Одиннадцатый класс
  1. Механика  1.1. Динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Motion in two and three dimensions  1.1.3. Перемещение и Расстояние  1.1.4. Скорость и вектор скорости  1.1.5. Ускорение и замедление  1.1.6. Графический анализ движения  1.1.7. Уравнения движения (расширенные выводы)  1.1.8. Свободное падение и терминальная скорость  1.1.9. Projectile motion  1.1.10. Относительная скорость в одномерном и двумерном пространстве  1.1.11. Motion of a car on an inclined plane  1.2. Dynamics  1.2.1. Законы движения Ньютона и их применения  1.2.2. Инерция и первый закон Ньютона  1.2.3. Force and types of force  1.2.4. Static and kinetic friction  1.2.5. Круговое движение и центростремительное ускорение  1.2.6. Неравномерное круговое движение  1.2.7. Банкинг дорог и кривых  1.2.8. Импульс и момент  1.2.9. Сохранение импульса в одномерной и двумерной пространстве  1.2.10. Применения третьего закона Ньютона  1.3. Работа, Энергия и Мощность  1.3.1. Работа, выполняемая постоянной и переменной силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая и потенциальная энергия  1.3.4. Гравитационная и упругая потенциальная энергия  1.3.5. Сохранение механической энергии  1.3.6. Мощность и мгновенная мощность  1.3.7. Эффективность машин  1.3.8. Работа, выполненная консервативными и неконсервативными силами  1.4. Вращательное движение  1.4.1. Крутящий момент и угловое ускорение  1.4.2. Равновесие вращения  1.4.3. Момент инерции и его применения  1.4.4. Угловой момент и его сохранение  1.4.5. Kinetic energy of rolling motion and rotation  1.4.6. Теорема параллельных и перпендикулярных осей  1.4.7. Динамика вращательного движения
  2. Гравитационная сила  2.1. Универсальное тяготение  2.1.1. Newton's law of universal gravitation  2.1.2. Гравитационное поле и потенциал  2.1.3. Изменение ускорения из-за гравитации  2.1.4. Kepler's laws of planetary motion  2.1.5. Orbital mechanics and satellites  2.1.6. Скорость ухода и орбитальная скорость  2.1.7. Weightlessness and free fall  2.1.8. Gravitational potential energy and energy in orbits  2.1.9. Черные дыры и гравитационное линзирование
  3. Свойства вещества  3.1. Механика жидкости  3.1.1. Плотность и давление в жидкостях  3.1.2. Pascal's theory and applications  3.1.3. Принцип Архимеда и плавучесть  3.1.4. Уравнение Бернулли и его применения  3.1.5. Continuity equation and the Venturi effect  3.1.6. Surface tension and capillarity  3.1.7. Вязкость и закон Пуазейля  3.1.8. Число Рейнольдса и турбулентность  3.2. Упругость и деформация  3.2.1. Hooke's law and the stress-strain relation  3.2.2. Модуль упругости и его применения  3.2.3. Deformation and yield strength of solids
  4. Thermal physics  4.1. Тепло и температура  4.1.1. Thermometric properties and temperature scale  4.1.2. Термическое расширение твердых тел, жидкостей и газов  4.1.3. Система теплообмена  4.1.4. Удельная теплоемкость и калориметрия  4.1.5. Скрытая теплота и фазовый переход  4.2. Кинетическая теория газов  4.2.1. Молекулярная модель газов  4.2.2. Кинетическое объяснение температуры  4.2.3. Уравнение идеального газа и отклонения  4.2.4. Mean free path and Maxwell–Boltzmann distribution  4.3. Законы термодинамики  4.3.1. Нулевой закон и тепловое равновесие  4.3.2. Первый закон и внутренняя энергия  4.3.3. The Second Law and Entropy  4.3.4. Цикл Карно и тепловые двигатели  4.3.5. Холодильники и тепловые насосы
  5. Волны и колебания  5.1. Простое гармоническое движение  5.1.1. Уравнения гармонических колебаний  5.1.2. Энергия в МГД  5.1.3. Damped and forced oscillations  5.1.4. Резонанс и приложения  5.1.5. Pendulum and spring-mass system  5.2. Волновое движение  5.2.1. Типы механических волн  5.2.2. Волновое движение и перенос энергии  5.2.3. Superposition Principle and Standing Waves  5.2.4. Reflection, Refraction and Diffraction  5.2.5. Эффект Доплера в звуке и свете  5.2.6. Pulsations and interference
  6. Electricity and Magnetism  6.1. Электростатика  6.1.1. Электрический заряд и его сохранение  6.1.2. Закон Кулона и его применение  6.1.3. Электрическое поле и электрический поток  6.1.4. Электрический потенциал и потенциальная энергия  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Электрический ток  6.2.1. Закон Ома и электрическое сопротивление  6.2.2. Сопротивление и температурная зависимость  6.2.3. Законы Кирхгофа и анализ цепей  6.2.4. Электрическая мощность и эффективность  6.2.5. Combination of resistors  6.3. Magnetism and Electromagnetism  6.3.1. Магнитные поля и их источники  6.3.2. Магнитная сила на движущиеся заряды  6.3.3. Electromagnetic induction  6.3.4. Законы Фарадея и Ленца  6.3.5. Индуктивность и трансформатор  6.3.6. Переменный ток и его применение
  7. Оптика  7.1. Отражение и преломление  7.1.1. Законы отражения и преломления  7.1.2. Зеркала и линзы  7.1.3. Total internal reflection and optical fiber  7.2. Волновая оптика  7.2.1. Интерференция и дифракция  7.2.2. Двойной щелевой эксперимент Юнга  7.2.3. Поляризация света
  8. Modern Physics  8.1.1. Photoelectric effect and Einstein's theory  8.1.2. Двойственность волны и частицы  8.1.3. Heisenberg's uncertainty principle  8.1.4. Эффект Комптона  8.2. Atomic and Nuclear Physics  8.2.1. Атомная модель и уровни энергии  8.2.2. Радиоактивный распад и период полураспада  8.2.3. Ядерное деление и синтез
  9. Электроника и связь  9.1. Semiconductors  9.1.1. pn junction and diode  9.1.2. Транзисторы и логические элементы  9.1.3. Интегральные схемы и их применения  9.2. Communication Systems  9.2.1. Основы аналоговой и цифровой связи  9.2.2. Беспроводная и оптическая связь  9.2.3. Модуляция и демодуляция

Одиннадцатый класс → Механика → Dynamics ↓


Круговое движение и центростремительное ускорение


Круговое движение — это фундаментальная концепция в физике, описывающая движение объекта по окружности или по круговой траектории. Важно понимать эту концепцию, так как она применима ко многим реальным ситуациям, от планет, вращающихся вокруг Солнца, до работы стиральной машины. Понятие центростремительного ускорения является ключом к пониманию кругового движения.

Основы кругового движения

Когда объект движется по кругу, он постоянно меняет направление. Несмотря на то что объект движется с постоянной скоростью, его скорость изменяется, потому что скорость включает в себя как скорость, так и направление. Это постоянное изменение направления означает, что объект ускоряется, даже несмотря на то, что его скорость остается постоянной.

Рассмотрим простой пример: вы держите веревку, привязанную к шару, и вращаете шар по кругу. Шар движется по круговой траектории с постоянной скоростью, но его вектор скорости постоянно меняет направление. Это требует силы, известной как центростремительная сила, действующая внутрь, к центру круга.

Центростремительная сила и ускорение

Центростремительная сила — это внутреннее усилие, необходимое для движения объекта по кругу с постоянной скоростью. Без этой силы объект двигался бы по прямой линии из-за инерции. Чтобы найти величину центростремительной силы, используем следующую формулу:

F c = m * a c

Где:

  • F c = центростремительная сила в ньютонах (Н)
  • m = масса объекта в килограммах (в кг)
  • a c = центростремительное ускорение в метрах на секунду в квадрате (м/с²)

Формула центростремительного ускорения

Центростремительное ускорение испытывает объект, движущийся по круговой траектории, и оно направлено к центру круга. Его можно рассчитать по формуле:

a c = v² / r

Где:

  • a c = центростремительное ускорение
  • v = тангенциальная скорость объекта (м/с)
  • r = радиус круговой траектории (метры)

Это соотношение говорит нам о том, что ускорение прямо пропорционально квадрату скорости и обратно пропорционально радиусу круга. Это означает, что чем быстрее движется объект или чем круче кривая (меньший радиус), тем больше ускорение.

Пример расчета

Давайте рассчитаем центростремительное ускорение автомобиля, движущегося со скоростью 20 м/с по круговой траектории с радиусом 50 м:

v = 20 м/с
r = 50 м
a c = v² / r = (20)² / 50 = 400 / 50 = 8 м/с²

Таким образом, центростремительное ускорение автомобиля составляет 8 м/с².

Визуализация кругового движения

Предположим, что объект движется по кругу. Радиальная линия от центра круга к объекту движется вместе с ним. Давайте визуализируем это движение, чтобы лучше понять силы, действующие на него.

O P

На этой диаграмме:

  • Круг представляет траекторию объекта.
  • Точка O является центром круга.
  • Точка P является положением объекта на траектории.
  • Линия OP является радиусом, по которому действует центростремительная сила.

Понимание центростремительной силы

Центростремительная сила может быть различного происхождения в зависимости от ситуации:

  • Гравитационная сила: Она действует как центростремительная сила для планет, вращающихся вокруг Солнца.
  • Натяжение: Когда шар вращается на веревке, натяжение, создающееся в веревке, обеспечивает центростремительную силу.
  • Трение: Для автомобиля, поворачивающего на ровной поверхности, трение между шинами и дорогой обеспечивает центростремительную силу.

Реальные примеры кругового движения

Давайте рассмотрим несколько примеров из реальной жизни и посмотрим, как круговое движение играет роль в нашей повседневной жизни:

Пример 1: Спутник на орбите

Спутники движутся по орбите Земли, следуя практически круговой траектории. В этом случае гравитация обеспечивает центростремительную силу, необходимую для удержания спутника на его пути. С использованием уравнений для гравитационной силы мы можем предсказывать и контролировать орбиты спутников.

Пример 2: Американские горки

Американские горки разработаны так, чтобы подарить пассажирам захватывающий опыт кругового движения. Когда машины горок проходят через петлю, мы чувствуем силу, которая давит на нас к сиденьям, что является результатом действия центростремительной силы. Дизайнеры должны тщательно рассчитывать эти силы, чтобы обеспечить безопасность и комфорт пассажиров.

Вывод

Круговое движение применимо во многих областях, включая инженерию, физику и повседневную жизнь. Понимание динамики кругового движения и роли центростремительного ускорения важно для анализа систем, где вращение или орбита играет роль. Освоив эти концепции, студенты могут лучше понимать природные явления и разрабатывать эффективные механические системы.


Одиннадцатый класс → 1.2.5


U
username
0%
завершено в Одиннадцатый класс

← Предыдущий (1.2.4)
Static and kinetic friction
Следующий (1.2.6) →
Неравномерное круговое движение

Комментарии 



Круговое движение и центростремительное ускорение

https://www.physicsflow.com/g11/1.2.5?pfal=ru