برای محاسبه شتاب متوسط یک جسم، از فرمول زیر استفاده میکنیم:
\[
a = \frac{{\Delta v}}{{\Delta t}}
\]
که در آن:
- \(a\) شتاب متوسط است.
- \(\Delta v\) تغییر سرعت (سرعت نهایی منهای سرعت اولیه) است.
- \(\Delta t\) تغییر زمان است.
در این سوال:
- سرعت اولیه (\(v_i\)) برابر با ۰ متر بر ثانیه (چون قطار از حالت سکون شروع به حرکت کرده است).
- سرعت نهایی (\(v_f\)) برابر با ۳۰ متر بر ثانیه است.
- زمان (\(\Delta t\)) برابر با ۲۰ ثانیه است.
حالا ابتدا تغییر سرعت (\(\Delta v\)) را محاسبه میکنیم:
\[
\Delta v = v_f - v_i = 30 - 0 = 30 \text{ متر بر ثانیه}
\]
حالا با استفاده از فرمول شتاب متوسط، شتاب را محاسبه میکنیم:
\[
a = \frac{{\Delta v}}{{\Delta t}} = \frac{{30 \text{ متر بر ثانیه}}}{{20 \text{ ثانیه}}} = 1.5 \text{ متر بر ثانیه به توان ۲}
\]
بنابراین، شتاب متوسط این قطار ۱.۵ متر بر ثانیه به توان ۲ است.