I problemer med cirkulær bevægelse nedbryder du ofte en kraft i en radial kraft, F_r, der peger på centrum for bevægelse og en tangential kraft, F_t, der peger vinkelret på F_r og tangential til cirkulæret sti. To eksempler på disse kræfter er dem, der påføres objekter fastgjort på et punkt og bevægelse omkring en kurve, når friktion er til stede.
Brug det faktum, at hvis en genstand er fastgjort ved et punkt, og du anvender en kraft F i en afstand R fra stiften i en vinkel θ i forhold til en linje til centrum, så er F_r = R ∙ cos (θ) og F_t = F ∙ synd (θ).
Forestil dig, at en mekaniker skubber på enden af en skruenøgle med en kraft på 20 Newton. Fra den position, hvor hun arbejder, skal hun anvende kraften i en vinkel på 120 grader i forhold til skruenøglen.
Brug det faktum, at når du anvender en kraft i en afstand R, hvorfra en genstand er fastgjort, er momentet lig med τ = R ∙ F_t. Du ved måske af erfaring, at jo længere ud fra stiften du trykker på en håndtag eller en skruenøgle, jo lettere er det at få den til at rotere. At skubbe i større afstand fra stiften betyder, at du anvender et større moment.
Brug det faktum, at den eneste kraft, der er nødvendig for at holde et objekt i cirkulær bevægelse med konstant hastighed, er en centripetal kraft, F_c, som peger mod midten af cirklen. Men hvis objektets hastighed ændrer sig, skal der også være en kraft i bevægelsesretningen, som er tangential for stien. Et eksempel på dette er kraften fra motoren i en bil, der får den til at fremskynde, når man går rundt i en kurve eller friktionskraften, der bremser den til at stoppe.
Forestil dig, at en chauffør tager foden af speederen og lader en 2500 kg bil køre til et stop startende fra en starthastighed på 15 meter / sekund, mens du styrer den omkring en cirkulær kurve med en radius på 25 meter. Bilen kører 30 meter og tager 45 sekunder at stoppe.
Beregn bilens acceleration. Formlen, der inkorporerer positionen, x (t), på tidspunktet t som en funktion af startpositionen, x (0), starthastigheden, v (0) og accelerationen, a, er x (t) - x ( 0) = v (0) ∙ t + 1/2 ∙ a ∙ t ^ 2. Tilslut x (t) - x (0) = 30 meter, v (0) = 15 meter pr. Sekund og t = 45 sekunder, og løs den tangentielle acceleration: a_t = –0,637 meter pr. Sekund i anden.
Brug Newtons anden lov F = m ∙ a for at finde ud af, at friktion skal have anvendt en tangential kraft på F_t = m ∙ a_t = 2.500 × (–0.637) = –1.593 Newton.
Referencer
- Lys og materie: Kapitel 4. Bevaring af vinkelmoment
- Hyperfysik: Moment
- Hyperfysik: Momentberegning
Om forfatteren
Ariel Balter begyndte at skrive, redigere og sætte sæt, skiftede gear til en periode i byggebranchen, vendte derefter tilbage til skolen og fik en ph.d. i fysik. Siden den tid har Balter været professionel videnskabsmand og lærer. Han har et stort område af ekspertise, herunder madlavning, økologisk havearbejde, grøn levende, grønne bygninger og mange områder inden for videnskab og teknologi.