Круговое движение в Физике

Физика > Круговое движение

Объект в круговом движении проходит сквозь ускорение из-за центростремительной силы в направлении центра вращения.

Задача обучения

• Разобраться в равномерном круговом движении как показателе чистой внешней силы.

Основные пункты

• Объект в круговом движении обладает вектором, который постоянно меняет направление.
• Необходимую для поддержания круговых движений в направлении к центру силу именуют центростремительной.
• Скорость объекта в круговом движении всегда касается окружности, а центростремительная сила перпендикулярна скорости.

Термины

• Тангенс – прямая линия, касающаяся кривой в одной точке, не пересекая ее в этой точке.
• Перпендикуляр – формирование прямого угла.

Пример

Давайте рассмотрим действие и правила кругового движения на конкретном примере. Допустим у нас есть шаттл, совершающий обороты вокруг планеты. Он подчиняется равномерному круговому движению, поэтому должна существовать сила, препятствующая вылету челнока с орбиты. Здесь ее роль исполняет гравитация. Связь гравитационного притяжения и скоростью шаттла равняется: mg^I = mv²r (m – масса шаттла, v – скорость вращения вокруг планеты, r – радиус орбиты).

Равномерное круговое движение создает перемещение объекта по кругу или дуге окружности с постоянным показателем скорости. Равномерное линейное движение выступает главной формой поступательного. Но два типа движения отличаются отношением к силе, которая требуется для их поддерживания.

Вспомним о Первом законе движения Ньютона. Он говорит, что объект будет поддерживать утраченную скорость, если не применять к нему чистую внешнюю силу. Так что равномерное линейное движение демонстрирует ее отсутствие. Однако подобное движение требует, чтобы вектор скорости объекта постоянно менял направление. Из-за этого создается ускорение.

При равномерном круговом движении центростремительная сила перпендикулярна скорости. Центростремительная сила указывает на центр круга, удерживая объект на круговой траектории

В равномерном круговом движении сила всегда перпендикулярна направлению скорости. Направление скорости постоянно меняется, поэтому должно присутствовать и направление силы. Направление происходит тангенциально, а значит перпендикулярное направление в круговой траектории выступает радиальным. Сила в движении равномерного направления пребывает в радиальном, поэтому ускорение старается достичь центра.

Необходимое уравнение для поддержания равномерного кругового движения:

a = v²/r.

Здесь m – масса объекта, v – скорость, r – радиус круга. А вот для нахождения чистой внешней силы нужно:

F_net = (m ⋅ v²)/r.

---