Ομοιόμορφη κυκλική κίνηση

Ο όρος «ομοιόμορφη κυκλική κίνηση» αναφέρεται στην κίνηση ενός αντικειμένου σε κύκλο με σταθερή ταχύτητα. Σε έναν κύκλο, η διαδρομή ενός αντικειμένου αλλάζει συνεχώς. Η διαδρομή του αντικειμένου εφάπτεται πάντα στον κύκλο στον οποίο βρίσκεται. Το διάνυσμα της ταχύτητας εφάπτεται στον κύκλο επειδή ο προσανατολισμός της κίνησης του αντικειμένου είναι ίδιος με τον προσανατολισμό του διανύσματος ταχύτητας.

Η καθαρή δύναμη που ασκείται σε ένα αντικείμενο καθώς περιστρέφεται σε κυκλική κίνηση είναι το τελικό χαρακτηριστικό κίνησης. Σε αυτή την περίπτωση, η καθαρή δύναμη που ασκείται στο αντικείμενο στοχεύει στο κέντρο. Μια δύναμη προς τα μέσα, ή κεντρομόλος δύναμη, χρησιμοποιείται για να περιγράψει την καθαρή δύναμη. Ένα αντικείμενο θα ταξίδευε ευθεία αν δεν είχε αυτή την εσωτερική δύναμη. Από την άλλη πλευρά, το στοιχείο αλλάζει συνεχώς κατεύθυνση και επιταχύνεται προς τα μέσα επειδή η προς τα μέσα καθαρή δύναμη κατευθύνεται κάθετα στο διάνυσμα της ταχύτητας.

Κυκλική κίνηση Γωνιακή ταχύτητα και Γραμμική ταχύτητα 

• Η γωνιακή ταχύτητα, που συμβολίζεται με το σύμβολο ωμέγα (ω), αναφέρεται στην περιστροφή ανά μονάδα χρόνου. Επειδή είναι ένα διάνυσμα με κατεύθυνση που αντιστοιχεί είτε σε αριστερόστροφη είτε δεξιόστροφη κίνηση.

• Το μέγεθος της μετατόπισης ανά μονάδα χρόνου μετριέται με την ταχύτητα v. Είναι ένα διάνυσμα με συγκεκριμένη κατεύθυνση.

• Το γράμμα v χρησιμοποιείται συχνά για να αναπαραστήσει το μέγεθος της ταχύτητας και της ταχύτητας (η οποία μερικές φορές αναφέρεται ως γραμμική ταχύτητα σε αυτά τα περιβάλλοντα για να διακρίνεται από τη γωνιακή ορμή ).

• Αντιπροσωπεύεται από τη σχέση v =rω, που σημαίνει τη σχέση μεταξύ της γραμμικής ταχύτητας  v και της γωνιακής ταχύτητας ω.

Η γωνιακή ταχύτητα δεν ποικίλλει ανάλογα με την ακτίνα 

Η γωνιακή ταχύτητα (ω) δεν αλλάζει με την ακτίνα, αν και η γραμμική ταχύτητα v αλλάζει. Έτσι, ένα σημείο στην ακτίνα κοντά στην περιφέρεια της κυκλικής διαδρομής διανύει μια πιο σημαντική απόσταση ανά μονάδα χρόνου, κινούμενη ταχύτερα από το σημείο της ακτίνας που βρίσκεται κοντά στο κέντρο της κυκλικής διαδρομής. Ωστόσο, επειδή κάθε σημείο της γραμμής διέρχεται από την ίδια γωνία ταυτόχρονα, η γωνιακή ταχύτητα κάθε σημείου της ευθείας είναι η ίδια.

Κεντρομόλου επιτάχυνση 

Η ομοιόμορφη κυκλική κίνηση είναι το πιο βασικό είδος κυκλικής κίνησης, στην οποία ένα αντικείμενο ταξιδεύει γύρω από μια διαδρομή με σταθερό ρυθμό ταχύτητας. Αντί να είναι σταθερά, η γραμμική ταχύτητα ενός αντικειμένου που ταξιδεύει σε κύκλο αλλάζει συνεχώς. Οι όροι «επιτάχυνση» και «μεταβολές ταχύτητας» χρησιμοποιούνται εναλλακτικά για να περιγράψουν τις αλλαγές στην ταχύτητα. Στην κινηματική, η αύξηση της ταχύτητας ορίζεται ως «επιτάχυνση». Τα αντικείμενα που ταξιδεύουν με ομοιόμορφη κυκλική κίνηση επιταχύνονται παρόλο που το μέγεθος της ταχύτητάς τους παραμένει σταθερό.

Κάθε φορά που οδηγείτε ένα αυτοκίνητο, μπορείτε να αισθανθείτε αυτή την κεντρομόλο επιτάχυνση. Η διατήρηση του ελέγχου του τιμονιού όταν οδηγείτε σε στροφή είναι απαραίτητη για την επίτευξη ομαλής, κυκλικής κίνησης. Νιώθετε σαν να σας σέρνουν έξω από το κάθισμα του αυτοκινήτου σας καθώς η καμπύλη γίνεται πιο σφιχτή. Η φαντασία του παρατηρητή είναι το μόνο πράγμα που μπορεί να κρατήσει τη φυγόκεντρη δύναμη. Αυτά τα εφέ ενισχύονται από πιο απότομες καμπύλες και μεγαλύτερες ταχύτητες.

Η επιτάχυνση ονομάζεται αλλαγή της ταχύτητας προς την κατεύθυνση της αλλαγής. Σε αυτή την περίπτωση, η κατεύθυνση της αλλαγής είναι περίπου προς το κέντρο περιστροφής. (Το κέντρο περιστροφής βρίσκεται στο μέσο της κυκλικής διαδρομής.) Όταν υποθέσουμε ότι το Δs συρρικνώνεται, η επιτάχυνση θα δείχνει κατευθείαν προς το κέντρο περιστροφής. Ωστόσο, αυτή είναι μια περίπλοκη κατάσταση που πρέπει να απεικονιστεί. Δεδομένου ότι το κεντρομόλο σημαίνει «αναζήτηση κέντρου», αναφερόμαστε στην επιτάχυνση ενός αντικειμένου που κινείται με ομοιόμορφη κυκλική κίνηση ως κεντρομόλος επιτάχυνση.

Τώρα που διαπιστώσαμε ότι η κεντρομόλος επιτάχυνση εμφανίζεται προς την κατεύθυνση του κέντρου περιστροφής, ας μιλήσουμε για το μέγεθος της κεντρομόλου επιτάχυνσης. Το μέγεθος της κεντρομόλου επιτάχυνσης για ένα αντικείμενο που ταξιδεύει με ταχύτητα v σε μια κυκλική διαδρομή με ακτίνα r δίνεται από την εξίσωση:

ac =v2/r 

Το

ac μπορεί επίσης να εκφραστεί με βάση το μέγεθος της γωνιακής ταχύτητας, το οποίο είναι πιο βολικό. Ως αποτέλεσμα της αντικατάστασης του v =rω στην παραπάνω εξίσωση, λαμβάνουμε,

ac =(rω)2/r =rω2

Το μέγεθος της κεντρομόλου επιτάχυνσης μπορεί να εκφραστεί ως προς το μέγεθος της γωνιακής ταχύτητας, ως εξής:

ac =rω2

Συμπέρασμα

Ο όρος "ομοιόμορφη κυκλική κίνηση" αναφέρεται στην κίνηση ενός αντικειμένου σε κύκλο με σταθερή ταχύτητα. Σε έναν κύκλο, η διαδρομή ενός αντικειμένου αλλάζει συνεχώς. Η διαδρομή του αντικειμένου είναι πάντα εφαπτομένη στον κύκλο στον οποίο βρίσκεται. Η γωνιακή ταχύτητα, που συμβολίζεται με το σύμβολο ω, αναφέρεται στην περιστροφή ανά μονάδα χρόνου. Το ποσό της μετατόπισης ανά μονάδα χρόνου μετριέται με ταχύτητα v. Είναι ένα διάνυσμα με συγκεκριμένη διεύθυνση. Η γωνιακή ταχύτητα δεν αλλάζει ως ακτίνα, αν και η γραμμική ταχύτητα v αλλάζει. Σε αντίθεση με την ταχύτητα, η γραμμική ταχύτητα ενός αντικειμένου σε κυκλική κίνηση αλλάζει συνεχώς επειδή το αντικείμενο αλλάζει συνεχώς κατεύθυνση.