У задачах, пов’язаних з круговим рухом, ви часто розкладаєте силу на радіальну силу F_r, яка вказує на центр руху і тангенціальна сила, F_t, яка вказує перпендикулярно F_r і дотична до кругової шлях. Два приклади цих сил - це сили, прикладені до об'єктів, закріплених у точці, та руху навколо кривої, коли присутнє тертя.
Використовуйте той факт, що якщо об’єкт закріплений у точці, і ви прикладете силу F на відстані R від штифта під кутом θ відносно прямої до центру, тоді F_r = R ∙ cos (θ) та F_t = F ∙ гріх (θ).
Уявіть, що механік натискає на кінець ключа силою 20 ньютонів. З положення, в якому вона працює, вона повинна прикласти зусилля під кутом 120 градусів відносно гайкового ключа.
Використовуйте той факт, що коли ви застосовуєте силу на відстані R від місця закріплення предмета, крутний момент дорівнює τ = R ∙ F_t. З досвіду ви можете знати, що чим далі від штифта ви натискаєте на важіль або ключ, тим легше його обертати. Натискання на більшій відстані від штифта означає, що ви застосовуєте більший крутний момент.
Використовуйте той факт, що єдиною силою, необхідною для утримання об’єкта в круговому русі з незмінною швидкістю, є доцентрова сила F_c, яка спрямована до центру кола. Але якщо швидкість об’єкта змінюється, тоді також повинна діяти сила у напрямку руху, яка є дотичною до шляху. Прикладом цього є сила двигуна автомобіля, що змушує його прискорюватися при об’їзді кривої, або сила тертя, що уповільнює його зупинку.
Уявіть, що водій відриває ногу від акселератора і зупиняє автомобіль на узбережжі 2500 кілограмів починаючи з початкової швидкості 15 метрів / секунду, керуючи нею круговою кривою з радіусом 25 метрів. Автомобіль проїжджає 30 метрів і зупиняється за 45 секунд.
Обчисліть прискорення автомобіля. Формула, що включає положення x (t), в момент часу t як функцію початкового положення x (0), початкової швидкості v (0) та прискорення a, дорівнює x (t) - x ( 0) = v (0) ∙ t + 1/2 ∙ a ∙ t ^ 2. Підключіть x (t) - x (0) = 30 метрів, v (0) = 15 метрів на секунду і t = 45 секунд і вирішіть для тангенціального прискорення: a_t = –0,637 метрів на секунду в квадраті.
За другим законом Ньютона F = m ∙ a встановіть, що до тертя, мабуть, було прикладено дотичну силу F_t = m ∙ a_t = 2500 × (–0,637) = –1,593 Ньютона.
Список літератури
- Світло і матерія: Розділ 4. Збереження імпульсу кута
- Гіперфізика: крутний момент
- Гіперфізика: Розрахунок крутного моменту
Про автора
Аріель Балтер почав писати, редагувати та набирати версії, змінив передачу для обмеження в будівельних професіях, потім повернувся до школи і здобув ступінь кандидата фізичних наук. З цього часу Балтер був професійним вченим і викладачем. Він має величезний досвід, включаючи кулінарію, органічне садівництво, екологічне життя, торгівлю екологічним будівництвом та багато областей науки і техніки.
