شتاب‌سنج
اصول فیزیکی

شتاب‌سنج مقدار شتاب صحیح را که شتاب نسبت به جسم در حال سقوط آزاد است را اندازه‌گیری می‌کند. شتاب صحیح شتابی است که اجسام و اشخاص آن را احساس می‌کنند. معمولاً شتاب را برحسب نیروی گرانش 'g=9.8 m/s^۲'اندازه‌گیری می‌کنند. به عبارت دیگر، بر اساس اصل هم-ارزی در فیزیک در هر نقطه از فضا یک دستگاه مرجع مانا وجود دارد، و شتاب‌سنج شتاب نسبت به آن دستگاه شتاب را اندازه می‌گیرد. [۱] به این صورت که فرض می‌کند اگر قرار بود در دستگاه مرجع مانا بدون شتاب باشد هیچ نیرویی به آن وارد نمی‌شد و حال نیروهای وارد به خود را اندازه می‌گیرد و شتابی را که باید داشته باشد حدس می‌زند.
شتاب صحیح شتابی است که با توجه به نیروهای وارد بر جسم محاسبه می‌شود. طبق اصل هم-ارزی تفاوتی بین جسمی که در یک سفینهٔ فضایی با شتاب  1g حرکت می‌کند و جسمی که روی زمین قرار دارد و تحت نیروی گرانش  1g قرار دارد وجود ندارد و تحت اثر همان نیروهایی قرار دارد که جسم در حال حرکت شتاب دار تحت اثر آن‌ها است؛ بنابراین شتاب‌سنجی که در حالت ساکن نسبت به سطح زمین قرار گرفته‌است شتابی برابر  1g به سمت بالا را نشان خواهد داد، زیرا هر نقطه روی سطح زمین نسبت به دستگاه مرجع لخت محلی به سمت بالا شتاب می‌گیرد. این دستگاه مرجع لخت محلی دستگاه یک جسم در حال سقوط آزاد روی سطح زمین است. برای اینکه مقدار شتاب خالص ناشی از حرکت را نسبت به زمین به دست آوریم باید مقدار تفاوت شتابی که گرانش ایجاد می‌کند، را کم کرد. از آنجایی که نیروی گرانش موجب شتاب صحیح نمی‌شود و شتاب‌سنج نسبت به شتاب گرانشی حساس نیست، و مقدار آن را نمی‌تواند مستقیماً اندازه‌گیری کند، این موضوع به‌طور کلی در مورد هر میدان گرانشی درست است.
علت وجود اختلاف به دلیل گرانش را می‌توان با اصل هم‌ارزی انیشتین[۲] توجیه کرد. این اصل بیان می‌کند که اثر گرانش بر اجسام از اثر شتاب دستگاه مرجع غیرقابل تفکیک است. هنگامی که در یک میدان گرانشی به وسیلهٔ اعمال نیروی واکنش از طرف زمین یا نیروی مخالف برابر دیگری به سمت بالا در حالت سکون هستیم، دستگاه مرجع برای یک شتاب‌سنج (بدنهٔ شتاب‌سنج) نسبت به دستگاه مرجع متصل به جسم در حال سقوط آزاد دارای شتابی به سمت بالا است. اثر شتاب این دستگاه مرجع از هر شتاب دیگری که روی ابزار اعمال می‌شود، غیرقابل تفکیک است؛ بنابراین یک شتاب‌سنج نمی‌تواند تفاوت بین نشستن درون یک موشک روی سکوی پرتاب و حرکت در همان موشک با شتاب  1g در اعماق فضا را تشخیص دهد.
به همین دلیل یک شتاب‌سنج در هنگام سقوط آزاد شتاب صفر را نشان می‌دهد. این موضوع شامل استفاده از شتاب‌سنج درون یک سفینهٔ اکتشافی در اعماق فضا و به دور از هر جرم، سفینه‌ای که به دور زمین می‌گردد، هواپیمایی که در قوس سهموی صفر-g یا هر مسیر سقوط آزاد دیگری در خلأ را طی می‌کند، می‌شود. یک مثال برای این مورد سقوط آزاد از ارتفاع زیاد با صرف نظر از اثر اتمسفری است.
اگرچه این موضوع در مورد یک سقوط غیر آزاد که مقاومت هوا موجب نیروی پس کشی و کاهش شتاب می‌شود صدق نمی‌کند، ولی پس از اینکه به سرعت حد رسیدیم، شتاب‌سنج شتاب  1g به سمت بالا را احساس می‌کند. این شتاب ناشی از نیروی پس کشی است. مثالی عملی از این مسئله هنگامی است که یک چترباز در حال سقوط به سرعت حد می‌رسد و دیگر احساس نمی‌کند که در حال سقوط آزاد است و احساسی مشابه خوابیدن روی تختی از هوا دارد.
شتاب در دستگاه SI با واحد متر بر ثانیه بر ثانیه (m/s2)، در دستگاه cgs با واحد Gal و به‌طور معمول با واحد نیروی گرانش (g) تعیین می‌شود.
به دلایل عملی برای اندازه‌گیری شتاب اجسام نسبت به زمین، مثلاً برای استفاده در سیستم‌های ناوبری ماندی، اطلاعاتی از گرانش در محل مورد نیاز است؛ که این مشکل از طریق تنظیم دستگاه در حالت سکون[۳] یا از طریق یک مدل تقریبی از گرانش در محل کنونی برطرف می‌شود.
از عمومی‌ترین سنسورهایی که برای اندازه‌گیری شتاب استفاده می‌شوند، براساس تکنولوژی بکار رفته در آنها به سه دسته تقسیم‌بندی می‌شوند[۳۸]:
- سنسور‌های شتاب‌سنج پیزوالکتریک
- سنسور‌های شتاب‌سنج استرین-گیج (Strain Gauge)
- سنسور‌های شتاب‌سنج جریان گردابی (Eddy Current)