რა არის აჩქარება?

გადაადგილებასა და სიჩქარესთან შედარებისას, აჩქარება მოძრაობის ცვლადების გაბრაზებულ, ცეცხლის მფრქვეველ დრაკონს ჰგავს. ის შეიძლება იყოს მძვინვარე; ზოგს მისი ეშინია; თუ ის დიდია, გაიძულებს, რომ ყურადღება მიაქციო. შეგრძნება, რომელიც გეუფლება აფრენისას, დამუხრუჭებისას, ან დიდი სიჩქარით მოსახვევში შესვლისას, აჩქარების მანიშნებელია.

აჩქარება არის სახელი, რომელსაც ვარქმევთ ნებისმიერ პროცესს, სადაც სიჩქარე იცვლება. ვინაიდან სიჩქარე არის სიჩქარის მნიშვნელობა და მიმართულება, მხოლოდ ორნაირად შეგიძლიათ აჩქარება: სიჩქარის მნიშვნელობის შეცვლა ან მიმართულების შეცვლა — ან ორივე ერთდროულად.

თუ არ ცვლი სიჩქარის მნიშვნელობას და არ ცვლი მიმართულებას, შეუძლებელია, რომ შეცვალო აჩქარება—არ აქვს მნიშვნელობა, რამდენად სწრაფად მოძრაობ. ხომალდს, რომელიც სწორ ხაზზე 880 მილი/სთ სისწრაფით მოძრაობს, აქვს ნული აჩქარება იმის მიუხედავად, რომ ხომალდი ძალიან სწრაფად მოძრაობს, რადგან მისი სიჩქარე უცვლელია. დაფრენის ან გაჩერების მომენტში ხომალდს ექნება აჩქარება, ვინაიდან მისი სიჩქარე მცირდება.

ან შეგიძლია, ასე წარმოიდგინო. მანქანაში შეგიძლია აჩქარების შექმნა გაზის პედალზე ფეხის დაჭერით ან დამუხრუჭებით, ერთიცა და მეორეც გამოიწვევს სიჩქარის მნიშვნელობის ცვლილებას. აჩქარებას ასევე წარმოქმნის საჭის დატრიალებაც, რადგან ამ დროს იცვლება მოძრაობის მიმართულება. ორივე შემთხვევა შეგიძლია ჩათვალო აჩქარებად, რადგან ორივე შემთხვევაში იცვლება სიჩქარე.

უფრო ზუსტად, აჩქარება განმარტებულია, როგორც სიჩქარის ცვლილების ტემპი.

ზემოთ მოცემული განტოლება გვეუბნება, რომ აჩქარება, $a$‍, უდრის საწყისი და საბოლოო სიჩქარეების სხვაობას, $v_f-v_i$‍, გაყოფილს დროის იმ შუალედზე, რომელშიც ეს ცვლილება მოხდა, $\mathrm{\Delta }t$‍-ზე.

აღსანიშნავია რომ აჩქარების ერთეული არის ${\displaystyle \frac{\text{მ}/წმ}{\text{წ}მ}}$‍, რომელიც, ასევე, შეიძლება, ჩაიწეროს, როგორც ${\displaystyle \frac{\text{მ}}{\text{წ}{მ}^2}}$‍. ერთეულს იმიტომ აქვს ეს სახე, რომ აჩქარება გვეუბნება იმ მ/წმ-თა რაოდენობას, რომლითაც სიჩქარე იცვლება ყოველ წამში. დაიმახსოვრე, რომ აჩქარების ფორმულიდან $a=\frac{v_f-v_i}{\mathrm{\Delta }t}$‍ შეგვიძლია, მივიღოთ $v_f$‍-ის საკმაოდ გამოსადეგი ფორმულა.

სიჩქარის ეს საბოლოო ფორმულა საშუალებას გვაძლევს, ვიპოვოთ საბოლოო სიჩქარე, $v_f$‍, გარკვეული დროის შუალედში, $\mathrm{\Delta }t$‍, მუდმივად აჩქარების, $a$‍, შემდეგ.

გაგაფრთხილებთ, რომ აჩქარება არის ერთ-ერთი პირველი საკმაოდ ეშმაკური თემა ფიზიკაში. პრობლემა არ არის ადამიანების ინტუიციის ნაკლებებოა აჩქარებასთან დაკავშირებით. საქმე ისაა, რომ ბევრ ადამიანს აქვს ინტუიცია აჩქარებასთან მიმართებაში, რომელიც ხშირ შემთხვევაში მცდარია. როგორც მარკ ტვენმა თქვა, „ის კი არ გაგდებს საფრთხეში, რაც არ იცი, არამედ ის, რაშიც დარწმუნებული ხარ, მაგრამ უბრალოდ არ არის სწორი."

არასწორი ინტუიცია დაახლოებით ასე მუშაობს: „აჩქარება და სიჩქარე თითქმის ერთი და იგივე რამ არის, არა?" არა, არ არის. ადამიანები უსაფუძვლოდ მიიჩნევენ რომ თუ სხეულს დიდი სიჩქარე აქვს, მას დიდი აჩქარებაც უნდა ჰქონდეს. ან პირიქით, თუ მცირე სიჩქარე აქვს, აჩქარებაც მცირე უნდა ჰქონდეს. მაგრამ ეს ასე არ არის. სიჩქარის სიდიდე კონკრეტულ მომენტში არ განსაზღვრავს აჩქარებას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მე შეიძლება სიჩქარეს მაღალი ტემპით ვცვლიდე მიუხედავად იმისა, სწრაფად ვმოძრაობ თუ ნელა.

რათა დარწმუნდეთ რომ სიჩქარის სიდიდეს გავლენა არ აქვს აჩქარებაზე, შეეცადეთ დაუკავშიროთ ქვემოთ მოცემული სიტუაიციები, ჩამოთვლილ სისწრაფისა და აჩქარების კატეგორიებს.

ძალიან კი მინდა ვთქვა, რომ ეს აჩქარებასთან დაკავშირებული ერთადერთი ცრურწმენაა რამ არის, მაგრამ არის კიდევ ერთი, ბევრად უფრო მავნე არასწორი შეხედულებაც — ის კავშირშია აჩქარების დადებითუარყოფითობასთან.

ადამიანები ფიქრობენ, რომ თუ აჩქარება უარყოფითია, მაშინ სხეული ნელდება და თუ აჩქარება დადებითია, მაშინ ჩქარდება. სწორია თუ არა ეს დებულება? არა. სხეული, რომელსაც უარყოფითი აჩქარება აქვს, შეიძლება, ჩქარდებოდეს და პირიქით, ნელდებოდეს სხეული, რომელსაც დადებითი აჩქარება აქვს. როგორ ხდება ეს? გაითვალისწინეთ, რომ აჩქარება არის ვექტორი, რომელიც მიმართულია სიჩქარის ცვლილების მიმართულებით. ეს ნიშნავს იმას, რომ აჩქარების მიმართულება განსაზღვრავს, ვზრდით თუ ვამცირებთ სიჩქარეს, როგორც ვექტორს. მათემატიკურად უარყოფითი აჩქარება ნიშნავს, რომ მცირდება სიჩქარე, როგორც ვექტორი, ხოლო დადებითი აჩქარება ნიშნავს, რომ სიჩქარის ვექტორი იზრდება დადებითი მიმართულებით. სიჩქარის ვექტორის უარყოფითი მიმართულების გაზრდამ კი შეიძლება, გამოიწვიოს სიჩქარის მოდულის ზრდა, თუ თავდაპირველად სიჩქარის ვექტორი ისედაც უარყოფითი იყო.

თუ აჩქარების ვექტორი მიმართულია სიჩქარის ვექტორის მიმართულებით, ეს ნიშნავს, რომ სხეულის სიჩქარის მოდული იზრდება და თუ აჩქარების და სიჩქარის ვექტორები ერთმანეთის საწინააღმდეგოდაა მიმართული, ეს ნიშნავს, რომ სხეულის სიჩქარის მოდული მცირდება. დიაგრამაზე მოცემულია მანქანა, რომელიც ერთ შემთხვევაში ნელდება, რადგან გადადის ტალახიან ზედაპირზე, ხოლო მეორე შემთხვევაში უნდა, რომ დონატი დაიჭიროს და სიჩქარეს ზრდის. დავუშვათ, რომ დადებითი მიმართულება არის მარჯვნივ. მანქანის აჩქარება მიმართულია სიჩქარის გასწვრივ, თუ სიჩქარის მოდული იზრდება, ხოლო მიმართულია სიჩქარის საპირისპიროდ, თუ სიჩქარის მოდული მცირდება.

სხვანაირად რომ ვთქვათ, თუ აჩქარებას იგივე ნიშანი აქვს, რაც სიჩქარეს, სხეული ჩქარდება. თუ აჩქარებას სიჩქარის საპირისპირო ნიშანი აქვს, სხეული ნელდება.

ნევროზული ზვიგენი იწყებს მოძრაობას გაჩერებული მდგომარეობიდან და ჩქარდება 12 მ/წმ სიჩქარემდე 3 წამში.
რა იყო ზვიგენის საშუალო აჩქარება?

დაიწყეთ აჩქარების განმარტებით.

ჩასვით საბოლოო სიჩქარე, საწყისი სიჩქარე და დროის შუალედი.

გამოთვალეთ და იზეიმეთ!

მელოტი არწივი მიფრინავს მარცხნივ 34 მეტრი წამში სიჩქარით, ამ დროს დაუბერავს ქარი, რომელიც მას შეეწინააღმდეგება და შეანელებს მუდმივი 8 მეტრი წამში აყვანილი კვადრატში აჩქარებით.
რა იქნება მელოტი არწივის სიჩქარე ქარის დაბერვის დაწყებიდან 3 წამის შემდეგ?

დაიწყეთ აჩქარების განმარტებით.

სიმბოლურად ამოხსენით, რათა გამოსახოთ საბოლოო სიჩქარე განტოლების ერთ მხარეს.

საწყისი სიჩქარე ჩასვით უარყოფითი ნიშნით, რადგან ის მიმართულია მარცხნივ.

ჩასვით აჩქარება სიჩქარის საპირისპირო ნიშნით, რადგან არწივის მოძრაობა ნელდება.

ჩასვით ის დროის შუალედი, რომელშიც მოხდა შენელება.

ამოხსენით განტოლება საბოლოო სიჩქარისთვის.

შეკითხვა სიჩქარის მნიშვნელობისთვის დაისვა; ვინაიდან სიჩქარის მნიშვნელობა ყოველთვის დადებითი რიცხვია, პასუხიც უნდა იყოს დადებითი.

შენიშვნა: შეგვეძლო არწივის მოძრაობის საწყისი მოძრაობის მიმართულება მარცხენა მხარეს დადებითად აგვეღო. ამ შემთხვევაში საწყისი სიჩქარე იქნებოდა $+34{\displaystyle \frac{\text{მ}}{\text{წ}მ}}$‍, აჩქარება $-8{\displaystyle \frac{\text{მ}}{{\text{წმ}}^2}}$‍, ხოლო საბოლოო სიჩქარე $+10{\displaystyle \frac{\text{მ}}{\text{წმ}}}$‍. თუ თქვენ მოძრაობის მიმდინარე მიმართულებას ყოველთვის დადებითად აიღებთ, მაშინ სხეულს, რომელიც ნელდება, ყოველთვის ექნება უარყოფითი აჩქარება, მაგრამ თუ მარჯვენა მიმართულებას დადებითად აიღებთ, მაშინ სხეულს, რომელიც ნელდება ექნება დადებითი აჩქარება—კონკრეტულად, თუ ის მოძრაობს მარცხნივ და ნელდება.