I problemer som involverer sirkelbevegelse, nedbryter du ofte en kraft i en radiell kraft, F_r, som peker på bevegelsessenteret og en tangensiell kraft, F_t, som peker vinkelrett på F_r og tangensiell mot sirkulæret sti. To eksempler på disse kreftene er de som påføres gjenstander festet ved et punkt og bevegelse rundt en kurve når friksjon er til stede.
Bruk det faktum at hvis et objekt er festet til et punkt og du bruker en kraft F i en avstand R fra pinnen i en vinkel θ i forhold til en linje til sentrum, så er F_r = R ∙ cos (θ) og F_t = F ∙ synd (θ).
Tenk deg at en mekaniker skyver på enden av en skiftenøkkel med en kraft på 20 Newton. Fra stillingen hun arbeider i, må hun bruke kraften i en vinkel på 120 grader i forhold til skiftenøkkelen.
Bruk det faktum at når du påfører en kraft i en avstand R fra hvor en gjenstand er festet, er dreiemomentet lik τ = R ∙ F_t. Du vet kanskje av erfaring at jo lenger ut fra pinnen du trykker på en spak eller skiftenøkkel, jo lettere er det å få den til å rotere. Ved å skyve i større avstand fra tappen betyr det at du bruker et større dreiemoment.
Bruk det faktum at den eneste kraften som trengs for å holde et objekt i sirkelbevegelse med konstant hastighet, er en sentripetal kraft, F_c, som peker mot sentrum av sirkelen. Men hvis objektets hastighet endres, må det også være en kraft i bevegelsesretningen, som er tangensiell for banen. Et eksempel på dette er kraften fra motoren til en bil som får den til å øke hastigheten når den går rundt en kurve eller friksjonskraften som bremser den til å stoppe.
Se for deg at en sjåfør tar foten av gasspedalen og lar en 2500 kilo bil stoppe begynner med en starthastighet på 15 meter / sekund mens du styrer den rundt en sirkulær kurve med en radius på 25 meter. Bilen går 30 meter og tar 45 sekunder å stoppe.
Beregn akselerasjonen til bilen. Formelen som inneholder posisjonen, x (t), på tidspunktet t som en funksjon av utgangsposisjonen, x (0), utgangshastigheten, v (0), og akselerasjonen, a, er x (t) - x ( 0) = v (0) ∙ t + 1/2 ∙ a ∙ t ^ 2. Plugg inn x (t) - x (0) = 30 meter, v (0) = 15 meter per sekund og t = 45 sekunder og løs for den tangentielle akselerasjonen: a_t = –0,637 meter per sekund i kvadrat.
Bruk Newtons andre lov F = m ∙ a for å finne ut at friksjonen må ha brukt en tangentiell kraft på F_t = m ∙ a_t = 2500 × (–0,637) = –1,593 Newton.
Referanser
- Light and Matter: Kapittel 4. Bevaring av kantet momentum
- Hyperfysikk: Moment
- Hyperfysikk: dreiemomentberegning
om forfatteren
Ariel Balter begynte å skrive, redigere og sette, skiftet gir for en periode i byggebransjen, deretter vendte han tilbake til skolen og fikk doktorgrad i fysikk. Siden den tiden har Balter vært profesjonell forsker og lærer. Han har et stort ekspertiseområde, inkludert matlaging, økologisk hagearbeid, grønt liv, grønne bygninger og mange områder innen vitenskap og teknologi.