Lëvizja rrethore uniforme

Artikull mbi lëvizjen rrethore uniforme

Në jetën e përditshme, shpesh hasim objekte që lëvizin në një lëvizje rrethore uniforme. Një shembull i një objekti që i nënshtrohet lëvizjes rrethore uniforme është gjilpëra e dytë, gjilpëra e minutës dhe gjilpëra e orës në orën analoge. Gjilpëra e dytë rrotullohet gjithmonë në një kënd prej 360 ^° për 60 sekonda (një minutë) ose rrotullohet në një kënd prej 6 ^° për një sekondë. Gjilpëra e minutës rrotullohet gjithmonë në një kënd prej 360 ^° për 60 minuta (një orë) ose rrotullohet në një kënd prej 6 ^° për një minutë. Gjilpëra e orës gjithashtu rrotullohet gjithmonë 360 ^° për 24 orë (një ditë). Nëse një objekt lëviz në një rreth të rregullt, siç është një gjilpërë e dytë, një gjilpërë minutëshe ose një gjilpërë ore, atëherë thuhet se objektet po bëjnë lëvizjen rrethore. A mund të mendoni për shembuj të objekteve që lëvizin në një lëvizje rrethore?

Përkufizimi i lëvizjes rrethore uniforme

Lëvizja rrethore uniforme ka dy kuptime. Së pari, një objekt thuhet se kryen lëvizje rrethore jo uniforme nëse, për sa kohë që objekti lëviz në një rreth, shpejtësia e objektit është gjithmonë konstante ose shpejtësia e secilës pjesë të objektit është gjithmonë konstante. Së dyti, një objekt thuhet se kryen një lëvizje rrethore uniforme nëse shpejtësia këndore e objektit është gjithmonë konstante. Shpejtësia këndore është një madhësi vektoriale. Prandaj, shpejtësia këndore përbëhet nga madhësia dhe drejtimi i shpejtësisë këndore. Për të kuptuar më mirë kuptimin e lëvizjes rrethore uniforme, shikoni ilustrimin e mëposhtëm.

Shpejtësia këndore (ω) është konstante

Rishikoni gjilpërën e dytë në një orë muri analoge. Kur gjilpëra e dytë rrotullohet, të gjitha pjesët e gjilpërës së dytë, si ato që ndodhen në fund, në mes dhe pranë boshtit, rrotullohen së bashku. Meqenëse të gjitha pjesët e gjilpërës së dytë rrotullohen së bashku, kur gjilpëra e dytë rrotullohet në një kënd prej 360 ^o (një rrotullim), të gjitha pjesët e akrepit të sekondave rrotullohen gjithashtu në një kënd prej 360 ^o (një rrotullim). Kur gjilpëra e dytë merr një kënd prej 36 ^o (një rrotullim) për 60 sekonda (një minutë), të gjitha pjesët e gjilpërës së dytë rrotullohen gjithashtu në këndin 360 ^o për 60 sekonda (një minutë).

Shpejtësia këndore e gjilpërës së dytë është 6 ^o /s.

ω = shpejtësia këndore, θ = këndi, t = koha

Shpejtësia këndore e gjilpërës së dytë është gjithmonë 6 ^o /s dhe drejtimi i shpejtësisë këndore (drejtimi i rrotullimit) të gjilpërës së dytë është gjithmonë konstant.

Shpejtësia (v) është konstante

Kur gjilpëra e dytë rrotullohet për 60 sekonda (një minutë), të gjitha pjesët e gjilpërës së dytë, qoftë afër boshtit ose larg boshtit, rrotullohen gjithashtu për 60 sekonda (një minutë). Edhe pse intervali kohor i të gjitha pjesëve të gjilpërës së dytë është i njëjtë, pra 60 sekonda, gjatësia e trajektores që kalon nëpër secilën pjesë të gjilpërës së dytë ndryshon. Pjesa e gjilpërës së dytë që është afër boshtit ka një trajektore më të shkurtër, ndërsa pjesa e gjilpërës së dytë që është larg boshtit ka një trajektore më të gjatë.

Shih edhe Termometra dhe shkallë temperature

v = shpejtësia, d = gjatësia, t = intervali kohor, T = periudha (koha e nevojshme për të rrotulluar një rreth), r = distanca nga boshti i rrotullimit.

Bazuar në formulën e shpejtësisë, mund të konkludohet se shpejtësia e secilës pjesë të gjilpërës së dytë varet nga distanca e saj nga boshti i rrotullimit (r). Sa më larg nga boshti (më i madh), aq më e madhe është shpejtësia. Edhe pse shpejtësia e secilës pjesë të gjilpërës është e ndryshme, shpejtësia e secilës pjesë të gjilpërës është gjithmonë konstante.

Përshpejtimi centripetal

Ekzistojnë dy lloje nxitimi në një lëvizje rrethore, përkatësisht nxitimi këndor dhe nxitimi linear. Nxitimi këndor ndodh kur shpejtësia këndore (shpejtësia këndore) ose drejtimi i shpejtësisë këndore ndryshon. Në vend të nxitimit linear, nxitimi ndodh kur shpejtësia ose drejtimi i shpejtësisë ndryshon. Në lëvizjen rrethore uniforme, shpejtësia këndore dhe drejtimi i shpejtësisë këndore janë gjithmonë konstante. Prandaj, nuk ka nxitim këndor në lëvizjen rrethore uniforme. Në lëvizjen rrethore uniforme, vetëm shpejtësia është gjithmonë konstante. Drejtimi i shpejtësisë ndryshon vazhdimisht ose nuk është konstant. Meqenëse drejtimi i shpejtësisë lineare ndryshon vazhdimisht, duhet të ketë një nxitim linear në lëvizjen rrethore uniforme.

Nxitimi që ndodh për shkak të ndryshimeve në drejtimin e shpejtësisë quhet nxitim centripetal. Nxitimi centripetal quhet edhe nxitim radial. Nxitimi centripetal ose nxitimi radial është një lloj nxitimi linear. Nxitimi centripetal është një madhësi vektoriale. Prandaj, nxitimi centripetal ka një madhësi dhe drejtim.

Madhësia e nxitimit centripetal:

Lëvizje rrethore uniforme 3 Lëvizje rrethore uniforme 4

a _c = madhësia e nxitimit centripetal

v = shpejtësia

r = distanca nga boshti

ω = shpejtësia këndore

Pyetje dhe përgjigje konceptuale rreth lëvizjes rrethore uniforme

Pyetje: Çfarë nënkuptohet me lëvizje rrethore uniforme? Përgjigje: Lëvizja rrethore uniforme i referohet lëvizjes së një objekti që lëviz me një shpejtësi konstante në një trajektore rrethore.
Pyetje: Çfarë lloj nxitimi përjeton një objekt në lëvizje rrethore uniforme? Përgjigje: Një objekt në lëvizje rrethore uniforme përjeton një nxitim centripetal që drejtohet gjithmonë drejt qendrës së trajektores rrethore.
Pyetje: Si ndryshon shpejtësia e një objekti në lëvizje rrethore uniforme? Përgjigje: Në lëvizjen rrethore uniforme, madhësia e shpejtësisë mbetet konstante, por drejtimi i saj ndryshon vazhdimisht, prandaj shpejtësia nuk është konstante.
Pyetje: Tregoni dhe shpjegoni formulën për madhësinë e nxitimit centripetal. Përgjigje: Formula për madhësinë e nxitimit centripetal është a = v²/r, ku v është shpejtësia e objektit dhe r është rrezja e trajektores rrethore. Kjo formulë përfaqëson faktin se nxitimi është drejtpërdrejt proporcional me katrorin e shpejtësisë dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me rrezen.
Pyetje: Çfarë e siguron forcën centripetale për një planet që rrotullohet rreth diellit? Përgjigje: Forca gravitacionale midis planetit dhe diellit siguron forcën centripetale që e mban planetin në lëvizje në orbitën e tij.
Pyetje: Çfarë do të ndodhte me shpejtësinë e një planeti ndërsa ai i afrohet diellit në orbitën e tij eliptike? Përgjigje: Sipas ligjit të dytë të Keplerit (ligji i sipërfaqeve), një planet lëviz më shpejt kur është më afër diellit dhe më ngadalë kur është më larg.
Pyetje: Në cilin skenar forca centripetale bëhet zero për një objekt që lëviz në një trajektore rrethore? Përgjigje: Nëse objekti lirohet nga trajektorja e tij rrethore, forca centripetale bëhet zero pasi nuk ka më asnjë forcë që e tërheq objektin drejt qendrës.
Pyetje: Çfarë roli luan fërkimi në lëvizjen rrethore uniforme të një makine që lëviz në një kurbë? Përgjigje: Kur një makinë lëviz në një kthesë, fërkimi midis gomave dhe rrugës siguron forcën e nevojshme centripetale për ta mbajtur makinën në lëvizje në një trajektore rrethore.
Pyetje: A mund të jetë një objekt në ekuilibër në lëvizje rrethore uniforme? Përgjigje: Jo, një objekt në lëvizje rrethore uniforme nuk është në ekuilibër sepse mbi të vepron një forcë rezistenciale (forca centripetale) dhe një ndryshim konstant në drejtimin e shpejtësisë së tij.
Pyetje: Cili është drejtimi i vektorit të shpejtësisë në çdo pikë të trajektores rrethore? Përgjigje: Në çdo pikë të trajektores rrethore, vektori i shpejtësisë është tangjent me rrethin dhe në drejtimin e lëvizjes.
Pyetje: Si mund ta rrisni nxitimin centripetal të një objekti në lëvizje rrethore uniforme? Përgjigje: Përshpejtimi centripetal mund të rritet duke rritur shpejtësinë e objektit ose duke zvogëluar rrezen e trajektores rrethore.
Pyetje: A është e mundur që një objekt të ketë një shpejtësi konstante, por prapëseprapë të përshpejtohet? Shpjegojeni duke iu referuar lëvizjes rrethore uniforme. Përgjigje: Po, në lëvizjen rrethore uniforme, një objekt lëviz me një shpejtësi konstante, por shpejtësia e tij nuk është konstante sepse drejtimi i tij ndryshon vazhdimisht. Ndryshimi i shpejtësisë nënkupton një nxitim (nxitimi centripetal).
Pyetje: A kryhet ndonjë punë nga forca centripetale mbi një objekt në lëvizje rrethore uniforme? Përgjigje: Jo, puna e bërë nga forca centripetale është zero sepse forca është pingule me drejtimin e lëvizjes, dhe puna përcaktohet si përbërësi i forcës në drejtimin e lëvizjes.
Pyetje: Çfarë i ndodh një objekti në lëvizje rrethore uniforme nëse forca centripetale zhduket papritur? Përgjigje: Nëse forca centripetale zhdukej papritur, objekti do të lëvizte në një vijë të drejtë tangjente me trajektoren rrethore, duke ndjekur ligjin e parë të lëvizjes së Njutonit.
Pyetje: Cila është formula për forcën centripetale? Përgjigje: Formula për forcën centripetale është F = mv²/r, ku m është masa e objektit, v është shpejtësia dhe r është rrezja e trajektores rrethore.
Pyetje: Si ndikon masa e një objekti në forcën centripetale në lëvizjen rrethore uniforme? Përgjigje: Forca centripetale është drejtpërdrejt proporcionale me masën e objektit. Nëse masa rritet, forca centripetale do të rritet gjithashtu, duke pasur parasysh që shpejtësia dhe rrezja mbeten konstante.
Pyetje: A varet perioda e rrotullimit nga masa e objektit në lëvizje rrethore uniforme? Përgjigje: Jo, periudha e rrotullimit nuk varet nga masa e objektit. Ajo varet vetëm nga shpejtësia e objektit dhe rrezja e trajektores rrethore.
Pyetje: Cili është ndryshimi midis forcës centrifugale dhe forcës centripetale? Përgjigje: Forca centripetale është forca reale që vepron drejt qendrës së rrethit duke shkaktuar lëvizje rrethore. Forca centrifugale, nga ana tjetër, është një forcë fiktive e vërejtur në një sistem referimi që rrotullohet, që vepron nga jashtë, larg qendrës së rrotullimit.
Pyetje: Pse forca centripetale nuk kryen asnjë punë në lëvizjen rrethore uniforme? Përgjigje: Forca centripetale nuk kryen asnjë punë në lëvizjen rrethore uniforme sepse forca është gjithmonë pingule me zhvendosjen e objektit. Meqenëse puna është prodhimi pikal i forcës dhe zhvendosjes, dhe kosinusi i 90 gradëve është zero, nuk kryhet asnjë punë.
Pyetje: A mund të ndryshojë shpejtësia e një objekti në lëvizje rrethore uniforme? Përgjigje: Në lëvizjen rrethore uniforme, shpejtësia e objektit është konstante. Megjithatë, nëse shpejtësia do të ndryshonte, ajo nuk do të konsiderohej më lëvizje rrethore uniforme. Në vend të kësaj, ajo do të konsiderohej lëvizje rrethore jo uniforme, e cila përfshin nxitim si centripetal ashtu edhe tangjencial.