В задачах, связанных с круговым движением, вы часто разлагаете силу на радиальную силу F_r, которая указывает на центр движения и касательная сила F_t, которая указывает перпендикулярно F_r и касательно окружности дорожка. Двумя примерами этих сил являются силы, приложенные к объектам, закрепленным в точке, и движение по кривой при наличии трения.
Используйте тот факт, что если объект закреплен в точке, и вы прикладываете силу F на расстоянии R от стержня под углом θ относительно линии к центру, тогда F_r = R ∙ cos (θ) и F_t = F ∙ грех (θ).
Представьте, что механик давит на конец гаечного ключа с силой 20 Ньютонов. Из того положения, в котором она работает, она должна приложить силу под углом 120 градусов по отношению к гаечному ключу.
Используйте тот факт, что когда вы прикладываете силу на расстоянии R от места, где объект закреплен, крутящий момент равен τ = R ∙ F_t. По опыту вы можете знать, что чем дальше от штифта вы нажимаете на рычаг или гаечный ключ, тем легче его вращать. Нажатие на большее расстояние от штифта означает, что вы прикладываете больший крутящий момент.
Используйте тот факт, что единственная сила, необходимая для удержания объекта в круговом движении с постоянной скоростью, - это центростремительная сила, F_c, которая направлена к центру круга. Но если скорость объекта меняется, то также должна быть сила в направлении движения, касательная к траектории. Примером этого является сила двигателя автомобиля, заставляющая его ускоряться при движении по кривой, или сила трения, замедляющая его до остановки.
Представьте, что водитель убирает ногу с педали акселератора и позволяет машине весом 2500 килограммов остановиться. начиная с начальной скорости 15 метров в секунду, поворачивая его по круговой кривой радиусом 25 м / с. метров. Автомобиль идет по курсу 30 метров и останавливается за 45 секунд.
Рассчитайте ускорение автомобиля. Формула, включающая положение x (t) в момент времени t как функцию от начального положения x (0), начальной скорости v (0) и ускорения a, представляет собой x (t) - x ( 0) = v (0) ∙ t + 1/2 ∙ a ∙ t ^ 2. Подключите x (t) - x (0) = 30 метров, v (0) = 15 метров в секунду и t = 45 секунд и найдите тангенциальное ускорение: a_t = –0,637 метров в секунду в квадрате.
Воспользуйтесь вторым законом Ньютона F = m ∙ a, чтобы найти, что трение должно было приложить тангенциальную силу F_t = m ∙ a_t = 2,500 × (–0,637) = –1 593 Ньютона.
Рекомендации
- Свет и материя: Глава 4. Сохранение углового момента
- Гиперфизика: крутящий момент
- Гиперфизика: расчет крутящего момента
об авторе
Ариэль Балтер начал писать, редактировать и набирать текст, перешел на работу в строительстве, затем вернулся в школу и получил докторскую степень по физике. С тех пор Балтер был профессиональным ученым и педагогом. Он обладает обширными знаниями, включая кулинарию, органическое садоводство, экологичный образ жизни, экологически чистое строительство и многие области науки и техники.