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Accélération

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Un F / A-18 Hornet juste avant de briser le mur du son. On pense que le nuage de condensation entourant l'avion résulte d'une chute soudaine de la pression atmosphérique (appelée singularité Prandtl-Glauert).

En physique, accélération est défini comme le taux de changement de vitesse, c'est-à-dire le changement de vitesse avec le temps. On dit qu'un objet subit une accélération s'il change de vitesse ou de direction ou les deux. Un appareil utilisé pour mesurer l'accélération est appelé accéléromètre.

Explication

Un objet se déplaçant en ligne droite subit une accélération lorsque sa vitesse change. On dit également qu'un objet se déplaçant dans un mouvement circulaire uniforme à une vitesse constante subit une accélération parce que sa direction change.

Le terme "accélération" se réfère généralement au changement de vitesse instantanée. Étant donné que la vitesse est une quantité vectorielle, l'accélération est également une quantité vectorielle. Cela signifie qu'il est défini par des propriétés de grandeur (taille ou mesurabilité) et de direction.

Au sens mathématique strict, l'accélération peut avoir une valeur positive ou négative. Une valeur négative pour l'accélération est communément appelée ralentissement.

La dimension d'accélération est longueur / temps². En unités SI, l'accélération est mesurée en mètres par seconde au carré (m • s-²).

L'accélération est le changement de vitesse avec le temps, que le changement se produise en termes de vitesse ou de direction ou les deux. Sur un graphique vitesse-temps, l'accélération en tout point est donnée par la pente de la tangente à la courbe en ce point.

Puisque:

Ensuite, pour la définition de l'accélération instantanée;

également OU , c'est-à-dire que la vitesse peut être considérée comme l'intégrale de l'accélération par rapport au temps. (Remarque, cela peut être une intégration définitive ou indéfinie).

est le vecteur d'accélération (comme l'accélération est un vecteur, elle doit être décrite avec une direction et une a une amplitude)
v est la fonction de vitesse
X est la fonction de position (également appelée déplacement ou changement de position)
t c'est le temps
est la notation de Leibniz pour la différenciation

Lorsque la vitesse est tracée en fonction du temps sur un graphique vitesse / temps, l'accélération est donnée par la pente ou la dérivée du graphique.

Si elle est utilisée avec des unités standard SI (mètres par seconde pour la vitesse; secondes pour le temps), cette équation donne une les unités de m / (s • s) ou m / s² (lues comme "mètres par seconde par seconde" ou "mètres par seconde au carré").

Une accélération moyenne, ou accélération dans le temps, ā peut être défini comme:

u est la vitesse initiale (m / s)v est la vitesse finale (m / s)t est l'intervalle (s) de temps écoulé entre les deux mesures de vitesse (également écrit "Δt")

L'accélération transversale (perpendiculaire à la vitesse), comme pour toute accélération qui n'est pas parallèle à la direction du mouvement, provoque un changement de direction. S'il est constant en amplitude et changeant de direction avec la vitesse, nous obtenons un mouvement circulaire. Pour cette accélération centripète, nous avons:

Une unité commune d'accélération est g, une g (plus précisement, gn ou g 0) étant l'accélération uniforme standard de chute libre ou 9,80665 m / s², causée par le champ gravitationnel de la Terre au niveau de la mer à environ 45,5 ° de latitude.

Jerk est le taux de variation de l'accélération d'un objet dans le temps.

En mécanique classique, l'accélération est lié à la force et la masse (supposé constant) au moyen de la deuxième loi de Newton:

Du fait de son invariance sous les transformations galiléennes, l'accélération est une grandeur absolue en mécanique classique.

Relation avec la relativité

Après avoir défini sa théorie de la relativité restreinte, Albert Einstein a réalisé que les forces ressenties par les objets subissant une accélération appropriée constante ne peuvent être distinguées de celles d'un champ gravitationnel, et a ainsi défini la relativité générale qui expliquait également comment les effets de la gravité pouvaient être limités par la vitesse de la lumière.

Si vous accélérez loin de votre ami, vous pourriez dire (étant donné votre cadre de référence) que c'est votre ami qui accélère loin de vous, bien que seulement toi sentir toute force. C'est également la base du paradoxe populaire Twin, qui demande pourquoi un seul jumeau vieillit en s'éloignant de son frère à une vitesse proche de la lumière puis en revenant, car le jumeau vieillissant peut dire que c'est l'autre jumeau qui se déplaçait.

La relativité générale a résolu le "pourquoi un seul objet se sent-il accéléré?" problème qui a tourmenté les philosophes et les scientifiques depuis l'époque de Newton (et qui a amené Newton à approuver l'espace absolu). Dans spécial relativité, seuls les référentiels inertiels (référentiels non accélérés) peuvent être utilisés et sont équivalents; général la relativité considère tout cadres, même accélérés, pour être équivalents. Avec la vitesse changeante, les objets accélérés existent dans l'espace déformé (comme ceux qui résident dans un champ gravitationnel). Par conséquent, les cadres de référence doivent inclure une description de leur courbure spatio-temporelle locale pour être considérés comme complets.

Accéléromètre

Un accéléromètre mesure intrinsèquement son propre mouvement (locomotion). Il diffère ainsi d'un appareil basé sur la télédétection. Les accéléromètres peuvent être utilisés pour mesurer les vibrations sur les voitures, les machines, les bâtiments, les systèmes de contrôle des processus et les installations de sécurité. Ils peuvent également être utilisés pour mesurer l'activité sismique, l'inclinaison, les vibrations de la machine, la distance dynamique et la vitesse avec ou sans l'influence de la gravité.

L'une des applications des accéléromètres consiste à mesurer la gravité, un accéléromètre étant spécifiquement configuré pour une utilisation en gravimétrie. Un tel appareil est appelé gravimètre. Les accéléromètres sont intégrés à de plus en plus d'appareils électroniques personnels tels que les téléphones mobiles, les lecteurs multimédias et les appareils de jeu portables. En particulier, de plus en plus de smartphones intègrent des accéléromètres pour les compteurs de pas, le contrôle de l'interface utilisateur et la commutation entre les modes portrait et paysage.

Les accéléromètres sont utilisés avec les gyroscopes dans les systèmes de guidage inertiel, ainsi que dans de nombreux autres systèmes scientifiques et techniques. L'une des utilisations les plus courantes de micro système électromécanique (MEMS) accéléromètres est dans les systèmes de déploiement d'airbag pour les automobiles modernes. Dans ce cas, les accéléromètres sont utilisés pour détecter l'accélération négative rapide du véhicule afin de déterminer quand une collision s'est produite et la gravité de la collision.

Les accéléromètres sont peut-être le dispositif MEMS le plus simple possible. Les accéléromètres MEMS sont disponibles dans une large gamme de gammes allant jusqu'à des milliers de gn's. Des modèles à axe unique, à axe double et à trois axes sont disponibles.

L'utilisation répandue d'accéléromètres dans l'industrie automobile a considérablement réduit leur coût.

Applications

La télécommande Wii pour la console Nintendo Wii contient des accéléromètres pour mesurer le mouvement et l'inclinaison pour compléter sa fonctionnalité de pointeur.

Au cours des dernières années, Nike, Polar et d'autres sociétés ont produit et commercialisé des montres de sport pour les coureurs qui incluent des footpods, contenant des accéléromètres pour aider à déterminer la vitesse et la distance pour le coureur portant l'unité.

Plus récemment, Apple Computer et Nike ont combiné le footpod avec l'iPod nano d'Apple pour fournir un retour audio en temps réel au coureur sur son rythme et sa distance. Il est connu sous le nom de kit Nike + iPod Sports.

Un petit nombre d'ordinateurs portables modernes disposent d'accéléromètres pour aligner automatiquement l'écran en fonction de la direction dans laquelle l'appareil est tenu. Cette fonctionnalité n'est pertinente que sur les tablettes PC et les smartphones, y compris l'iPhone.

Certains disques durs d'ordinateurs portables utilisent un accéléromètre pour détecter les chutes. Lorsqu'une condition de faible g est détectée, indiquant une chute libre et un choc attendu, le courant d'écriture est désactivé afin que les données des autres pistes ne soient pas corrompues. Lorsque la chute libre et le choc se terminent, les données peuvent être réécrites sur la piste souhaitée, annulant ainsi les effets du choc.

Les caméscopes utilisent des accéléromètres pour la stabilisation d'image.

Les appareils photo utilisent des accéléromètres pour la capture anti-flou. L'appareil photo ne déclenche pas le déclenchement de l'obturateur CCD lorsque l'appareil photo se déplace. Lorsque la caméra est immobile (ne serait-ce que pendant une milliseconde, comme cela pourrait être le cas pour les vibrations), le CCD est «cassé».

Certains appareils photo numériques contiennent des accéléromètres pour déterminer l'orientation de la photo prise et d'autres également pour faire pivoter l'image actuelle lors de la visualisation.

Les robots Segway et d'équilibrage utilisent des accéléromètres pour l'équilibre.

Voir également

  • Vitesse et vitesse

Les références

  • Cutnell, John D. et Kenneth W. Johnson. La physique. 7e éd. Hoboken, NJ: John Wiley, 2006. ISBN 0471663158
  • Halliday, David, Robert Resnick et Jearl Walker. Fondements de la physique. 7e éd. Hoboken, NJ: John Wiley, 2005. ISBN 978-0471216438
  • Kuhn, Karl F. Physique de base: un guide d'auto-apprentissage. 2e éd. Hoboken, NJ: John Wiley, 1996. ISBN 0471134473
  • Serway, Raymond A. et John W. Jewett. Physique pour les scientifiques et les ingénieurs. 6e éd. St. Paul, MN: Brooks / Cole, 2004. ISBN 0534408427
  • Tipler, Paul. Physique pour les scientifiques et les ingénieurs: mécanique, oscillations et ondes, thermodynamique. 5e éd. New York: W. H. Freeman, 2004. ISBN 0716708094

Liens externes

Tous les liens ont été récupérés le 3 novembre 2019.

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