Eenvormige sirkelbeweging

Artikel oor die Uniforme sirkelbeweging

In die alledaagse lewe kom ons dikwels voorwerpe teë wat in 'n uniforme sirkelbeweging beweeg. Een voorbeeld van 'n voorwerp wat 'n uniforme sirkelbeweging ondergaan , is die tweede naald, die minuutnaald en die horlosienaald op die analoog horlosie. Die tweede naald roteer altyd teen 'n hoek van 360 ^° vir 60 sekondes (een minuut) of roteer teen 'n 6 ^° -hoek vir een sekonde. Die minuutnaald roteer altyd teen 'n 360 ^° -hoek vir 60 minute (een uur) of roteer teen 'n 6 ^° -hoek vir een minuut. Die uurnaald roteer ook altyd 360 ^° vir 24 uur (een dag). As 'n voorwerp in 'n gereelde sirkel beweeg, soos 'n tweede naald, 'n minuutnaald of 'n horlosienaald, word gesê dat die voorwerpe die sirkelbeweging doen. Kan jy aan voorbeelde dink van voorwerpe wat in 'n sirkelbeweging beweeg?

Definisie van uniforme sirkelbeweging

Uniforme sirkelbeweging het twee betekenisse. Eerstens word gesê dat 'n voorwerp nie-uniforme sirkelbeweging doen as, solank die voorwerp in 'n sirkel beweeg, die spoed van die voorwerp altyd konstant is of die spoed van elke deel van die voorwerp altyd konstant is. Tweedens word gesê dat 'n voorwerp 'n uniforme sirkelbeweging doen as die hoeksnelheid van die voorwerp altyd konstant is. Hoeksnelheid is 'n vektorhoeveelheid. Daarom bestaan ​​hoeksnelheid uit die grootte en rigting van die hoeksnelheid. Om die betekenis van die uniforme sirkelbeweging beter te verstaan, kyk na die volgende illustrasie.

Hoeksnelheid (ω) is konstant

Hersien die tweede naald op 'n analoog muurhorlosie. Wanneer die tweede naald roteer, roteer alle dele van die tweede naald, beide dié aan die einde, in die middel en naby die as, saam. Omdat alle dele van die tweede naald saam roteer, dan roteer alle dele van die sekondewyser ook teen 'n hoek van 360 ^° (een omwenteling) wanneer die tweede naald teen 'n hoek van 360 ^° (een omwenteling) roteer. Wanneer die tweede naald 'n hoek van 36 ^° (een omwenteling) vir 60 sekondes (een minuut) inneem, roteer alle dele van die tweede naald ook die 360 ^° -hoek vir 60 sekondes (een minuut).

Die hoeksnelheid van die tweede naald is 6 ^o /s.

ω = hoeksnelheid, θ = hoek, t = tyd

Die hoeksnelheid van die tweede naald is altyd 6 ^o /s en die rigting van die hoeksnelheid (rotasierigting) van die tweede naald is altyd konstant.

Spoed (v) is konstant

Wanneer die tweede naald vir 60 sekondes (een minuut) roteer, roteer alle dele van die tweede naald, hetsy naby die as of ver van die as, ook vir 60 sekondes (een minuut). Alhoewel die tydsinterval van alle dele van die tweede naald dieselfde is, d.w.s. 60 sekondes, wissel die lengte van die trajek wat deur elke deel van die tweede naald gaan. Die deel van die tweede naald wat naby die as is, het 'n korter trajek, terwyl die deel van die tweede naald wat ver van die as is, 'n langer trajek het.

v = spoed, d = lengte, t = tydsinterval, T = periode (tyd benodig om een ​​rondte te roteer), r = afstand vanaf die rotasie-as.

Gebaseer op die formule van die spoed, kan afgelei word dat die spoed van elke deel van die tweede naald afhang van sy afstand vanaf die rotasie-as (r). Hoe verder van die as (groter), hoe groter die spoed. Alhoewel die spoed van elke deel van die naald verskil, is die spoed van elke deel van die naald altyd konstant.

Sentripetale versnelling

Daar is twee tipes versnelling in 'n sirkelbeweging, naamlik hoekversnelling en lineêre versnelling. Hoekversnelling vind plaas wanneer die hoeksnelheid (hoeksnelheid) of rigting van hoeksnelheid verander. In plaas van lineêr, vind versnelling plaas wanneer die spoed of rigting van spoed verander. In die uniforme sirkelbeweging is die hoeksnelheid en rigting van hoeksnelheid altyd konstant. Daarom is daar geen hoekversnelling in die uniforme sirkelbeweging nie. In die uniforme sirkelbeweging is slegs spoed altyd konstant. Die rigting van spoed verander voortdurend of is nie konstant nie. Omdat die rigting van lineêre snelheid voortdurend verander, moet daar 'n lineêre versnelling in die uniforme sirkelbeweging wees.

Versnelling wat plaasvind as gevolg van veranderinge in die snelheidsrigting word die sentripetale versnelling genoem. Sentripetale versnelling word ook radiale versnelling genoem. Sentripetale versnelling of radiale versnelling is 'n tipe lineêre versnelling. Sentripetale versnelling is 'n vektorhoeveelheid. Daarom het sentripetale versnelling 'n grootte en rigting.

Grootte van die sentripetale versnelling:

a _c = grootte van die sentripetale versnelling

v = spoed

r = afstand vanaf as

ω = hoeksnelheid

Konseptuele vrae en antwoorde oor Uniforme sirkelbeweging

1. Vraag: Wat word bedoel met eenvormige sirkelbeweging? Antwoord: Uniforme sirkelbeweging verwys na die beweging van 'n voorwerp wat teen 'n konstante spoed in 'n sirkelvormige baan beweeg.
2. Vraag: Watter soort versnelling ervaar 'n voorwerp in uniforme sirkelbeweging? Antwoord: 'n Voorwerp in uniforme sirkelbeweging ervaar 'n sentripetale versnelling wat altyd na die middelpunt van die sirkelvormige baan gerig is.
3. Vraag: Hoe verander die snelheid van 'n voorwerp in uniforme sirkelbeweging? Antwoord: In uniforme sirkelbeweging bly die grootte van die snelheid konstant, maar die rigting daarvan verander voortdurend, daarom is die snelheid nie konstant nie.
4. Vraag: Noem en verduidelik die formule vir die grootte van die sentripetale versnelling. Antwoord: Die formule vir die grootte van die sentripetale versnelling is a = v²/r, waar v die spoed van die voorwerp is en r die radius van die sirkelvormige pad. Hierdie formule verteenwoordig die feit dat die versnelling direk eweredig is aan die kwadraat van die spoed en omgekeerd eweredig aan die radius.
5. Vraag: Wat verskaf die sentripetale krag vir 'n planeet wat om die son wentel? Antwoord: Die swaartekrag tussen die planeet en die son verskaf die sentripetale krag wat die planeet in sy wentelbaan beweeg.
6. Vraag: Wat sal met 'n planeet se spoed gebeur soos dit nader aan die son in sy elliptiese wentelbaan beweeg? Antwoord: Volgens Kepler se tweede wet (die wet van oppervlaktes) beweeg 'n planeet vinniger wanneer dit nader aan die son is en stadiger wanneer dit verder weg is.
7. Vraag: In watter scenario word die sentripetale krag nul vir 'n voorwerp wat in 'n sirkelvormige baan beweeg? Antwoord: As die voorwerp uit sy sirkelvormige baan vrygestel word, word die sentripetale krag nul, aangesien daar nie meer enige krag is wat die voorwerp na die middelpunt trek nie.
8. Vraag: Watter rol speel wrywing in die uniforme sirkelbeweging van 'n motor wat om 'n draai beweeg? Antwoord: Wanneer 'n motor om 'n draai beweeg, verskaf wrywing tussen die bande en die pad die nodige sentripetale krag om die motor in 'n sirkelvormige baan te laat beweeg.
9. Vraag: Kan 'n voorwerp in ewewig wees in uniforme sirkelbeweging? Antwoord: Nee, 'n voorwerp in uniforme sirkelbeweging is nie in ewewig nie, want daar is 'n netto krag wat daarop inwerk (die sentripetale krag) en 'n konstante verandering in die rigting van sy snelheid.
10. Vraag: Wat is die rigting van die snelheidsvektor by enige punt in die sirkelvormige pad? Antwoord: By enige punt in die sirkelvormige pad is die snelheidsvektor raaklynig aan die sirkel en in die rigting van beweging.
11. Vraag: Hoe kan jy die sentripetale versnelling van 'n voorwerp in uniforme sirkelbeweging verhoog? Antwoord: Sentripetale versnelling kan verhoog word deur die spoed van die voorwerp te verhoog of deur die radius van die sirkelvormige pad te verklein.
12. Vraag: Is dit moontlik vir 'n voorwerp om 'n konstante spoed te hê, maar steeds te versnel? Verduidelik met verwysing na uniforme sirkelbeweging. Antwoord: Ja, in uniforme sirkelbeweging beweeg 'n voorwerp teen 'n konstante spoed, maar die snelheid daarvan is nie konstant nie, want die rigting daarvan verander voortdurend. Die verandering in snelheid impliseer 'n versnelling (die sentripetale versnelling).
13. Vraag: Is daar enige arbeid verrig deur die sentripetale krag op 'n voorwerp in uniforme sirkelbeweging? Antwoord: Nee, die werk wat deur die sentripetale krag verrig word, is nul omdat die krag loodreg op die rigting van beweging is, en werk word gedefinieer as die komponent van krag in die rigting van beweging.
14. Vraag: Wat gebeur met 'n voorwerp in uniforme sirkelbeweging as die sentripetale krag skielik verdwyn? Antwoord: As die sentripetale krag skielik verdwyn, sou die voorwerp in 'n reguit lyn raaklynig aan die sirkelvormige baan beweeg, volgens Newton se eerste bewegingswet.
15. Vraag: Wat is die formule vir sentripetale krag? Antwoord: Die formule vir die sentripetale krag is F = mv²/r, waar m die massa van die voorwerp is, v die spoed is, en r die radius van die sirkelvormige pad is.
16. Vraag: Hoe beïnvloed die massa van 'n voorwerp die sentripetale krag in uniforme sirkelbeweging? Antwoord: Die sentripetale krag is direk eweredig aan die massa van die voorwerp. As die massa toeneem, sal die sentripetale krag ook toeneem, gegewe dat die spoed en die radius konstant bly.
17. Vraag: Hang die rotasieperiode af van die massa van die voorwerp in uniforme sirkelbeweging? Antwoord: Nee, die rotasieperiode hang nie af van die massa van die voorwerp nie. Dit hang slegs af van die spoed van die voorwerp en die radius van die sirkelvormige pad.
18. Vraag: Wat is die verskil tussen sentrifugale krag en sentripetale krag? Antwoord: Sentripetale krag is die werklike krag wat na die middelpunt van die sirkel inwerk en sirkelbeweging veroorsaak. Sentrifugale krag, aan die ander kant, is 'n fiktiewe krag wat in 'n roterende verwysingsraamwerk waargeneem word en wat na buite werk, weg van die rotasiemiddelpunt.
19. Vraag: Waarom verrig die sentripetale krag geen arbeid in uniforme sirkelbeweging nie? Antwoord: Die sentripetale krag verrig geen arbeid in uniforme sirkelbeweging nie, want die krag is altyd loodreg op die verplasing van die voorwerp. Aangesien arbeid die puntproduk van krag en verplasing is, en die kosinus van 90 grade nul is, word geen arbeid verrig nie.

20. Vraag: Kan die spoed van 'n voorwerp in uniforme sirkelbeweging verander? Antwoord: In uniforme sirkelbeweging is die spoed van die voorwerp konstant. As die spoed egter sou verander, sou dit nie meer as uniforme sirkelbeweging beskou word nie. Dit sou eerder as nie-uniforme sirkelbeweging beskou word, wat beide sentripetale en tangensiële versnelling behels.