V našom každodennom živote sa často stretávame s objektmi, ktoré sa pohybujú po kruhu. Príkladom objektu, ktorý sa pohybuje po kruhu, je sekundová ručička, minútová ručička a hodinová ručička na analógových hodinách. Sekundová ručička vždy prejde uhol 360 ° za 60 sekúnd (jednu minútu) alebo uhol 6 ° za jednu sekundu. Minútová ručička vždy prejde uhol 360 ° za 60 minút (jednu hodinu) alebo uhol 6 ° za jednu minútu. Hodinová ručička tiež vždy prejde uhol 360 ° za 24 hodín (jeden deň). Ak sa objekt pohybuje pravidelne po kruhu, ako napríklad sekundová ručička, minútová ručička alebo hodinová ručička, potom sa hovorí, že tieto objekty vykonávajú rovnomerný kruhový pohyb . Viete uviesť príklad pravidelného kruhového pohybu, ktorý ste pozorovali alebo si predstavovali?
Pochopenie rovnomerného kruhového pohybu
Rovnomerný kruhový pohyb má dva významy. Prvý, objekt sa pohybuje v kruhu konštantnou rýchlosťou, ak je pri pohybe objektu v kruhu jeho rýchlosť vždy konštantná alebo je rýchlosť každej časti objektu vždy konštantná. Druhý, objekt sa pohybuje po kružnici konštantnou rýchlosťou, ak je uhlová rýchlosť objektu vždy konštantná. Uhlová rýchlosť je vektorová veličina, preto sa uhlová rýchlosť skladá z veľkosti uhlovej rýchlosti a smeru uhlovej rýchlosti.
Aby ste lepšie pochopili význam rovnomerný kruhový pohyb, venujte pozornosť nasledujúcej recenzii.
Konštantná uhlová rýchlosť
Predstavte si sekundovú ručičku na analógových nástenných hodinách. Keď sa sekundová ručička otáča, všetky časti sekundovej ručičky, či už na konci, v strede alebo blízko osi, sa otáčajú spoločne.
Pretože všetky časti sekundovej ručičky sa otáčajú spoločne, keď sa sekundová ručička pohybuje o 360 stupňovo (jedna otáčka), všetky časti sekundovej ručičky sa tiež pohybujú o uhol 360o (jedna otáčka). Keď sekundová ručička dokončí 360-stupňový uholo (jedna otáčka) počas 60 sekúnd (jednej minúty), všetky časti sekundovej ručičky sa tiež pohybujú o uhol 360o po dobu 60 sekúnd (jednej minúty).
Uhlová rýchlosť sekundovej ručičky je vždy 6o/sekunda a smer uhlovej rýchlosti (smer otáčania) sekundovej ručičky je tiež vždy konštantný.
Konštantná rýchlosť
Keď sa sekundová ručička otáča 60 sekúnd (jednu minútu), všetky časti sekundovej ručičky, tie blízko osi aj tie ďaleko od osi, sa tiež otáčajú 60 sekúnd (jednu minútu). Hoci časový interval pre všetky časti sekundovej ručičky je rovnaký, a to 60 sekúnd, dĺžka dráhy, ktorú prejde každá časť sekundovej ručičky, je iná. Časť sekundovej ručičky, ktorá je blízko osi, má kratšiu dráhu, naopak časť sekundovej ručičky, ktorá je od osi ďaleko, má dlhšiu dráhu.
Na základe vyššie uvedeného vzorca pre rýchlosť možno vyvodiť záver, že rýchlosť každej časti sekundovej ručičky závisí od jej vzdialenosti od osi (r). Čím ďalej od osi (vyššie r), tým vyššia je rýchlosť. Hoci je rýchlosť každej časti ručičky iná, rýchlosť každej časti ručičky je vždy konštantná.
Zrýchlenie pri rovnomernom kruhovom pohybe
Pri kruhovom pohybe existujú dva typy zrýchlenia: uhlové zrýchlenie a lineárne zrýchlenie. Uhlové zrýchlenie nastáva, keď sa zmení veľkosť uhlovej rýchlosti (uhlová rýchlosť) alebo smer uhlovej rýchlosti. Naopak, lineárne zrýchlenie nastáva, keď sa zmení veľkosť rýchlosti (alebo otáčky) alebo smer rýchlosti.
Pri rovnomernom kruhovom pohybe je veľkosť uhlovej rýchlosti a smer uhlovej rýchlosti vždy konštantné, preto pri rovnomernom kruhovom pohybe neexistuje uhlové zrýchlenie. Pri rovnomernom kruhovom pohybe je vždy konštantná iba veľkosť rýchlosti alebo rýchlosť, zatiaľ čo smer rýchlosti sa neustále mení. Pretože smer rýchlosti sa neustále mení, musí pri rovnomernom kruhovom pohybe existovať zrýchlenie, berúc do úvahy definíciu zrýchlenie je zmena rýchlosti (zmena veľkosti rýchlosti a/alebo smeru rýchlosti).
Dostredivé zrýchlenie
Zrýchlenie, ku ktorému dochádza v dôsledku zmeny smeru rýchlosti, je dostredivé zrýchlenie. Dostredivé zrýchlenie sa nazýva aj radiálne zrýchlenie. Dostredivé zrýchlenie alebo radiálne zrýchlenie je typ zrýchlenia, známe aj ako lineárne zrýchlenie. Dostredivé zrýchlenie je vektorová veličina, preto má veľkosť aj smer.
Veľkosť dostredivého zrýchlenia
Veľkosť dostredivého zrýchlenia sa vyjadruje rovnicou:
Smer dostredivého zrýchlenia
Smer dostredivého zrýchlenia je vždy smerom do stredu kružnice, ako je znázornené na obrázku nižšie.
