În viața noastră de zi cu zi, întâlnim adesea obiecte care se mișcă într-o mișcare circulară. Un exemplu de obiect care se mișcă într-o mișcare circulară este acul secundar, acul minutelor și acul orelor la un ceas analog. Acul secundar parcurge întotdeauna un unghi de 360 ° în 60 de secunde (un minut) sau un unghi de 6 ° într-o secundă. Acul minutelor parcurge întotdeauna un unghi de 360 ° în 60 de minute (o oră) sau un unghi de 6 ° într-un minut. De asemenea, acul orelor parcurge întotdeauna un unghi de 360 ° în 24 de ore (o zi). Dacă un obiect se mișcă într-o mișcare circulară în mod regulat, cum ar fi acul secundar, acul minutelor sau acul orelor, atunci se spune că aceste obiecte efectuează o mișcare circulară uniformă . Puteți numi un exemplu de mișcare circulară regulată pe care ați observat-o sau imaginat-o?
Înțelegerea mișcării circulare uniforme
Mișcarea circulară uniformă are două semnificații. Primul, un obiect se mișcă în cerc cu o viteză constantă dacă, în timp ce obiectul se mișcă în cerc, viteza obiectului este întotdeauna constantă sau viteza fiecărei părți a obiectului este întotdeauna constantă. Al doilea, un obiect se mișcă în cerc cu o viteză constantă dacă viteza unghiulară a obiectului este întotdeauna constantă. Viteza unghiulară este o mărime vectorială, prin urmare, viteza unghiulară este formată din magnitudinea vitezei unghiulare și direcția vitezei unghiulare.
Ca să poți înțelege mai bine semnificația mișcare circulară uniformă, acordați atenție următoarei recenzii.
Viteză unghiulară constantă
Luați în considerare secundarul unui ceas de perete analogic. Când secundarul se rotește, toate părțile acesteia, fie că se află la capăt, la mijloc sau în apropierea axei, se rotesc împreună.
Deoarece toate părțile secundarului se rotesc împreună, atunci când secundarul parcurge un unghi de 360 de gradeo (o rotație), toate părțile secundarului parcurg, de asemenea, un unghi de 360o (o rotație). Când secundarul completează un unghi de 360 de gradeo (o rotație) timp de 60 de secunde (un minut), toate părțile acului secundar parcurg, de asemenea, un unghi de 360o timp de 60 de secunde (un minut).
Viteza unghiulară a secundarului este întotdeauna 6o/secundă, iar direcția vitezei unghiulare (direcția de rotație) a acului secundar este, de asemenea, întotdeauna constantă.
Viteză constantă
Când secundarul se rotește timp de 60 de secunde (un minut), toate părțile secundarului, atât cele apropiate de axă, cât și cele îndepărtate de axă, se rotesc și ele timp de 60 de secunde (un minut). Deși intervalul de timp pentru toate părțile secundarului este același, și anume 60 de secunde, lungimea traiectoriei parcurse de fiecare parte a secundarului este diferită. Partea secundarului care este apropiată de axă are o traiectorie mai scurtă, invers partea secundarului care este departe de axă are o traiectorie mai lungă.
Pe baza formulei de viteză de mai sus, se poate concluziona că viteza fiecărei secțiuni a acului secundar depinde de distanța sa față de axă (r). Cu cât este mai departe de axă (r mai mare), cu atât viteza este mai mare. Deși viteza fiecărei secțiuni a acului secundar este diferită, viteza fiecărei secțiuni a acului secundar este întotdeauna constantă.
Accelerația în mișcarea circulară uniformă
Există două tipuri de accelerație în mișcarea circulară: accelerația unghiulară și accelerația liniară. Accelerația unghiulară apare atunci când magnitudinea vitezei unghiulare (viteza unghiulară) sau direcția vitezei unghiulare se modifică. Invers, accelerația liniară apare atunci când magnitudinea vitezei (sau a vitezei) sau direcția vitezei se modifică.
În mișcarea circulară uniformă, magnitudinea vitezei unghiulare și direcția vitezei unghiulare sunt întotdeauna constante, prin urmare nu există accelerație unghiulară în mișcarea circulară uniformă. În mișcarea circulară uniformă, doar magnitudinea vitezei, sau viteza, este întotdeauna constantă, în timp ce direcția vitezei se schimbă mereu. Deoarece direcția vitezei se schimbă mereu, trebuie să existe accelerație în mișcarea circulară uniformă, având în vedere definiția accelerare este o modificare a vitezei (modificarea magnitudinii vitezei și/sau a direcției vitezei).
Accelerație centripetală
Accelerația care apare datorită unei schimbări a direcției vitezei este accelerația centripetă. Accelerația centripetală este numită și accelerație radială. Accelerația centripetală, sau accelerația radială, este un tip de accelerație, cunoscută și sub numele de accelerație liniară. Accelerația centripetală este o mărime vectorială, prin urmare are atât magnitudine, cât și direcție.
Magnitudinea accelerației centripete
Magnitudinea accelerației centripete este exprimată prin ecuația:
Direcția accelerației centripete
Direcția accelerației centripete este întotdeauna spre centrul cercului, așa cum se arată în figura de mai jos.
