원형 운동과 관련된 문제에서 힘을 방사형 힘 F_r로 자주 분해합니다. 운동 중심과 F_r에 수직이고 원형에 접선을 가리키는 접선 힘 F_t 통로. 이러한 힘의 두 가지 예는 마찰이있을 때 한 지점에 고정 된 개체와 곡선 주위의 움직임에 적용되는 힘입니다.
물체가 한 점에 고정되어 있고 핀으로부터 거리 R에서 중심까지의 선에 상대적인 각도 θ에서 힘 F를 적용하면 F_r = R ∙ cos (θ) 및 F_t = F라는 사실을 사용하십시오. ∙ sin (θ).
기계공이 20 뉴턴의 힘으로 렌치의 끝을 밀고 있다고 상상해보십시오. 작업중인 위치에서 렌치에 대해 120도 각도로 힘을 가해 야합니다.
물체가 고정 된 곳에서 거리 R에 힘을 가할 때 토크는 τ = R ∙ F_t와 같다는 사실을 사용하십시오. 레버 나 렌치를 눌러 핀에서 멀어 질수록 회전하기가 더 쉽다는 것을 경험으로 알 수 있습니다. 핀에서 더 먼 거리를 밀면 더 큰 토크를 적용하게됩니다.
물체를 일정한 속도로 원 운동으로 유지하는 데 필요한 유일한 힘은 원의 중심을 가리키는 구심력 F_c라는 사실을 사용하십시오. 그러나 물체의 속도가 변한다면 경로에 접하는 운동 방향에도 힘이 있어야합니다. 예를 들어 자동차 엔진의 힘으로 커브를 돌 때 속도가 빨라지거나 마찰력이 정지 속도를 늦 춥니 다.
운전자가 가속기에서 발을 떼고 2,500kg의 자동차를 멈출 때까지 멈춘다 고 상상해보십시오. 15 미터 / 초의 시작 속도에서 시작하여 반경 25의 원형 곡선 주위를 조향합니다. 미터. 자동차는 30 미터를 타설하고 정지하는 데 45 초가 걸립니다.
자동차의 가속도를 계산합니다. 시간 t에서 초기 위치 x (0), 초기 속도 v (0) 및 가속도 a의 함수로 위치 x (t)를 통합하는 공식은 x (t) – x ( 0) = v (0) ∙ t + 1 / 2 ∙ a ∙ t ^ 2. x (t) – x (0) = 30 미터, v (0) = 초당 15 미터, t = 45 초를 대입하고 접선 가속도를 구합니다. a_t = 초당 –0.637 미터 제곱.
뉴턴의 제 2 법칙 F = m ∙ a를 사용하여 마찰이 F_t = m ∙ a_t = 2,500 × (–0.637) = –1,593 뉴턴의 접선 력을 적용 했어야 함을 확인합니다.
참고 문헌
- 빛과 물질: 4 장. 각운동량 보존
- Hyperphysics: 토크
- Hyperphysics: 토크 계산
저자 정보
Ariel Balter는 글쓰기, 편집 및 조판을 시작하고 건물 거래에 종사하기 위해 장비를 바꾼 다음 학교로 돌아가 물리학 박사 학위를 받았습니다. 그 이후로 Balter는 전문 과학자이자 교사였습니다. 그는 요리, 유기농 정원 가꾸기, 녹색 생활, 녹색 건물 거래 및 많은 과학 및 기술 분야를 포함한 광범위한 전문 분야를 보유하고 있습니다.