Pri problémoch s kruhovým pohybom často rozkladáte silu na radiálnu silu F_r, ktorá smeruje k stred pohybu a tangenciálna sila F_t, ktorá smeruje kolmo na F_r a tangenciálna ku kružnici cesta. Dva príklady týchto síl sú sily aplikované na objekty pripevnené v bode a pohyb okolo krivky, keď je prítomné trenie.
Využite skutočnosť, že ak je objekt pripnutý v bode a vy na ňu pôsobíte silou F vo vzdialenosti R od kolíka pod uhlom θ vzhľadom na priamku do stredu, potom F_r = R ∙ cos (θ) a F_t = F ∙ sin (θ).
Predstavte si, že mechanik tlačí na koniec kľúča silou 20 Newtonov. Z polohy, v ktorej pracuje, musí pôsobiť silou v uhle 120 stupňov vzhľadom na kľúč.
Využite skutočnosť, že keď pôsobíte silou vo vzdialenosti R od miesta, kde je predmet pripnutý, krútiaci moment sa rovná τ = R ∙ F_t. Z vlastnej skúsenosti môžete vedieť, že čím ďalej od čapu tlačíte na páku alebo kľúč, tým ľahšie sa dá s ním otáčať. Stlačenie vo väčšej vzdialenosti od čapu znamená, že vyvíjate väčší krútiaci moment.
Využite skutočnosť, že jedinou silou potrebnou na udržanie objektu v kruhovom pohybe konštantnou rýchlosťou je dostredivá sila F_c, ktorá smeruje do stredu kruhu. Ak sa ale mení rýchlosť objektu, potom musí pôsobiť aj sila v smere pohybu, ktorá je tangenciálna k dráhe. Príkladom toho je sila z motora automobilu, ktorá spôsobí jeho zrýchlenie pri obchádzaní zákruty alebo sila trenia, ktorá ho spomalí a zastaví.
Predstavte si, že vodič zloží nohu z akcelerátora a nechá zastaviť 2500 kilogramové auto počínajúc od počiatočnej rýchlosti 15 metrov za sekundu pri jeho obchádzaní po kruhovom oblúku s polomerom 25 metrov. Auto dobehne 30 metrov a zastavenie trvá 45 sekúnd.
Vypočítajte zrýchlenie automobilu. Vzorec zahŕňajúci polohu, x (t), v čase t ako funkciu počiatočnej polohy, x (0), počiatočnej rýchlosti, v (0) a zrýchlenia, a, je x (t) - x ( 0) = v (0) ∙ t + 1/2 ∙ a ∙ t ^ 2. Pripojte x (t) - x (0) = 30 metrov, v (0) = 15 metrov za sekundu a t = 45 sekúnd a vyriešte tangenciálne zrýchlenie: a_t = –0,637 metra za sekundu na druhú.
Použite druhý Newtonov zákon F = m ∙ a na zistenie, že trenie muselo pôsobiť tangenciálnou silou F_t = m ∙ a_t = 2 500 × (–0,637) = –1 593 newtonov.
Referencie
- Svetlo a hmota: Kapitola 4. Zachovanie momentu hybnosti
- Hyperfyzika: krútiaci moment
- Hyperfyzika: Výpočet krútiaceho momentu
O autorovi
Ariel Balter začal písať, editovať a sádzať, v stavebných odboroch zmenil prevodový stupeň, potom sa vrátil do školy a získal doktorát z fyziky. Od tej doby je Balter profesionálnym vedcom a pedagógom. Má rozsiahle odborné znalosti vrátane varenia, organického záhradníctva, zeleného bývania, obchodov so zelenými budovami a mnohých oblastí vedy a techniky.
