Moviment circular uniforme

Article sobre el moviment circular uniforme

A la vida quotidiana, sovint trobem objectes que es mouen en un moviment circular uniforme. Un exemple d'un objecte que experimenta un moviment circular uniforme és la segona agulla, l'agulla dels minuts i l'agulla del rellotge analògic. La segona agulla sempre gira en un angle de 360 ^° durant 60 segons (un minut) o gira en un angle de 6 ^{° durant un segon. L'agulla dels minuts sempre gira en un angle de 360 °} durant 60 minuts (una hora) o gira en un angle de 6 ^° durant un minut. L'agulla de les hores també sempre gira 360 ^° durant 24 hores (un dia). Si un objecte es mou en un cercle regular, com ara una segona agulla, una agulla dels minuts o una agulla de rellotge, es diu que els objectes estan fent el moviment circular. Se us acudeixen exemples d'objectes que es mouen en un moviment circular?

Definició de moviment circular uniforme

El moviment circular uniforme té dos significats. Primer, es diu que un objecte fa un moviment circular no uniforme si, mentre 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, es diu que un objecte fa un moviment circular uniforme 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 i la direcció de la velocitat angular. Per entendre millor el significat del moviment circular uniforme, mireu la il·lustració següent.

La velocitat angular (ω) és constant

Revisa la segona agulla d'un rellotge de paret analògic. Quan la segona agulla gira, totes les parts de la segona agulla, tant les situades a l'extrem, al mig com a prop de l'eix, giren juntes. Com que totes les parts de la segona agulla giren juntes, quan la segona agulla gira en un angle de 360 ^° (una revolució), totes les parts de la maneta dels segons també giren en un angle de 360 ^° (una revolució). Quan la segona agulla pren un angle de 36 ^° (una revolució) durant 60 segons (un minut), totes les parts de la segona agulla també giren l'angle de 360 ^° durant 60 segons (un minut).

La velocitat angular de la segona agulla és de 6 ^o /s.

ω = velocitat angular, θ = angle, t = temps

La velocitat angular de la segona agulla és sempre de 6 ^o /s i la direcció de la velocitat angular (direcció de rotació) de la segona agulla és sempre constant.

La velocitat (v) és constant

Quan la segona agulla gira durant 60 segons (un minut), totes les parts de la segona agulla, ja siguin properes a l'eix o lluny de l'eix, també giren durant 60 segons (un minut). Tot i que l'interval de temps de totes les parts de la segona agulla és el mateix, és a dir, 60 segons, la longitud de la trajectòria que passa per cada part de la segona agulla varia. La part de la segona agulla que està a prop de l'eix té una trajectòria més curta, mentre que la part de la segona agulla que està lluny de l'eix té una trajectòria més llarga.

v = velocitat, d = longitud, t = interval de temps, T = període (temps necessari per girar una volta), r = distància des de l'eix de rotació.

Basant-nos en la fórmula de la velocitat, es pot concloure que la velocitat de cada part de la segona agulla depèn de la seva distància a l'eix de rotació (r). Com més lluny de l'eix (més gran), més gran és la velocitat. Tot i que la velocitat de cada part de l'agulla és diferent, la velocitat de cada part de l'agulla sempre és constant.

acceleració centrípeta

Hi ha dos tipus d'acceleració en un moviment circular, és a dir, l'acceleració angular i l'acceleració lineal. L'acceleració angular es produeix quan la velocitat angular o la direcció de la velocitat angular canvia. En lloc de ser lineal, l'acceleració es produeix quan la velocitat o la direcció de la velocitat canvia. En el moviment circular uniforme, la velocitat angular i la direcció de la velocitat angular són sempre constants. Per tant, no hi ha acceleració angular en el moviment circular uniforme. En el moviment circular uniforme, només la velocitat és sempre constant. La direcció de la velocitat canvia constantment o no és constant. Com que la direcció de la velocitat lineal canvia constantment, hi ha d'haver una acceleració lineal en el moviment circular uniforme.

L'acceleració que es produeix a causa de canvis en la direcció de la velocitat s'anomena acceleració centrípeta. L'acceleració centrípeta també s'anomena acceleració radial. L'acceleració centrípeta o acceleració radial és un tipus d'acceleració lineal. L'acceleració centrípeta és una quantitat vectorial. Per tant, l'acceleració centrípeta té una magnitud i una direcció.

Magnitud de l'acceleració centrípeta:

a _c = magnitud de l'acceleració centrípeta

v = velocitat

r = distància des de l'eix

ω = velocitat angular

Preguntes i respostes conceptuals sobre el moviment circular uniforme

1. Pregunta: Què s'entén per moviment circular uniforme? Resposta: El moviment circular uniforme fa referència al moviment d'un objecte que es mou a una velocitat constant en una trajectòria circular.
2. Pregunta: Quin tipus d'acceleració experimenta un objecte en moviment circular uniforme? Resposta: Un objecte en moviment circular uniforme experimenta una acceleració centrípeta que sempre es dirigeix ​​cap al centre de la trajectòria circular.
3. Pregunta: Com varia la velocitat d'un objecte en moviment circular uniforme? Resposta: En el moviment circular uniforme, la magnitud de la velocitat roman constant, però la seva direcció canvia contínuament, per tant, la velocitat no és constant.
4. Pregunta: Indica i explica la fórmula de la magnitud de l'acceleració centrípeta. Resposta: La fórmula per a la magnitud de l'acceleració centrípeta és a = v²/r, on v és la velocitat de l'objecte i r és el radi de la trajectòria circular. Aquesta fórmula representa el fet que l'acceleració és directament proporcional al quadrat de la velocitat i inversament proporcional al radi.
5. Pregunta: Què proporciona la força centrípeta a un planeta que orbita al voltant del Sol? Resposta: La força gravitatòria entre el planeta i el sol proporciona la força centrípeta que manté el planeta en moviment en la seva òrbita.
6. Pregunta: Què passaria amb la velocitat d'un planeta a mesura que s'acosta al Sol en la seva òrbita el·líptica? Resposta: Segons la segona llei de Kepler (la llei de les àrees), un planeta es mou més ràpid quan està més a prop del sol i més lentament quan està més lluny.
7. Pregunta: En quin escenari la força centrípeta esdevé zero per a un objecte que es mou en una trajectòria circular? Resposta: Si l'objecte s'allibera de la seva trajectòria circular, la força centrípeta esdevé zero, ja que ja no hi ha cap força que estiri l'objecte cap al centre.
8. Pregunta: Quin paper juga la fricció en el moviment circular uniforme d'un cotxe que es mou al voltant d'una corba? Resposta: Quan un cotxe es mou per una corba, la fricció entre els pneumàtics i la carretera proporciona la força centrípeta necessària per mantenir el cotxe en moviment en una trajectòria circular.
9. Pregunta: Pot un objecte estar en equilibri en un moviment circular uniforme? Resposta: No, un objecte en moviment circular uniforme no està en equilibri perquè hi actua una força neta (la força centrípeta) i un canvi constant en la direcció de la seva velocitat.
10. Pregunta: Quina és la direcció del vector velocitat en qualsevol punt de la trajectòria circular? Resposta: En qualsevol punt de la trajectòria circular, el vector velocitat és tangent a la circumferència i en la direcció del moviment.
11. Pregunta: Com es pot augmentar l'acceleració centrípeta d'un objecte en moviment circular uniforme? Resposta: L'acceleració centrípeta es pot augmentar augmentant la velocitat de l'objecte o disminuint el radi de la trajectòria circular.
12. Pregunta: És possible que un objecte tingui una velocitat constant però que alhora acceleri? Explica-ho fent referència al moviment circular uniforme. Resposta: Sí, en el moviment circular uniforme, un objecte es mou amb una velocitat constant però la seva velocitat no és constant perquè la seva direcció canvia contínuament. El canvi de velocitat implica una acceleració (l'acceleració centrípeta).
13. Pregunta: Hi ha algun treball realitzat per la força centrípeta sobre un objecte en moviment circular uniforme? Resposta: No, el treball realitzat per la força centrípeta és zero perquè la força és perpendicular a la direcció del moviment, i el treball es defineix com la component de la força en la direcció del moviment.
14. Pregunta: Què li passa a un objecte en moviment circular uniforme si la força centrípeta desapareix sobtadament? Resposta: Si la força centrípeta desaparegués sobtadament, l'objecte es mouria en línia recta tangent a la trajectòria circular, seguint la primera llei del moviment de Newton.
15. Pregunta: Quina és la fórmula de la força centrípeta? Resposta: La fórmula de la força centrípeta és F = mv²/r, on m és la massa de l'objecte, v és la velocitat i r és el radi de la trajectòria circular.
16. Pregunta: Com afecta la massa d'un objecte a la força centrípeta en el moviment circular uniforme? Resposta: La força centrípeta és directament proporcional a la massa de l'objecte. Si la massa augmenta, la força centrípeta també augmentarà, atès que la velocitat i el radi es mantenen constants.
17. Pregunta: El període de rotació depèn de la massa de l'objecte en moviment circular uniforme? Resposta: No, el període de rotació no depèn de la massa de l'objecte. Només depèn de la velocitat de l'objecte i del radi de la trajectòria circular.
18. Pregunta: Quina diferència hi ha entre la força centrífuga i la força centrípeta? Resposta: La força centrípeta és la força real que actua cap al centre del cercle causant un moviment circular. La força centrífuga, en canvi, és una força fictícia observada en un marc de referència giratori, que actua cap a fora, allunyant-se del centre de rotació.
19. Pregunta: Per què la força centrípeta no fa cap treball en un moviment circular uniforme? Resposta: La força centrípeta no fa cap treball en el moviment circular uniforme perquè la força sempre és perpendicular al desplaçament de l'objecte. Com que el treball és el producte escalar de la força i el desplaçament, i el cosinus de 90 graus és zero, no es fa cap treball.

20. Pregunta: Pot canviar la velocitat d'un objecte en moviment circular uniforme? Resposta: En el moviment circular uniforme, la velocitat de l'objecte és constant. Tanmateix, si la velocitat canviés, ja no es consideraria moviment circular uniforme. En canvi, es consideraria moviment circular no uniforme, que implica tant acceleració centrípeta com tangencial.