Accélération
En physique, l’accélération est définie comme le taux de variation de la vitesse , c’est-à-dire la variation de la vitesse au cours du 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 vitesse constante subit une accélération parce que sa direction change.
Le terme « accélération » désigne généralement la variation de la vitesse instantanée. Étant donné que la vitesse est une quantité vectorielle, l’accélération est également une quantité vectorielle. Cela signifie qu’elle est définie 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 décélération .
La dimension de l’accélération est la longueur / temps ². Dans les unités SI , l’accélération est mesurée en mètres par seconde au carré (m•s-²).
Depuis:
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 définie ou indéfinie.
a est le vecteur d’accélération (comme l’accélération est un vecteur, elle doit être décrite avec une direction et a une grandeur)
v est la fonction de vitesse
x est la fonction de position (également appelée déplacement ou changement de position)
il est temps
d est la notation de Leibniz pour la différentiation
Lorsque la vitesse est tracée en fonction du temps sur un graphique vitesse en fonction du temps, l’accélération est donnée par la pente ou la dérivée du graphique.
Si elle est utilisée avec les unités standard SI (mètres par seconde pour la vitesse ; secondes pour le temps), cette équation donne les unités de m/(s•s), ou m/s² (lire comme « mètres par seconde par seconde » ou « mètres par seconde au carré »).
Une accélération moyenne, ou accélération dans le temps peut être définie comme :
où
u est la vitesse initiale (m/s)
v est la vitesse finale (m/s)
t est l’intervalle de temps (s) écoulé entre les deux mesures de vitesse (également écrit « Δt »)
L’accélération transversale ( perpendiculaire à la vitesse), comme toute accélération qui n’est pas parallèle à la direction du mouvement, provoque un changement de direction. Si elle est constante en amplitude et change de direction avec la vitesse, on obtient un mouvement circulaire. Pour cette accélération centripète, on a :
Une unité d’accélération courante est g , un g (plus précisément, g n 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 .
La secousse est le taux de variation de l’accélération d’un objet au fil du temps.
En mécanique classique , l’accélération est liée à la force et à la masse (supposées constantes) par le biais de la deuxième loi de Newton : a F m
F = m.a
En raison de son invariance sous les transformations galiléennes, l’accélération est une grandeur absolue en mécanique classique .
Relation à la relativité
Après avoir défini sa théorie de la relativité restreinte , Albert Einstein s’est rendu compte que les forces ressenties par les objets soumis à une accélération propre constante sont indiscernables 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 en vous éloignant de votre ami, vous pourriez dire (étant donné votre cadre de référence) que c’est votre ami qui accélère en s’éloignant de vous, bien que vous seul ressentiez une force. C’est également la base du célèbre paradoxe des jumeaux, qui demande pourquoi un seul jumeau vieillit lorsqu’il s’éloigne de son frère à une vitesse proche de celle de la lumière puis revient, puisque le jumeau vieillissant peut dire que c’est l’autre jumeau qui bougeait.
La relativité générale a résolu le problème « pourquoi un seul objet semble-t-il accéléré ? » qui tourmentait les philosophes et les scientifiques depuis l’époque de Newton (et qui a amené Newton à approuver l’espace absolu). En relativité restreinte , seuls les référentiels inertiels (référentiels non accélérés) peuvent être utilisés et sont équivalents ; la relativité générale considère que tous les référentiels, même accélérés, sont équivalents. Avec des variations de vitesse, les objets accélérés existent dans un espace déformé (comme ceux qui résident dans un champ gravitationnel). Par conséquent, les référentiels doivent inclure une description de leur courbure d’espace-temps 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 de processus et les installations de sécurité. Ils peuvent également être utilisés pour mesurer l’activité sismique, l’inclinaison, les vibrations des machines, la distance dynamique et la vitesse avec ou sans l’influence de la gravité .
Les accéléromètres sont notamment utilisés pour mesurer la gravité. Un accéléromètre est alors spécifiquement configuré pour être utilisé en gravimétrie. Un tel dispositif est appelé gravimètre. Les accéléromètres sont de plus en plus intégrés dans des appareils électroniques personnels tels que les téléphones portables, les lecteurs multimédias et les consoles de jeux portables. En particulier, de plus en plus de smartphones intègrent des accéléromètres pour le comptage des pas, le contrôle de l’interface utilisateur et le basculement 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 des accéléromètres à microsystème électromécanique est dans les systèmes de déploiement d’airbags pour les automobiles modernes. Dans ce cas, les accéléromètres sont utilisés pour détecter l’accélération négative rapide du véhicule afin de déterminer le moment où une collision s’est produite et la gravité de la collision.
Applications
La télécommande Wii pour la console Nintendo Wii contient des accéléromètres pour mesurer le mouvement et l’inclinaison afin de compléter sa fonctionnalité de pointeur.
Au cours des dernières années, Nike, Polar et d’autres entreprises ont produit et commercialisé des montres de sport pour les coureurs qui incluent des podomètres , contenant des accéléromètres pour aider à déterminer la vitesse et la distance du coureur portant l’appareil.
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. Ce kit est connu sous le nom de Nike + iPod Sports Kit.
Un petit nombre d’ ordinateurs portables modernes sont équipés d’accéléromètres qui permettent d’aligner automatiquement l’écran en fonction de la direction dans laquelle l’appareil est tenu. Cette fonctionnalité n’est pertinente que pour les tablettes PC et les smartphones, y compris l’iPhone.
Certains disques durs d’ordinateurs portables utilisent un accéléromètre pour détecter la chute. Lorsqu’une condition de faible gravité est détectée, indiquant une chute libre et un choc attendu, le courant d’écriture est coupé afin que les données sur les autres pistes ne soient pas corrompues. Lorsque la chute libre et le choc prennent fin, les données peuvent être réécrites sur la piste souhaitée, annulant ainsi les effets du choc.
Les caméscopes utilisent des accéléromètres pour la stabilisation de l’image.
Les appareils photo utilisent des accéléromètres pour éviter le flou de bougé. L’appareil photo retient l’« obturateur » CCD lorsqu’il bouge. Lorsque l’appareil photo est immobile (ne serait-ce que pendant une milliseconde, comme cela peut être le cas en cas de vibration), le CCD est « déclenché ».
Certains appareils photo numériques contiennent des accéléromètres pour déterminer l’orientation de la photo prise et certains également pour faire pivoter l’image en cours lors de la visualisation.
Le Segway et les robots d’équilibrage utilisent des accéléromètres pour l’équilibre.
