Сколько разгоняется

с какой средней и максимальной горизонтальной скоростью движется пассажирский (гражданский) летательный аппарат, значение, которое составляет этот показатель

С какой максимальной и средней скоростью (сколько км в час) летит вертолет — ключевая характеристика этого воздушного судна, так как оно выполняет важнейшие задачи, при которых нужно передвигаться по воздуху предельно быстро и оперативно. Конструкторы по всему миру пытаются постоянно увеличить этот показатель. Из года в год у них это успешно получается. Появляются все новые модификации летательных аппаратов, которые отличаются рекордными высокоскоростными характеристиками. Причем часть таких моделей являются отечественной разработкой. Рассмотрим, какие рекорды поставлены в вертолетной промышленности на российском и зарубежном рынке.

Зачем вертолетам высокие скорости

Этот летательный аппарат выполняет множество различных задач. Успех осуществления многих из них напрямую зависит от того, как быстро движется «вертушка»:

срочная эвакуация из мест, расположенных в значительном удалении от цивилизации;
экстренная доставка специалистов в районы, в которых произошла чрезвычайная ситуация;
скоростная поставка жизненно важных и крупногабаритных грузов на территории, находящиеся на большом расстоянии от объектов развитой инфраструктуры.

Зачастую «вертушка» является единственным транспортным средством, которое позволяет выполнить эти задачи, так как она отличается отличной маневренностью, может зависать в воздухе и для нее не требуется особенная посадочная поверхность.

Максимальная скорость

До недавнего времени официальным рекордом была цифра 400,9 км/ч. Он был поставлен в 1986 г. при полете на усовершенствованной модели британского Уэстленд «Линкс».

Считалось, что значение «вертушка» не способна превысить даже с теоретической точки зрения. При более быстром движении возрастает и диапазон колебаний лопастей главного винта. Это провоцирует срыв потока с их конечностей. Такое особенно характерно для винтовых машин с отступающими лопатками.

Однако прогресс и технологии не стоят на месте — современные конструкторы и инженеры все-таки смогли найти решение, чтобы преодолеть данный порог. Сейчас существует много летательных аппаратов, движущихся по воздуху быстрее значения, которое когда-то считалось рекордным.

Средняя скорость вертолета

Существует несколько различных скоростных показателей:

Максимальная. Это то значение, которое аппарат выдает при предельно допустимом режиме работы авиадвигателя. В таком состоянии он не способен набирать высоту.
Крейсерская. Это показатель, на котором «вертушка» может пролететь максимальное расстояние, сжигая меньшее количество топлива.
Экономическая. Скорость, на которой винтовая воздушная машина имеет наибольший запас мощностей двигателей.
Минимальная. Показатель, ограниченный судном из соображений безопасности (например, безопасной посадки при отказе систем).

Есть еще так называемая скорость висения. Она всегда равна нулю, так как летательный аппарат в это время не движется относительно земли. Максимальный скоростной режим используется редко, только в ситуациях чрезвычайной необходимости. К примеру, когда происходит опоздание с доставкой важного груза или движение осуществляется на территории проведения военных действий.

На экономической скорости «вертушка» движется, когда необходимо набрать высоту за короткое время, а на минимальной — аппарат практически не летает.

Обычно используется крейсерский скоростной режим. Данный показатель еще называют средним. Он является оптимальным, так как позволяет двигаться достаточно быстро, при этом не расходуя большое количество топлива.

Первые рекорды

То, какая скорость движения полета гражданского (пассажирского) вертолета была средней и максимальной, не устраивало разработчиков. Поэтому они начали думать над возможностью ее увеличения.

Одним из способов повышения скоростного показателя стало применение дополнительного «толкающего» усилия. На самом деле это не является инновационной разработкой. Еще в 1967 г. изобретатели американского Локхид AH-56 «Шаен» предусмотрели в хвосте машины 3-х лопастный винт для ускорения.

Благодаря данной конструктивной особенности удалось добиться разгона до 407 км/ч. Для того времени это был весьма впечатляющий результат. Но, как говорилось ранее, рекорд был поставлен только в 1986 г. Его показателем стала цифра 400,9 км/ч, что меньше того значения, о котором сейчас идет речь. Дело в том, что несмотря на попытки ВВС США запустить массовое производство «Шаен», они не увенчались успехом. Проект был закрыт после сборки всего 10 «вертушек», а это навряд ли можно назвать массовым выпуском. Поэтому первенство и было присвоено именно классическим винтокрылым машинам, которые разгонялись до 400,9 км/ч.

Гибридная модификация

Очередным рекордсменом стал летательный аппарат X3 Hybrid, который являлся разработкой «Eurocopter». Первый его полет осуществлялся в 2010 г. со взлетной площадки, которая расположена на территории Франции. После одного года испытаний и доработок инженерам удалось добиться разгона до 430 км/ч.

Последующие модификации позволили европейской разработке разогнаться до 472 и 487 км/ч (пикирующая). Однако такой рекорд считается неофициальным. Это связано с тем, что данная модель летательного аппарата является не совсем «вертушкой». Основой для нее стал EC155 Dauphin. Его модифицировали 2-мя авиадвигателями ГТД с воздушными винтами, смонтированными на крыльях.

Эта модель является гибридом вертолета и самолета. Аппарат готовится к итоговым испытаниям, инженеры-конструкторы заверяют, что уже очень скоро он будет запущен в массовое производство.

Теоретическая часть

Использование винтов позволяет освободить основной ротор от создания горизонтальной тяги для поступательного движения. На основании этого конструкторами компании «Sikorsky» разработана современная технология ABC. В России ее называют концепцией наступающей лопасти.

Ее суть заключается в том, что степень наклона винтов постоянно создает предельно возможную подъемную силу. Благодаря этому удается поддерживать уровень отрыва от земли при ограниченном количестве вращений. Данный фактор является решающим при определении, с какой средней и предельной горизонтальной скоростью движется вертолет. Американская технология позволяет продолжать разгоняться после утраты подъемной силы.

Эта концепция успешно применена на современной модели летательного аппарата Сикорский-69. Машина оснащена 2-мя толкающими турбодвигателями. За счет этого она может разгоняться до 518 км/ч.

Конкуренция является дополнительным стимулом

Производители «вертушек» осознают, что если у летательных аппаратов прочие характеристики будут примерно одинаковыми, решающую роль в выборе станет играть именно то, сколько километров в час (км/ч) летит вертолет, какова его средняя и максимальная скорость. Именно поэтому разработчики по всему миру стараются увеличить данный показатель.

Для этого используются не только различные технологические решения, но и знания в области материаловедения. Летательные аппараты оснащаются винтами, изготовленными из композиционного материала. Для уменьшения лобового сопротивления втулки закрываются специальными обтекателями.

Лидеры отрасли

Развитой моделью концепции Сикорский-69 стал X2. Он сохранил все преимущества «вертушек»:

высокоманевренность;
способность зависать;
осуществление вертикального взлета и приземления;
авторотацию.

При этом данная модель имеет улучшенные показатели разгона и экономичности. Крейсерская скорость равна 460 км/ч, максимальная — 474 км/ч, дальность — 1300 км.

Ранее использованные технологии были применены и в аппарате последнего поколения S-97 Raider. Сейчас он проходит тестовые испытания. Инженеры заверяют, что он способен пролететь максимальное расстояние, сжигая меньше топлива, с показателем 500 км/ч. Однако информация о дате 1-го полета пока отсутствует.

Компания «Полетомания» предлагает возможность полетать на вертолете Robinson R44 — устройте себе невероятное воздушное приключение.

Вертолеты России

Российская Федерация старается не отставать от европейского уровня. Планы специалистов конструкторского бюро Камова и Миля очень амбициозные. В 2013 г. корпорация запустила программу ПСВ. В ее рамках в 2015 г. была представлена демонстрационная модель летательного аппарата Rachel.

Однако ее конструкторы говорят, что их целью не было добиться высокого скоростного значения. Эту задачу они преследовали в другой разработке — Ми-1X. По заявлению инженеров он может разгоняться до 520 км/ч.

Также конструкторы представили совершенно новую концепцию в виде Ка-90. По идее разработчиков, когда воздушное судно достигает 400 км/ч при помощи несущего винта, оно складывает лопасти в обтекаемый футляр и продолжает осуществлять разгон на реактивных двигателях. Инженеры говорят, что если их задумка удастся, то скорость 700-800 км/ч будет далеко не предельной.

McDonnell Douglas Apache

Это один из самых популярных летательных аппаратов серийного производства, который способен выдавать показатели до 294 км/ч. Сборкой занимается англо-итальянская корпорация «AgustaWestland».

Первый образец данной серии был представлен еще в 70-х гг. прошлого века. Тогда были проведены 1-ые тесты для определения возможного скоростного показателя. Летательные аппараты выпускаются и сейчас. Всего насчитывается около 2000 судов, которые используются в США, Японии и Голландии.

КА-52

Данное воздушное судно еще именуют «Аллигатором». Он занимает лидирующие позиции в рейтинге. Разработка и испытания происходили в 90-х гг. конструкторским бюро Камова. На первом полёте аппарат разогнался до 300 км/ч, что было отличным показателем.

Это модифицированная версия серии КА-50. Производится и сейчас, всего насчитывается около сотни «вертушек». В настоящее время они используются исключительно на территории РФ. В планах запустить и экспорт данных моделей.

NHI NH90 и AgustaWestland AW139

Первый аппарат был разработан корпорацией «Eurocopter» еще в 1995 г. Эта модель считается одной из самых быстрых среди многоуровневых летательных судов. Она может разгоняться до 300 км/ч. Ее используют для вооружения во многих государствах мира.

AW139 является разработкой «AgustaWestland». Стартовые испытания были проведены в 2001 г. На них летательный аппарат смог разогнаться до 310 км/ч. Помимо отличного скоростного показателя, эта машина также отличается высокой безопасностью.

МИ-24 и КА-50

Первая модель создана на базе Ми-14. Она считается самым скоростным советским вертолетом. 1-ый полет состоялся в 1969 г. Во время испытаний «вертушка» смогла разогнаться до 320 км/ч. После этого она неоднократно совершенствовалась. Последние модификации способны вместить до 8 человек экипажа и 4 раненых на носилках. Аппарат используется на территории РФ, СНГ, некоторых зарубежных стран.

Модель КА-50 известна еще под названием «Черная акула». Она была спроектирована в 1982 г. Скоростной показатель остановился на цифре 390 км/ч. В 2005 г. аппарат был принят на вооружение ВВС. Массово выпускался вплоть до 2019 г. Было произведено 17 единиц машин. Частично они эксплуатируются и по настоящее время. После прекращения серийного производства на смену данной модели пришла 2-х местная КА-52.

Westland Lynx

Является разработкой британской компании «Вэстленд». Первый испытательный полет происходил во 2-ой половине прошлого века. «Вертушка» смогла разогнаться до 400 км/ч, побив все мировые рекорды.

Используется как для гражданских перевозок, так и для выполнения военных операций. Несмотря на то, что он уже снят с производства, серийные образцы эксплуатируются в авиации и по сей день. Однако они не могут похвастаться той же скоростью, что и первая пилотная модель. Обычно их скоростной показатель не превышает 250-260 км/ч.

Бренд Sikorsky

У данной корпорации можно выделить 2 основные модели:

S-97 Райдер. Сконструирован на базе Х-2. Показательные испытания состоялись в 2015 г. Максимальная скорость составляет 444 км/ч, крейсерская — 405 км/ч. Машина имеет множество и других преимуществ: высокие характеристики, превосходная выносливость, маневренностью и возможность движения на бреющей высоте.
Сикорский-X2. Является экспериментальной моделью американского производителя. 1-ые испытания проводились в 2008 г. Однако он прошел не слишком успешно, были обнаружены некоторые недоработки. Спустя 2 года был совершен 2-ой полет. В этот раз удалось зафиксировать скоростной показатель 468 км/ч. Данный аппарат успел совершить больше 20 вылетов, но в 2011 г. проект был закрыт.

Перечисленные воздушные судна бьют все рекорды по быстроте движения в небе.

Самый высокоскоростной аппарат

Таковым признан Еврокоптер X3. Его скорость составляет 487 километров в час. Эта винтовая машина является рекордсменом в своем классе. Модель экспериментальная от производителя «Еврокоптер».

1-ый вылет был совершен в 2010 г. Тогда «вертушка» смогла разогнаться до 410 км/ч. Предельно возможного показателя удалось добиться после нескольких модификаций.

Прочие скоростные представители

Высокоскоростным воздушными судами считаются и следующие модели:

Боинг CH-47 Chinook. Максимальный скоростной показатель 285 км/ч. Этот летательный аппарат использовался еще во времена Вьетнамской войны. Массовое производство было начато в 1962 г. Такие «вертушки» эксплуатируются и сейчас. Эта машина способна вместить 3-х членов экипажа, 33 пассажира. Усовершенствованная версия рассчитана на 55 мест. Самая быстрая вертушка из данной серии разгоняется до 310 км/ч.
Ми-35. Осуществляет разгон до 300 километров в час. Модель начала эксплуатироваться еще в 70-х гг. Используется в ВВС различных государств. Достоинством является то, что она способна вместить 8 парашютистов со всем необходимым оснащением.
Ми-28Н. Его еще именуют «Ночным охотником». 1-ый полет произошел в 1988 г. Предельный режим — 300 км/ч.

Рекорды — это, конечно, просто отлично. Однако важно, чтобы экспериментальные модели, которые их ставят, перешли в серийное производство, а это удается немногим. То, сколько составляет средняя скорость вертолета, крайне важно, так как высокие показатели делают этот летательный аппарат еще более эффективным для выполнения серьезных задач в военной и гражданской обороне.

Почему автомобиль плохо разгоняется: 7 причин

Свежий номер

РГ-Неделя

Родина

Тематические приложения

Союз

Свежий номер

Рубрика:

Легковые авто

04. 10.2020 12:00

Борис Захаров

На динамические показатели автомобиля, как известно, может влиять большое количество факторов - от очевидных, типа повышенной загрузки транспортного средства, до погодных условий, и, конечно, технического состояния машины. Давайте разберемся в наиболее актуальных причинах того, почему автомобиль, как говорят, "не едет".

iStock

Кислородное голодание

Многие водители наверняка замечали, что автомобили теряют в динамике в жаркую погоду. Это связано с уменьшением плотности воздуха.

Если нулевой температуре в одном кубическом метре содержится 1,7 кг воздуха, то при +25 его содержание снижается до 1,2 кг на кубометр. Соответственно, в жару в цилиндры попадает меньшее количество кислорода, в результате температура горения снижается, а значит, падает и отдача силового агрегата.

Похожее падение приемистости сильно ощущается также и в горной местности - из-за меньшей плотности воздуха здесь опять-таки ухудшается наполнение цилиндров.

Подсчитано, что при подъеме на каждые 1000 метров атмосферный силовой агрегат будет терять примерно по 10% мощности. А именно, на высоте 1 км 100-сильный мотор будет выдавать около 90 л.с., на 2 км - 80 л.с.. на 3 км - лишь 70 л.с. А вот турбированные двигатели гораздо лучше "атмосферников" приспособлены к работе и в жару, и на высоте, поскольку такие агрегаты качают воздух под давлением турбины, и она в любом случае создает нужное давление воздуха.

Давление в шинах

Не секрет, что уровень накачки шин ощутимо влияет не только на расход топлива, но и на разгонную динамику.

Если говорить грубо, не докачивая покрышки до требуемых значений, вы увеличиваете пятно контакта и, соответственно сцепление с дорогой, перекачивая - наоборот, уменьшаете пятно контакта. При этом в обоих случаях ухудшается также и разгонная динамика.

Еще один проблемная ситуация - когда существует разница в давлении шин. К примеру, при "перекачанных" колесах на одной стороне - машину будет тянуть в эту самую сторону. Отсюда - ухудшение управляемости, курсовой устойчивости и опять-таки - разгона. Так что оптимальные показатели ускорения автомобиль демонстрирует на шинах, накаченных до заданной нормы.

Засорение и поломки элементов топливной магистрали

В результате заправки некачественным топливом, случается, забивается сетка бензонасоса, топливный фильтр, образуется нагар на свечах.

Неисправный регулятор давления, пережатый топливопровод (например, после неосторожных выездов на бездорожье), засорившиеся форсунки, - все это также провоцирует потерю разгонной динамики.

Автомобиль либо плохо набирает скорость или, того хуже, дергается при подаче "газа". Некачественный бензин, как вариант, примеси воды в топливе, также могут вызвать перебои в работе мотора и, как следствие, ухудшение разгона. Наконец, вызвать потерю динамики может также поломка различных датчиков, в частности - датчика массового расхода топлива (ДМРВ), датчика детонации, датчика кислорода и других.

Пробуксовка сцепления

Когда сцепление автомобиля исправно, крутящий момент без потерь передается от двигателя к трансмиссии. Однако если сцепление пробуксовывает, иначе говоря, включается не полностью, происходит резкая, а потому очень ощутимая, потеря динамики.

Со стороны это выглядит так - двигатель набирает обороты, ревет, но автомобиль набирает скорость неадекватно медленно. Особенно это становится заметно при подъеме в гору.

Примечательно, что "буксовать" может сцепление как у автомобилей с "механикой", так и "роботами", "автоматами" и "вариаторами". В случае с АКП виновником оказывается неисправный гидротрансформатор, у вариатора и "робота" - дефектные элементы сцепления.

Проблемы в работе системы зажигания

Свечи, отработавший свой ресурс, равно как высоковольтные провода с пробоями могут негативно повлиять на разгонную динамику.

Поэтому необходимо произвести проверку и по возможности заменить отработавшие детали. С этим не стоит медлить в том числе потому, что плохое состояние системы зажигания может спровоцировать, к примеру, пробой катушки зажигания, а ее замена вылетит в копеечку.

Низкий уровень компрессии в цилиндрах

Низкий уровень компрессии в одном или нескольких цилиндрах двигателя - еще одна частая причина того, что машина тупит при разгоне. Такую ситуацию могут спровоцировать, к примеру, повреждение клапанов или их износ, или, скажем, поломка или залегание поршневых колец.

Чтобы уточнить диагноз, следует произвести необходимые измерения специальным прибором - компрессометром. Косвенными признаками падения компрессии являются затрудненный запуск силового агрегата, неустойчивые обороты на холостом ходу, характерные хлопки, дым из глушителя и повышенный расход масла и топлива.

Некорректная работа системы торможения

Бывает и так - из-за неадекватного состояния элементов тормозной системы колеса притормаживаются колодками во время движения.

Чаще всего такая проблема вызвана неверной регулировкой стояночного тормоза. Однако не исключены также и такие сценарии, как заклинившие поршень в тормозном цилиндре, колодки в скобе. Лечение очевидное - разобрать, почистить, смазать или заменить.

Главное сегодня

Минтруд предложил повысить социальные пенсии с 1 апреля еще на 3,3 процента
Путин подписал закон о защите русского языка
Минобороны РФ: Силы ПВО провели тренировку с привлечением истребителей в западной зоне
СК завел дело после падения вертолета Ми-8 в Мурманской области
В Кишиневе начались столкновения с полицией в ходе марша оппозиции
Губернатор Подмосковья Воробьев заявил об отсутствии жертв и повреждений после падения БПЛА в Коломне

Ускорение

Последней математической величиной, обсуждаемой в Уроке 1, является ускорение. Ускорение, которое часто путают, имеет значение, сильно отличающееся от того, которое связывают с ним спортивные дикторы и другие люди. Определение ускорения:

Ускорение — это векторная величина, определяемая как скорость, с которой объект изменяет свою скорость. Объект ускоряется, если он меняет свою скорость.

Спортивные комментаторы иногда говорят, что человек ускоряется, если он/она движется быстро. Однако ускорение не имеет ничего общего с быстрой ездой. Человек может двигаться очень быстро и при этом не ускоряться. Ускорение связано с изменением скорости движения объекта. Если объект не меняет свою скорость, то он не ускоряется. Данные справа представляют объект, движущийся на север с ускорением. Скорость меняется с течением времени. Фактически скорость изменяется на постоянную величину — 10 м/с — в каждую секунду времени. Когда скорость объекта изменяется, говорят, что объект ускоряется; у него есть ускорение.

Значение постоянного ускорения

Иногда ускоряющийся объект меняет свою скорость на одну и ту же величину каждую секунду. Как упоминалось в предыдущем абзаце, приведенная выше таблица данных показывает, что скорость объекта изменяется на 10 м/с каждую последующую секунду. Это называется постоянным ускорением, поскольку скорость изменяется на постоянную величину каждую секунду. Объект с постоянным ускорением не следует путать с объектом с постоянной скоростью. Не дайте себя обмануть! Если объект меняет свою скорость — на постоянную или переменную величину — тогда это ускоряющийся объект. А объект с постоянной скоростью не ускоряется. В приведенных ниже таблицах данных показано движение объектов с постоянным ускорением и изменяющимся ускорением. Обратите внимание, что каждый объект имеет изменяющуюся скорость.

Поскольку ускоряющиеся объекты постоянно меняют свою скорость, можно сказать, что пройденное расстояние/время не является постоянной величиной. Например, падающий объект обычно ускоряется при падении. Если бы мы наблюдали за движением свободно падающего объекта (движение свободного падения будет подробно рассмотрено позже), мы бы заметили, что средняя скорость объекта составляет примерно 5 м/с в первую секунду, примерно 15 м/с. во вторую секунду, примерно 25 м/с в третью секунду, примерно 35 м/с в четвертую секунду и т. д. Наш свободно падающий объект будет постоянно ускоряться. Учитывая эти средние значения скорости в течение каждого последовательного 1-секундного интервала времени, мы могли бы сказать, что объект упадет на 5 метров в первую секунду, на 15 метров во вторую секунду (при общем расстоянии 20 метров), на 25 метров в третью секунду. секунда (на общую дистанцию 45 метров), 35 метров на четвертую секунду (на общую дистанцию 80 метров через четыре секунды). Эти цифры приведены в таблице ниже.

Время Интервал	Изменение скорости Во время интервала	пр. Скорость Во время интервала	Пройденное расстояние Во время интервала	Общее пройденное расстояние от 0 с до конца интервала
0 – 1,0 с	от 0 до ~10 м/с	~5 м/с	~5 м	~5 м
1,0–2,0 с	~10...20 м/с	~15 м/с	~15 м	~20 м
2,0–3,0 с	~от 20 до 30 м/с	~25 м/с	~25 м	~45 м
3,0 – 4,0 с	~от 30 до 40 м/с	~35 м/с	~35 м	~80 м

Примечание. 2); расстояние, пройденное за четыре секунды, в 16 раз больше расстояния, пройденного за одну секунду. Для объектов с постоянным ускорением расстояние перемещения прямо пропорционально квадрату времени перемещения.

Расчет среднего ускорения

Среднее ускорение (a) любого объекта за заданный интервал времени (t) можно рассчитать с помощью уравнения

Это уравнение можно использовать для расчета ускорения объекта, движение которого изображено приведенной выше таблицей данных скорость-время. Данные скорости-времени в таблице показывают, что ускорение объекта составляет 10 м/с/с. Расчет показан ниже.

Значения ускорения выражаются в единицах скорости/времени. Типичные единицы ускорения включают следующее:

м/с/с
миль/ч/с
км/ч/с
м/с ²

Эти единицы могут показаться немного неудобными начинающему студенту-физику. Тем не менее, это очень разумные единицы, когда вы начинаете рассматривать определение и уравнение для ускорения. Причина единиц становится очевидной при рассмотрении уравнения ускорения.

Поскольку ускорение — это изменение скорости во времени, единицы измерения ускорения — это единицы скорости, разделенные на единицы времени, то есть (м/с)/с или (ми/ч)/с. Единица (м/с)/с может быть математически упрощена до м/с ² .

Направление вектора ускорения

Поскольку ускорение является векторной величиной, с ним связано направление. Направление вектора ускорения зависит от двух вещей:

ускоряется или замедляется объект
движется ли объект в направлении + или -

Общий принцип определения ускорения:

Если объект замедляется, то его ускорение направлено в сторону, противоположную его движению.

Этот общий принцип можно применять для определения того, является ли знак ускорения объекта положительным или отрицательным, правым или левым, верхним или нижним и т. д. Рассмотрим две приведенные ниже таблицы данных. В каждом случае ускорение объекта находится в положительном направлении. В примере A объект движется в положительном направлении (т. е. имеет положительную скорость) и ускоряется. Когда объект ускоряется, ускорение идет в том же направлении, что и скорость. Таким образом, этот объект имеет положительное ускорение. В примере B объект движется в отрицательное направление (т. е. имеет отрицательную скорость) и замедляется. Согласно нашему общему принципу, когда объект замедляется, ускорение идет в направлении, противоположном скорости. Таким образом, этот объект также имеет положительное ускорение.

Этот же общий принцип можно применить к движению объектов, представленных в двух таблицах данных ниже. В каждом случае ускорение объекта находится в отрицательном направлении. В примере C объект движется в положительное направление (т. е. имеет положительную скорость) и замедляется. Согласно нашему принципу, когда объект замедляется, ускорение идет в направлении, противоположном скорости. Таким образом, этот объект имеет отрицательное ускорение. В примере D объект движется в отрицательном направлении (т. е. имеет отрицательную скорость) и ускоряется. Когда объект ускоряется, ускорение идет в том же направлении, что и скорость. Таким образом, этот объект также имеет отрицательное ускорение.

Обратите внимание на использование положительных и отрицательных слов, использованных в обсуждении выше (примеры A - D). В физике использование положительного и отрицательного всегда имеет физический смысл. Это больше, чем просто математический символ. Как используется здесь для описания скорости и ускорения движущегося объекта, положительное и отрицательное описывают направление. И скорость, и ускорение являются векторными величинами, и полное описание величины требует использования прилагательного, направленного по направлению. Север, юг, восток, запад, право, лево, вверх и вниз — все прилагательные, указывающие направление. Физика часто заимствует из математики и использует символы + и - как прилагательные, указывающие направление. В соответствии с математическим соглашением, используемым на числовых линиях и графиках, положительное часто означает вправо или вверх, а отрицательное часто означает влево или вниз. Таким образом, сказать, что объект имеет отрицательное ускорение, как в примерах C и D, означает просто сказать, что его ускорение направлено влево или вниз (или в любом другом направлении, которое было определено как отрицательное). Отрицательные ускорения не относятся к значениям ускорения, меньшим 0. Ускорение -2 м/с/с — это ускорение величиной 2 м/с/с, направленное в отрицательном направлении.

Мы хотели бы предложить ...

Иногда недостаточно просто прочитать об этом. Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактива Name That Motion. Он находится в разделе «Интерактивная физика» и позволяет учащемуся применять понятия скорости, скорости и ускорения.

Посетите назовите это движение.

Проверьте свое понимание

Чтобы проверить свое понимание концепции ускорения, рассмотрите следующие проблемы и соответствующие решения. Используйте уравнение для ускорения, чтобы определить ускорение для следующих двух движений.

Перейти к следующему уроку:

Калькулятор ускорения | Определение | Формула

Создано Матеушем Мухой и Домиником Черня, доктором философии

Отзыв от Bogna Szyk и Jack Bowater

Последнее обновление: 02 февраля 2023 г.

Содержание:

Что такое ускорение? - определение ускорения
Как найти ускорение? – калькулятор ускорения
Формула ускорения – три уравнения ускорения
Единицы ускорения
Примеры ускорения
Часто задаваемые вопросы

Наш калькулятор ускорения – это инструмент, который поможет вам узнать насколько быстро изменяется скорость объекта . Он работает тремя различными способами, основанными на:

Разнице между скоростями в два разных момента времени.
Расстояние, пройденное при ускорении.
Масса ускоряющегося тела и сила, действующая на него.

Если вы спрашиваете себя, что такое ускорение, какова формула ускорения или каковы единицы измерения ускорения, продолжайте читать, и вы узнаете, как найти ускорение. Ускорение строго связано с движением объекта, и каждый движущийся объект обладает определенной энергией.

Чтобы было понятнее, мы также подготовили несколько примеров ускорения, которые часто встречаются в физике. Вы можете найти там:

Центростремительное ускорение и тангенциальное ускорение.
Угловое ускорение.
Ускорение под действием силы тяжести.
Ускоритель частиц.

Ускорение всегда происходит всякий раз, когда на объект действует ненулевая результирующая сила. Вы можете почувствовать это в лифте, когда вы становитесь немного тяжелее (ускоряясь) или легче (замедляясь), или когда вы спускаетесь по крутому склону на санях по снегу. Более того, из общей теории относительности мы знаем, что вся Вселенная не только расширяется, но даже является ускоренным расширением! Это означает, что расстояние между двумя точками постоянно становится все больше и больше, но мы не можем чувствовать это каждый день, потому что все масштабы в мире тоже расширяются.

Что такое ускорение? - определение ускорения

Ускорение – скорость изменения скорости объекта; другими словами, это то, как быстро меняется скорость. Согласно второму закону Ньютона ускорение прямо пропорционально сумме всех сил, действующих на объект, и обратно пропорционально его массе. В этом есть здравый смысл — если на объект толкают несколько разных сил, вам нужно вычислить, к чему они в сумме (они могут действовать в разных направлениях), а затем разделить результирующую результирующую силу на массу вашего объекта.

Это определение ускорения говорит, что ускорение и сила, по сути, одно и то же. При изменении силы изменяется и ускорение, но величина его изменения зависит от массы объекта (подробнее см. наш калькулятор величины ускорения). Это неверно в ситуации, когда меняется и масса, например, при ракетной тяге, когда сгоревшее топливо выходит из сопла ракеты. См. наш калькулятор тяги ракеты, чтобы узнать больше.

Мы можем измерить ускорение объекта напрямую с помощью акселерометр . Если вы повесите объект на акселерометр, он покажет ненулевое значение. Почему это? Ну, это из-за гравитационных сил, которые действуют на каждую частицу, имеющую массу. А где результирующая сила, там и ускорение. Таким образом, акселерометр в состоянии покоя измеряет ускорение свободного падения, которое на поверхности Земли составляет около 31,17405 фут/с² (9,80665 м/с²) . Другими словами, это ускорение свободного падения, которое получает любой объект в вакууме.

Говоря о пылесосах, вы когда-нибудь смотрели «Звездные войны» или другой фильм, действие которого происходит в космосе? Эпические сражения космических кораблей, звуки бластеров, двигателей и взрывов. Что ж, это ложь. Космос — это вакуум, и звука там не слышно (звуковым волнам для распространения требуется материя). Эти бои должны быть беззвучными! В космосе никто не услышит твой крик.

Как найти ускорение? – калькулятор ускорения

Калькулятор ускорения на этом сайте учитывает только ситуацию, в которой объект имеет равномерное (постоянное) ускорение. В этом случае уравнение ускорения по определению представляет собой соотношение изменения скорости за определенное время.

Здесь вы можете узнать, как найти ускорение еще двумя способами. Давайте посмотрим, как пользоваться нашим калькулятором (вы можете найти уравнения ускорения в следующем разделе):

В зависимости от того, какие данные у вас есть, вы можете рассчитать ускорение тремя различными способами. Прежде всего, выберите соответствующее окно (#1, #2 или #3),
[если вы выбрали #1] - Введите начальную v_i и конечную v_f скорости объекта и сколько времени Δt потребовалось для изменения скорости (при необходимости см. наш калькулятор скорости).
[если вы выберете #2] - Введите начальную скорость v_i , пройденное расстояние Δd и время Δt , пройденное во время ускорения. Здесь вам не нужно знать конечную скорость.
[если вы выберете #3] - Введите массу м объекта и результирующую силу F , действующую на этот объект. Это совершенно другой набор переменных, вытекающий из второго закона Ньютона (еще одно определение ускорения).
Считать результирующее ускорение из последнего поля. Вы также можете выполнить расчеты другим способом, если знаете, что такое ускорение, например, чтобы оценить расстояние Δd . Просто укажите остальные параметры в этом окне.

Формула ускорения – три уравнения ускорения

В 17 веке сэр Исаак Ньютон , один из самых влиятельных ученых всех времен, опубликовал свою знаменитую книгу Principia . В ней он сформулировал закон всемирного тяготения, гласящий, что любые два объекта, обладающих массой, будут притягиваться друг к другу с силой, экспоненциально зависящей от расстояния между этими объектами (в частности, она обратно пропорциональна квадрату расстояния). Чем тяжелее объекты, тем больше сила гравитации. Это объясняет, например, почему планеты вращаются вокруг очень плотного Солнца.

В Principia Ньютон также включает три закона движения, которые занимают центральное место в понимании физики нашего мира. Калькулятор ускорения основан на трех различных уравнениях ускорения, где третье получено из работы Ньютона:

а = (v_f - v_i) / Δt ;
а = 2 × (Δd - v_i × Δt) / Δt² ;
а = Ф/м ;

где:

а – Ускорение;
v_i и v_f — соответственно начальная и конечная скорости;
Δt – Время разгона;
Δd – Расстояние, пройденное при ускорении;
F – Суммарная сила, действующая на объект, который ускоряется; и
м – Масса этого объекта.

Теперь вы знаете, как рассчитать ускорение! В следующем абзаце мы обсудим единицы ускорения (SI и Imperial).

Единицы ускорения

Если вы уже знаете, как рассчитать ускорение, давайте сосредоточимся на единицах ускорения. Вы можете вывести их из уравнений, которые мы перечислили выше. Все, что вам нужно знать, это то, что скорость выражается в футах в секунду (имперская/американская система) или в метрах в секунду (система СИ), а время — в секундах. Следовательно, если разделить скорость на время (как мы делаем в первой формуле ускорения), то получим единицу ускорения 9.0272 фут/с² или м/с² в зависимости от используемой системы.

В качестве альтернативы можно использовать третье уравнение. В этом случае нужно разделить силу (фунты в США и ньютоны в СИ) на массу (фунты в США и килограммы в СИ), получив пдл/фунт или Н/кг . Они оба представляют одно и то же, так как фунт равен пдл = фунт·фут/с² , а ньютон равен Н = кг·м/с² . Когда вы подставите его и уменьшите единицы измерения, вы получите (фунт·фут/с²) / фунт = фут/с² или (кг·м/с²) / кг = м/с² .

Есть и третий вариант, который, кстати, широко используется. Вы можете выразить ускорение через стандартное ускорение , вызванное гравитацией вблизи поверхности Земли, которое определяется как г = 31,17405 фут/с² = 9,80665 м/с² . Например, если вы говорите, что лифт движется вверх с ускорением 0,2g , это означает, что он ускоряется примерно с 6,2 фут/с² или 2 м/с² (т.0272 0,2 × г ). Мы округлили приведенные выше выражения до двух значащих цифр с помощью правил значащих цифр, которые вы можете найти в нашей математической категории.

Примеры ускорения

Центростремительное ускорение и тангенциальное ускорение

Ускорение, как правило, представляет собой вектор, поэтому его всегда можно разложить на составляющие. Обычно у нас есть две части, перпендикулярные друг другу: центростремительная и тангенциальная . Центростремительное ускорение изменяет направление скорости и, следовательно, форму трека, но не влияет на значение скорости. С другой стороны, тангенциальное ускорение всегда перпендикулярно траектории движения. Он изменяет только значение скорости , а не ее направление.

В круговом движении (крайний левый рисунок ниже), когда объект движется по окружности круга, присутствует только центростремительная составляющая. Объект будет поддерживать свою скорость на постоянном уровне; подумайте о Земле, которая имеет центростремительное ускорение из-за гравитации Солнца (на самом деле ее скорость немного меняется в течение года).

Когда оба компонента присутствуют, траектория объекта выглядит как на картинке справа. Что произойдет, если есть только тангенциальное ускорение? Затем происходит прямолинейное движение. Это похоже на то, когда вы нажимаете на педаль газа в автомобиле на прямом участке автострады.

Угловое ускорение

Угловое ускорение играет жизненно важную роль в описании вращательного движения. Однако не путайте его с ранее упомянутыми центростремительным или тангенциальным ускорениями. Эта физическая величина соответствует скорости изменения угловой скорости. Другими словами, он сообщает вам, насколько быстро ускоряется вращение объекта — объект вращается все быстрее и быстрее (или все медленнее и медленнее, если угловое ускорение меньше нуля). Ознакомьтесь с нашим калькулятором углового ускорения для получения дополнительной информации.

Знаете ли вы, что мы можем найти аналогию между этим и законом динамики Ньютона во вращательном движении? В его втором законе, если вы можете поменять местами ускорение с угловым ускорением, силу с крутящим моментом и массу с моментом инерции, вы получите уравнение углового ускорения. Вы могли заметить, что некоторые физические законы, подобные этому, универсальны, что делает их очень важными в физике.

Гравитационное ускорение

Мы упоминали об ускорении свободного падения несколько раз ранее. Оно возникает из-за гравитационной силы, которая существует между любыми двумя объектами, имеющими массу (обратите внимание, что уравнение гравитации не зависит от объема объекта — здесь важна только масса). Сначала это может показаться странным, но, согласно третьему закону движения Ньютона, вы действуете на Землю с такой же силой, как Земля действует на вас . Однако масса Земли намного больше массы человека (в ~10²² раз больше), поэтому наше воздействие на Землю практически равно нулю. Это аналогично всем бактериям (примерно в 10¹⁸ раз легче человека), живущим на вашей руке; их даже не замечаешь! С другой стороны, мы можем чувствовать влияние нашей планеты, а именно ускорение под действием силы тяжести.

Стандартная гравитация по определению равна 31,17405 фут/с² (90,80665 м/с²), поэтому, если человек весит 220 фунтов (около 100 кг), он подвергается гравитационной силе около 7000 пдл (1000 Н). Введем это значение в окно №3 нашего калькулятора вместе с массой Земли (1,317 × 10²⁵ фунтов или 5,972 × 10²⁴ кг в экспоненциальном представлении). Каково расчетное ускорение? Это настолько маленькое , что наш калькулятор считает его равным нулю . Мы ничто по сравнению с планетой!

Ускоритель частиц

Поговорив об огромных объектах в космосе, давайте перейдем к микроскопическому миру частиц. Хотя мы не можем видеть их глазами, мы научились использовать высокоэнергетические частицы, такие как электроны и протоны, и регулярно используем их в ускорителях частиц; распространены в физике, химии и медицине. Мы используем их, чтобы убивать раковые клетки, не затрагивая окружающие здоровые ткани, или исследовать структуру материала в атомном масштабе. В последнее время рак является одной из болезней изобилия, которая, вероятно, является результатом увеличения благосостояния в обществе.

Вы, наверное, знаете о Большом адронном коллайдере (ЦЕРН), самом мощном ускорителе частиц в мире. Это позволяет нам сделать шаг вперед, чтобы понять, как работает Вселенная, и разработать технологии, которые в будущем могут иметь множество важных применений. Однако для достижения таких высоких энергий мы должны разгонять частицы до скоростей, близких к скорости света. Короче говоря, мы можем сделать это с помощью магнитных или электрических полей.

Часто задаваемые вопросы

Является ли ускорение вектором?

Да , ускорение является вектором, поскольку имеет как величину, так и направление . Величина - это то, как быстро объект ускоряется, а направление - это ускорение в направлении движения объекта или против него. Это ускорение и замедление соответственно.

Как масса влияет на ускорение?

Если сила, с которой толкается объект, остается неизменной, ускорение будет уменьшаться по мере увеличения массы . Это связано с тем, что F/m = a, поэтому по мере увеличения массы фракция становится все меньше и меньше.

Может ли ускорение быть отрицательным?

Да , ускорение может быть отрицательным, известно как замедление . Два объекта, которые имеют одинаковое, но противоположное ускорение, будут ускоряться на одинаковую величину, только в двух противоположных направлениях.

Как найти среднее ускорение?

Рассчитайте изменение скорости за заданное время.
Рассчитайте изменение во времени для рассматриваемого периода.
Разделите изменение скорости на изменение во времени.
Результатом является среднее ускорение за этот период.

Как найти величину ускорения?

Преобразуйте величину силы в ньютоны.
Изменить массу объекта на килограммы.
Умножьте оба значения вместе, чтобы найти ускорение в м/с².

В чем разница между ускорением и скоростью?

Скорость — это скорость, с которой объект движется в определенном направлении, а ускорение — это то, как скорость этого объекта изменяется со временем.