În problemele care implică mișcare circulară, descompuneți frecvent o forță într-o forță radială, F_r, care indică centrul mișcării și o forță tangențială, F_t, care arată perpendicular pe F_r și tangențială pe circulară cale. Două exemple ale acestor forțe sunt cele aplicate obiectelor fixate într-un punct și mișcării în jurul unei curbe atunci când este prezentă frecare.
Folosiți faptul că, dacă un obiect este fixat într-un punct și aplicați o forță F la o distanță R de pinul la un unghi θ relativ la o linie spre centru, atunci F_r = R ∙ cos (θ) și F_t = F ∙ păcat (θ).
Imaginați-vă că un mecanic împinge capătul unei chei cu o forță de 20 Newtoni. Din poziția în care lucrează, trebuie să aplice forța la un unghi de 120 de grade față de cheie.
Folosiți faptul că atunci când aplicați o forță la o distanță R de unde este fixat un obiect, cuplul este egal cu τ = R ∙ F_t. Este posibil să știți din experiență că cu cât împingeți mai departe pinul pe o manetă sau o cheie, cu atât este mai ușor să o faceți să se rotească. Împingerea la o distanță mai mare de știft înseamnă că aplicați un cuplu mai mare.
Folosiți faptul că singura forță necesară pentru a menține un obiect în mișcare circulară la o viteză constantă este o forță centripetă, F_c, care indică spre centrul cercului. Dar dacă viteza obiectului se schimbă, atunci trebuie să existe și o forță în direcția mișcării, care este tangențială la cale. Un exemplu în acest sens este forța de la motorul unei mașini care o determină să accelereze când se învârte o curbă sau forța de frecare care încetinește oprirea.
Imaginați-vă că un șofer își ia piciorul de pe accelerator și lasă o mașină de 2.500 de kilograme să se oprească începând de la o viteză de pornire de 15 metri / secundă în timp ce o direcționează în jurul unei curbe circulare cu o rază de 25 metri. Mașina trece 30 de metri și durează 45 de secunde pentru a opri.
Calculați accelerația mașinii. Formula care încorporează poziția, x (t), la momentul t în funcție de poziția inițială, x (0), viteza inițială, v (0) și accelerația, a, este x (t) - x ( 0) = v (0) ∙ t + 1/2 ∙ a ∙ t ^ 2. Conectați x (t) - x (0) = 30 metri, v (0) = 15 metri pe secundă și t = 45 secunde și rezolvați pentru accelerația tangențială: a_t = –0,637 metri pe secundă pătrat.
Utilizați a doua lege F a lui Newton = m ∙ a pentru a afla că fricțiunea trebuie să fi aplicat o forță tangențială de F_t = m ∙ a_t = 2.500 × (–0.637) = –1.593 Newtoni.
Referințe
- Lumina și Materia: Capitolul 4. Conservarea impulsului unghiular
- Hiperfizică: Cuplu
- Hiperfizică: Calculul cuplului
Despre autor
Ariel Balter a început să scrie, să editeze și să compună text, a schimbat treapta de viteză pentru o perioadă în meserii de construcții, apoi s-a întors la școală și a obținut un doctorat în fizică. De atunci, Balter a fost un om de știință și profesor profesionist. Are o vastă zonă de expertiză, inclusiv gătit, grădinărit organic, viață verde, meserii în construcții ecologice și multe domenii ale științei și tehnologiei.