公式:Vt^2-V0^2=2aS
时间中点的速度:v=(v1+v2)/2
位移中点的速度:v=(2v1v2)/(v1+v2)=√((v0^2+vt^2)/2)v1v2分别为前一段位移速度和后一段位移速度
v0vt分别为初速度和末速度
Δx=aT^2(应用:打点计时器等中)
1、在T,2T,3T……nT时间末,瞬时速度比1:2:3:……:n
已知a且不变(匀加速运动)Vt=at
Vt1:Vt2:Vt3:……:Vtn=a*t1:a*t2:a*t3:……:a*tn=t1:t2:t3:……tn=1:2:3:……:n
2、在T,2T,3T……nT时间内,位移的比=1:4:9:……:n^2
还是已知a不变,根据S=0.5at^2,得出
S1:S2:S3:……:Sn=1:4:9:……:n^2
3、在第一个时间内,第二个时间内,第三个时间内……第n个时间内位移比
S1':S2':S3':....:Sn'=1;3;5;..;2n-1
先画图,a还是不变,S1'=S1,S2'=S2-S1,S3'=S4-S3,Sn'=Sn-Sn-1
4、由静止开始,通过连续相等位移所用时间之比为
T1:T2:T3:……:Tn=1:根号2-1:根号3-根号2:.....:根号n-根号n-1
相关研究
目前,随着交通工具的发展和广泛普及,其行驶速度和使用频率不断增加,导致交通工具在行驶过程中发生的火灾事故与日俱增,此类火灾的火源点在着火期间空间位置是变化运动的,即为运动(移动)火源,而且火源与周围空气处于相对运动状态,火源本身的高速运动会引起周围空气的湍动,此项湍动与火源燃烧引起的湍动叠加,加剧火源点的燃烧化学反应,使得运动火源扩散火焰的瞬态燃烧特征变得更加复杂。
但目前国内外学者对运动火源燃烧火焰特征及其机理的研究尚较缺乏。开展对运动火源火焰燃烧特征及其机理的研究是准确评估该类火灾发展趋势的基础性工作,对火灾的预测、防范和救援具有实际工程应用价值和理论指导意义。同时本文对该领域的研究在一定程度上有助于丰富扩散火焰理论体系。采用DRS灰色高速摄像仪、直线移动火源实验台以及图像预处理技术获得运动火源火焰分形维数受速度和加速度参数影响的变化规律,研究结果表明:处于匀加速直线运动状态下的移动火源扩散火焰具有分形维数特征,同一加速度下的分形维数随速度增大而增加,当运动火源速度达到一定值以后,火焰的分形维数增大的幅度较为缓慢。
加速度和速度较大的移动火源扩散火焰的分形维数随火源运动速度上升的趋势较快,可影响火焰锋面的褶皱和扭曲。移动火源与静止的火源有一定的区别,可通过对比两者火焰的分形维数特征来加以识别。基于直线运动火源实验台和柯达彩色高速摄像仪,获得匀加速直线运动下移动火源扩散火焰的彩色图像序列,结合图像处理技术和火焰力场研究了火焰倾角受速度、加速度影响的变化规律。
结果表明:处于非惯性系的火焰倾角增加规律经历三个不同速率的变化阶段,处于非惯性系的火焰倾角与火焰合力倾角并不是在同一方向上,火焰合力倾角要先于火焰倾角发生偏移,二者之间存在夹角,且大加速度工况下夹角大,随着速度增加,空气阻力增加,夹角减小,火焰倾角与火焰合力倾角同时趋近90°。
运用现代彩色图像预处理技术提取出直线运动火源火焰区域图像数据,使用三色测温法获得运动火源扩散火焰温度场特征受速度、加速度影响的变化规律。结果表明:同一加速度条件下,运动火焰区域平均温度的变化规律经历三个不同速度阶段。不同加速度条件下,运动火焰区域平均温度、最高温度随速度的变化规律具有相似性。本文研究工作可为直线运动火源扩散火焰的理论机理研究提供帮助。