Равномерно кружно кретање

Чланак о равномерном кружном кретању

У свакодневном животу често се сусрећемо са објектима који се крећу равномерно кружним кретањем. Један пример објекта који се креће равномерно кружним кретањем је друга игла, минутна игла и игла сата на аналогном сату. Друга игла се увек ротира под углом од 360 ^° током 60 секунди (један минут) или се ротира под углом од 6 ^° током једне секунде. Минутна игла се увек ротира под углом од 360 ^° током 60 минута (један сат) или се ротира под углом од 6 ^° током једног минута. Сатна игла се такође увек ротира за 360 ^° током 24 сата (један дан). Ако се објекат креће у правилном кругу, као што је друга игла, минутна игла или игла сата, онда се каже да се ти објекти крећу кружним кретањем. Можете ли да се сетите примера објеката који се крећу кружним кретањем?

Дефиниција равномерног кружног кретања

Равномерно кружно кретање има два значења. Прво, каже се да објекат врши неравномерно кружно кретање ако је, све док се објекат креће у кругу, брзина објекта увек константна или је брзина сваког дела објекта увек константна. Друго, каже се да објекат врши равномерно кружно кретање ако је угаона брзина објекта увек константна. Угаона брзина је векторска величина. Стога, угаона брзина се састоји од величине и правца угаоне брзине. Да бисте боље разумели значење равномерног кружног кретања, погледајте следећу илустрацију.

Угаона брзина (ω) је константна

Погледајте другу иглу на аналогном зидном сату. Када се друга игла окреће, сви делови друге игле, и они који се налазе на крају, у средини и близу осе, окрећу се заједно. Пошто се сви делови друге игле окрећу заједно, онда када се друга игла окреће под углом од 360 ^° (један обрт), сви делови секундарне казаљке се такође окрећу под углом од 360 ^° (један обрт). Када друга игла заузме угао од 36 ^° (један обрт) током 60 секунди (један минут), сви делови друге игле се такође окрећу под углом од 360 ^° током 60 секунди (један минут).

Угаона брзина друге игле је 6 ^o /s.

ω = угаона брзина, θ = угао, t = време

Угаона брзина друге игле је увек 6 ^o /s, а смер угаоне брзине (смер ротације) друге игле је увек константан.

Брзина (v) је константна

Када се друга игла ротира 60 секунди (један минут), сви делови друге игле, било близу осе или далеко од осе, такође се ротирају 60 секунди (један минут). Иако је временски интервал свих делова друге игле исти, тј. 60 секунди, дужина путање која пролази кроз сваки део друге игле варира. Део друге игле који је близу осе има краћу путању, док део друге игле који је далеко од осе има дужу путању.

v = брзина, d = дужина, t = временски интервал, T = период (време потребно за обртање једног круга), r = растојање од осе ротације.

На основу формуле за брзину, може се закључити да брзина сваког дела друге игле зависи од његове удаљености од осе ротације (r). Што је даље од осе (веће), то је брзина већа. Иако је брзина сваког дела игле различита, брзина сваког дела игле је увек константна.

Центрипетално убрзање

Постоје две врсте убрзања у кружном кретању, наиме угаоно убрзање и линеарно убрзање. Угаоно убрзање се јавља када се промени угаона брзина (кутна брзина) или смер угаоне брзине. Уместо линеарног, убрзање се јавља када се промени брзина или смер брзине. Код равномерног кружног кретања, угаона брзина и смер угаоне брзине су увек константни. Стога, код равномерног кружног кретања нема угаоног убрзања. Код равномерног кружног кретања, само је брзина увек константна. Смер брзине се стално мења или није константан. Пошто се смер линеарне брзине стално мења, мора постојати линеарно убрзање и код равномерног кружног кретања.

Убрзање које настаје услед промене правца брзине назива се центрипетално убрзање. Центрипетално убрзање се назива и радијално убрзање. Центрипетално убрзање или радијално убрзање је врста линеарног убрзања. Центрипетално убрзање је векторска величина. Стога, центрипетално убрзање има величину и смер.

Величина центрипеталног убрзања:

Равномерно кружно кретање 3 Равномерно кружно кретање 4

a _c = величина центрипеталног убрзања

v = брзина

r = растојање од осе

ω = угаона брзина

Концептуална питања и одговори о равномерном кружном кретању

Питање: Шта се подразумева под равномерно кружним кретањем? Одговор: Равномерно кружно кретање односи се на кретање објекта који се креће константном брзином по кружној путањи.
Питање: Какво убрзање доживљава објекат у равномерном кружном кретању? Одговор: Објекат у равномерном кружном кретању доживљава центрипетално убрзање које је увек усмерено ка центру кружне путање.
Питање: Како се мења брзина објекта при равномерном кружном кретању? Одговор: Код равномерног кружног кретања, величина брзине остаје константна, али се њен смер непрекидно мења, па стога брзина није константна.
Питање: Наведите и објасните формулу за величину центрипеталног убрзања. Одговор: Формула за величину центрипеталног убрзања је a = v²/r, где је v брзина објекта, а r полупречник кружне путање. Ова формула представља чињеницу да је убрзање директно пропорционално квадрату брзине и обрнуто пропорционално полупречнику.
Питање: Шта обезбеђује центрипеталну силу за планету која кружи око Сунца? Одговор: Гравитациона сила између планете и Сунца обезбеђује центрипеталну силу која одржава планету у својој орбити.
Питање: Шта би се десило са брзином планете док се она приближава Сунцу у својој елиптичној орбити? Одговор: Према другом Кеплеровом закону (закону површина), планета се креће брже када је ближа Сунцу, а спорије када је даље.
Питање: У ком сценарију центрипетална сила постаје нула за објекат који се креће по кружној путањи? Одговор: Ако се објекат ослободи са своје кружне путање, центрипетална сила постаје једнака нули јер више не постоји сила која вуче објекат ка центру.
Питање: Какву улогу игра трење у равномерном кружном кретању аутомобила који се креће по кривини? Одговор: Када се аутомобил креће по кривини, трење између гума и пута обезбеђује неопходну центрипеталну силу да би се аутомобил кретао по кружној путањи.
Питање: Може ли објекат бити у равнотежи при равномерном кружном кретању? Одговор: Не, објекат у равномерном кружном кретању није у равнотежи јер на њега делује резултујућа сила (центрипетална сила) и стална промена правца његове брзине.
Питање: Који је смер вектора брзине у било којој тачки кружне путање? Одговор: У било којој тачки кружне путање, вектор брзине је тангентан на круг и у правцу кретања.
Питање: Како можете повећати центрипетално убрзање објекта у равномерном кружном кретању? Одговор: Центрипетално убрзање се може повећати повећањем брзине објекта или смањењем полупречника кружне путање.
Питање: Да ли је могуће да објекат има константну брзину, а да ипак убрзава? Објасните позивајући се на равномерно кружно кретање. Одговор: Да, при равномерном кружном кретању, објекат се креће константном брзином, али његова брзина није константна јер се његов правац континуирано мења. Промена брзине подразумева убрзање (центрипетално убрзање).
Питање: Да ли центрипетална сила обавља било какав рад на објекту који се креће равномерно и кружно? Одговор: Не, рад који обавља центрипетална сила је нула јер је сила нормална на смер кретања, а рад је дефинисан као компонента силе у смеру кретања.
Питање: Шта се дешава са објектом у равномерном кружном кретању ако центрипетална сила изненада нестане? Одговор: Ако би центрипетална сила изненада нестала, објекат би се кретао праволинијски тангентно на кружну путању, пратећи Њутнов први закон кретања.
Питање: Која је формула за центрипеталну силу? Одговор: Формула за центрипеталну силу је F = mv²/r, где је m маса објекта, v је брзина, а r је полупречник кружне путање.
Питање: Како маса објекта утиче на центрипеталну силу при равномерном кружном кретању? Одговор: Центрипетална сила је директно пропорционална маси објекта. Ако се маса повећава, центрипетална сила ће се такође повећати, под условом да брзина и полупречник остану константни.
Питање: Да ли период ротације зависи од масе објекта при равномерном кружном кретању? Одговор: Не, период ротације не зависи од масе објекта. Зависи само од брзине објекта и полупречника кружне путање.
Питање: Која је разлика између центрифугалне силе и центрипеталне силе? Одговор: Центрипетална сила је стварна сила која делује ка центру круга узрокујући кружно кретање. Центрифугална сила, с друге стране, је фиктивна сила посматрана у ротирајућем референтном систему, која делује ка споља, даље од центра ротације.
Питање: Зашто центрипетална сила не врши никакав рад при равномерном кружном кретању? Одговор: Центрипетална сила не врши никакав рад при равномерном кружном кретању јер је сила увек нормална на померање објекта. Пошто је рад скаларни производ силе и померања, а косинус од 90 степени је нула, не врши се никакав рад.
Питање: Да ли се брзина објекта при равномерном кружном кретању може променити? Одговор: При равномерном кружном кретању, брзина објекта је константна. Међутим, ако би се брзина променила, то се више не би сматрало равномерним кружним кретањем. Уместо тога, сматрало би се неравномерним кружним кретањем, које укључује и центрипетално и тангенцијално убрзање.