W naszym codziennym życiu często spotykamy obiekty poruszające się ruchem okrężnym. Jednym z przykładów obiektu poruszającego się ruchem okrężnym jest wskazówka sekundowa, minutowa i godzinowa w zegarze analogowym. Wskazówka sekundowa zawsze pokonuje kąt 360 ° w ciągu 60 sekund (jednej minuty) lub kąt 6 ° w ciągu jednej sekundy. Wskazówka minutowa zawsze pokonuje kąt 360 ° w ciągu 60 minut (jednej godziny) lub kąt 6 ° w ciągu jednej minuty. Wskazówka godzinowa również zawsze pokonuje kąt 360 ° w ciągu 24 godzin (jednego dnia). Jeśli obiekt porusza się regularnie po ruchu okrężnym, taki jak wskazówka sekundowa, minutowa lub godzinowa, to mówi się, że obiekty te wykonują jednostajny ruch okrężny . Czy możesz podać przykład regularnego ruchu okrężnego, który zaobserwowałeś lub sobie wyobraziłeś?
Zrozumienie ruchu jednostajnego po okręgu
Jednostajny ruch po okręgu ma dwa znaczenia. Pierwszy, obiekt porusza się po okręgu ze stałą prędkością, jeżeli w czasie poruszania się po okręgu jego prędkość jest zawsze stała lub prędkość każdej części obiektu jest zawsze stała. DrugiObiekt porusza się po okręgu ze stałą prędkością, jeśli jego prędkość kątowa jest zawsze stała. Prędkość kątowa jest wielkością wektorową, dlatego prędkość kątowa składa się z wartości prędkości kątowej i kierunku prędkości kątowej.
Abyś mógł lepiej zrozumieć znaczenie jednostajny ruch okrężny, zwróć uwagę na poniższą recenzję.
Stała prędkość kątowa
Rozważmy wskazówkę sekundową w analogowym zegarze ściennym. Gdy wskazówka sekundowa się obraca, wszystkie jej części, czy to na końcu, w środku, czy w pobliżu osi, obracają się jednocześnie.
Ponieważ wszystkie części wskazówki sekundowej obracają się razem, gdy wskazówka sekundowa porusza się po kącie 360 stopnio (jeden obrót) – wszystkie części wskazówki sekundowej również poruszają się o kąt 360 stopnio (jeden obrót). Gdy wskazówka sekundowa wykona pełny obrót o 360 stopnio (jeden obrót) przez 60 sekund (jedną minutę), wszystkie części wskazówki sekundowej również poruszają się o kąt 360 stopnio przez 60 sekund (jedną minutę).
Prędkość kątowa wskazówki sekundowej zawsze wynosi 6o/sekundę, a kierunek prędkości kątowej (kierunek obrotu) wskazówki sekundowej jest zawsze stały.
Stała prędkość
Gdy wskazówka sekundowa obraca się przez 60 sekund (jedną minutę), wszystkie jej części, zarówno te blisko osi, jak i te dalej od niej, również obracają się przez 60 sekund (jedną minutę). Chociaż odstęp czasu dla wszystkich części wskazówki sekundowej jest taki sam, czyli wynosi 60 sekund, długość drogi pokonywanej przez każdą część wskazówki sekundowej jest inna. Część wskazówki sekundowej blisko osi ma krótszą drogę, natomiast część wskazówki sekundowej dalej od osi ma dłuższą drogę.
Na podstawie powyższego wzoru na prędkość można stwierdzić, że prędkość każdego odcinka wskazówki sekundowej zależy od jego odległości od osi (r). Im dalej od osi (im większe r), tym większa prędkość. Chociaż prędkość każdego odcinka wskazówki jest inna, prędkość każdego odcinka wskazówki jest zawsze stała.
Przyspieszenie w ruchu jednostajnym po okręgu
W ruchu okrężnym występują dwa rodzaje przyspieszenia: przyspieszenie kątowe i przyspieszenie liniowe. Przyspieszenie kątowe występuje, gdy zmienia się wartość prędkości kątowej (prędkość kątowa) lub kierunek prędkości kątowej. Natomiast przyspieszenie liniowe występuje, gdy zmienia się wartość prędkości (lub szybkość) lub kierunek prędkości.
W ruchu jednostajnym po okręgu wartość prędkości kątowej i kierunek prędkości kątowej są zawsze stałe, dlatego w ruchu jednostajnym po okręgu nie występuje przyspieszenie kątowe. W ruchu jednostajnym po okręgu stała jest jedynie wartość prędkości, czyli prędkość, natomiast kierunek prędkości zmienia się nieustannie. Ponieważ kierunek prędkości zmienia się nieustannie, w ruchu jednostajnym po okręgu musi występować przyspieszenie, biorąc pod uwagę definicję. przyśpieszenie jest zmianą prędkości (zmianą wartości prędkości i/lub kierunku prędkości).
Przyspieszenie dośrodkowe
Przyspieszenie, które występuje w wyniku zmiany kierunku prędkości, to przyspieszenie dośrodkowe. Przyspieszenie dośrodkowe nazywane jest również przyspieszeniem radialnym. Przyspieszenie dośrodkowe, czyli przyspieszenie radialne, to rodzaj przyspieszenia, znany również jako przyspieszenie liniowe. Przyspieszenie dośrodkowe jest wielkością wektorową, a zatem ma zarówno wartość, jak i kierunek.
Wielkość przyspieszenia dośrodkowego
Wielkość przyspieszenia dośrodkowego wyraża się za pomocą równania:
Kierunek przyspieszenia dośrodkowego
Kierunek przyspieszenia dośrodkowego jest zawsze skierowany do środka okręgu, jak pokazano na poniższym rysunku.
