Loading...
 

Ruch jednostajny po okręgu

Rozważać będziemy ciało poruszające się ze stałą prędkością po okręgu o promieniu \( R \) pokazane na rysunku poniżej. Punkt materialny poruszający się jednostajnie po okręgu znajduje się w punkcie \( P \) w chwili \( t \), a w punkcie \( P' \) w chwili \( t+\Delta t \). Wektory prędkości \( {\bf v},{\bf v}' \) mają jednakowe długości, ale różnią się kierunkiem; pamiętajmy, że wektor prędkości jest zawsze styczny do toru. Chcąc znaleźć przyspieszenie musimy wyznaczyć różnicę prędkości \( {\bf v } \) i \( {\bf v }' \).

Ruch jednostajny po okręgu
Rysunek 1: Ruch jednostajny po okręgu


W tym celu przerysowujemy wektor \( {\bf v'} \) w punkcie \( P \) i wyznaczamy różnicę \( \Delta {\bf v} \). Zauważmy, że kąt pomiędzy wektorami \( {\bf v } \) i \( {\bf v }' \) jest równy kątowi \( \theta \) więc korzystając z podobieństwa trójkątów możemy zapisać równość

(1)
\( \frac{\mathit{\Delta v}}{v}=\frac{l}{r} \)



gdzie \( l \) jest długością odcinka \( PP' \), a dla małych wartości \( l \) długością łuku \( PP' \).
Ponieważ \( l = v \Delta t \) więc

(2)
\( \mathit{\Delta v}=\frac{v^{{2}}\mathit{\Delta t}}{r} \)



Znając już \( \Delta v \) możemy obliczyć przyspieszenie

\( a_{{n}}=a_{{r}}=\frac{\mathit{\Delta v}}{\mathit{\Delta t}}=\frac{v^{{2}}}{r} \)


Jak widać na Rys. 1, wektor \( \Delta {\bf v} \) jest prostopadły do toru to znaczy pokrywa się z kierunkiem promienia i jest zwrócony do środka okręgu. Oznacza to, że i wektor przyspieszenia ma taki sam kierunek i zwrot ( Rys. 2 ). W ruchu po okręgu przyspieszenie to nazywamy przyspieszeniem dośrodkowym (jest zwrócone do środka okręgu), a dla ruchu po dowolnej krzywej przyspieszeniem normalnym \( a_{n} \) (jest prostopadłe do toru) lub radialnym \( a_{r} \) (jest skierowane wzdłuż promienia).

Przyspieszenie normalne jest związane ze zmianą kierunku prędkości, a przyspieszenie styczne za zmianę jej wartości.

Prędkość i przyspieszenie w ruch jednostajny po okręgu
Rysunek 2: Prędkość i przyspieszenie w ruch jednostajny po okręgu


Przyspieszenie dośrodkowe często wyraża się poprzez okres \( T \) czyli czas, w którym punkt materialny wykonuje pełen obieg okręgu. Ponieważ

(4)
\( v=\frac{2\mathit{\pi R}}{T} \)


więc

\( a_{{r}}=\frac{4\pi ^{{2}}R}{T^{{2}}} \)

 

Zadanie 1: Przyspieszenie normalne

Treść zadania:

Korzystając z powyższego wyrażenia spróbuj obliczyć jakiego przyspieszenia, wynikającego z obrotu Ziemi, doznaje ciało będące na równiku? Załóż, że Ziemia jest kulą o promieniu \( R_{Z}= 6370 \) km. Jak duże jest to przyspieszenie w porównaniu do przyspieszenia grawitacyjnego \( g = 9.81 \) m/s \( ^{2 } \)?
\( a_{n} \) =


Symulacja 1: Zakręcona biedronka

Pobierz symulację

Obserwuj ruch biedronki na wirującej tarczy, śledź wykresy parametrów jej ruchu.

Autor: PhET Interactive Simulations University of Colorado(external link)

Licencja: Creative Commons Attribution 3.0 United States(external link)



Ostatnio zmieniona Poniedziałek 07 z Marzec, 2022 18:02:12 UTC Autor: Zbigniew Kąkol, Kamil Kutorasiński
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.