V problémech zahrnujících kruhový pohyb často rozložíte sílu na radiální sílu F_r, která ukazuje na střed pohybu a tangenciální síla F_t, která směřuje kolmo k F_r a tangenciální ke kružnici cesta. Dva příklady těchto sil jsou síly aplikované na objekty připnuté v bodě a pohyb kolem křivky, když je přítomno tření.
Využijte skutečnost, že pokud je objekt připnutý v bodě a vy na něj aplikujete sílu F ve vzdálenosti R od kolíku pod úhlem θ vzhledem k přímce do středu, pak F_r = R ∙ cos (θ) a F_t = F ∙ sin (θ).
Představte si, že mechanik tlačí na konec klíče silou 20 Newtonů. Z polohy, ve které pracuje, musí působit silou v úhlu 120 stupňů vzhledem k klíči.
Využijte skutečnost, že když aplikujete sílu ve vzdálenosti R od místa, kde je předmět připnutý, je točivý moment roven τ = R ∙ F_t. Ze zkušenosti možná víte, že čím dále od kolíku zatlačíte na páku nebo klíč, tím snazší je otáčení. Zatlačení na větší vzdálenost od čepu znamená, že aplikujete větší točivý moment.
Využijte skutečnost, že jedinou silou potřebnou k udržení objektu v kruhovém pohybu při konstantní rychlosti je dostředivá síla F_c, která směřuje ke středu kružnice. Pokud se však rychlost objektu mění, musí existovat také síla ve směru pohybu, který je tangenciální k dráze. Příkladem toho je síla z motoru automobilu, která způsobí jeho zrychlení při projíždění zatáčky nebo síla tření zpomalující zastavení.
Představte si, že řidič sundá nohu z plynového pedálu a nechá zastavit 2500 kilogramové auto počínaje počáteční rychlostí 15 metrů za sekundu, zatímco ji řídíte kolem kruhového oblouku s poloměrem 25 metrů. Vůz dojede 30 metrů a zastavení trvá 45 sekund.
Vypočítejte zrychlení automobilu. Vzorec zahrnující polohu, x (t), v čase t jako funkci počáteční polohy, x (0), počáteční rychlosti, v (0) a zrychlení, a, je x (t) - x ( 0) = v (0) ∙ t + 1/2 ∙ a ∙ t ^ 2. Připojte x (t) - x (0) = 30 metrů, v (0) = 15 metrů za sekundu a t = 45 sekund a vyřešte tangenciální zrychlení: a_t = –0,637 metrů za sekundu na druhou.
Pomocí druhého Newtonova zákona F = m ∙ a zjistíte, že tření muselo aplikovat tangenciální sílu F_t = m ∙ a_t = 2 500 × (–0,637) = –1 593 Newtonů.
Reference
- Světlo a záležitost: Kapitola 4. Zachování momentu hybnosti
- Hyperfyzika: Točivý moment
- Hyperfyzika: Výpočet točivého momentu
o autorovi
Ariel Balter začal psát, editovat a sazbu, přeřadil na stint v oboru stavebnictví, poté se vrátil do školy a získal doktorát z fyziky. Od té doby je Balter profesionálním vědcem a učitelem. Má rozsáhlé odborné znalosti včetně vaření, ekologického zahradnictví, zeleného bydlení, obchodů se zelenými budovami a mnoha oblastí vědy a techniky.