A la vida quotidiana, sovint trobem objectes que es mouen en un moviment circular uniforme. Un exemple d'un objecte que es mou en un moviment circular uniforme són les manetes dels segons, els minuts i les hores d'un rellotge analògic. La maneta dels segons sempre gira 360 graus.o durant 60 segons (un minut) o cobreix un angle de 6o durant un segon. La maneta dels minuts sempre recorre un angle de 360o durant 60 minuts (una hora) o cobrir un angle de 6o durant un minut. L'agulla de les hores també sempre recorre un angle de 360o durant 24 hores (un dia). Si un objecte es mou en cercle regularment, com ara la maneta dels segons, la maneta dels minuts o la maneta de les hores, es diu que els objectes estan actuant moviment circular uniformePots esmentar algun exemple de moviment circular regular que hagis observat o imaginat?
Comprensió del moviment circular uniforme
El moviment circular uniforme té dos significats. Primer, un objecte es mou en cercle a una velocitat constant si, mentre l'objecte es mou en cercle, la velocitat de l'objecte és sempre constant o la velocitat de cada part de l'objecte és sempre constant. Segon, un objecte es mou en un cercle a una velocitat constant si la velocitat angular de l'objecte és sempre constant. La velocitat angular és una quantitat vectorial, per tant, la velocitat angular consisteix en la magnitud de la velocitat angular i la direcció de la velocitat angular.
Perquè puguis entendre millor el significat moviment circular uniforme, presteu atenció a la següent ressenya.
Velocitat angular constant
Considerem la maneta dels segons d'un rellotge de paret analògic. Quan la maneta dels segons gira, totes les parts de la maneta dels segons, ja siguin al final, al mig o a prop de l'eix, giren juntes.
Com que totes les parts de la maneta dels segons giren juntes, quan la maneta dels segons recorre un angle de 360 grauso (una rotació), totes les parts de la maneta dels segons també recorren un angle de 360o (una rotació). Quan la maneta dels segons completa un angle de 360 grauso (una rotació) durant 60 segons (un minut), totes les parts de la maneta dels segons també recorren un angle de 360o durant 60 segons (un minut).
La velocitat angular de la maneta dels segons sempre és de 6o/segon i la direcció de la velocitat angular (direcció de rotació) de la maneta dels segons també és sempre constant.
Velocitat constant
Quan la maneta dels segons gira durant 60 segons (un minut), totes les parts de la maneta dels segons, tant les que són properes a l'eix com les que són allunyades de l'eix, també giren durant 60 segons (un minut). Tot i que l'interval de temps per a totes les parts de la maneta dels segons és el mateix, és a dir, 60 segons, la longitud del camí recorregut per cada part de la maneta dels segons és diferent. La part de la maneta dels segons que és propera a l'eix té un camí més curt, en canvi la part de la maneta dels segons que és allunyada de l'eix té un camí més llarg.
Basant-nos en la fórmula de velocitat anterior, es pot concloure que la velocitat de cada secció de la maneta dels segons depèn de la seva distància a l'eix (r). Com més lluny de l'eix (r més alta), més gran és la velocitat. Tot i que la velocitat de cada secció de la maneta és diferent, la velocitat de cada secció de la maneta sempre és constant.
Acceleració en moviment circular uniforme
Hi ha dos tipus d'acceleració en el moviment circular: l'acceleració angular i l'acceleració lineal. L'acceleració angular es produeix quan canvia la magnitud de la velocitat angular (velocitat angular) o la direcció de la velocitat angular. Per contra, l'acceleració lineal es produeix quan canvia la magnitud de la velocitat (o velocitat) o la direcció de la velocitat.
En el moviment circular uniforme, la magnitud velocitat angular i la direcció de la velocitat angular és sempre constant, per tant no hi ha acceleració angular en el moviment circular uniforme. En el moviment circular uniforme, només la magnitud de la velocitat, també coneguda com a velocitat, és sempre constant, mentre que la direcció de la velocitat sempre canvia. Com que la direcció de la velocitat sempre canvia, hi ha d'haver acceleració en el moviment circular uniforme, considerant la definició acceleració és un canvi de velocitat (canvi en la magnitud de la velocitat i/o la direcció de la velocitat).
Acceleració centrípeta
L'acceleració que es produeix a causa d'un canvi en la direcció de la velocitat és acceleració centrípeta. L'acceleració centrípeta també s'anomena acceleració radial. L'acceleració centrípeta, o acceleració radial, és un tipus d'acceleració, també coneguda com a acceleració lineal. L'acceleració centrípeta és una quantitat vectorial, per tant té tant magnitud com direcció.
La magnitud de l'acceleració centrípeta
La magnitud de l'acceleració centrípeta s'expressa mitjançant l'equació:
Direcció de l'acceleració centrípeta
La direcció de l'acceleració centrípeta és sempre cap al centre del cercle, tal com es mostra a la figura següent.
