Πώς μπορείτε να δείξετε ότι η δύναμη σίγουρα ενεργεί σε ένα σωματίδιο που κινείται κατά μήκος της κυκλικής διαδρομής;
Κατανόηση της έννοιας
* αδράνεια: Τα αντικείμενα σε κίνηση τείνουν να παραμένουν σε κίνηση σε μια ευθεία γραμμή με σταθερή ταχύτητα (ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα).
* Κυκλική κίνηση: Ένα σωματίδιο που κινείται σε έναν κύκλο αλλάζει συνεχώς κατεύθυνση, πράγμα που σημαίνει ότι η ταχύτητά του αλλάζει.
Η βασική διορατικότητα
Δεδομένου ότι η ταχύτητα είναι ένας φορέας (μέγεθος και κατεύθυνση), μια αλλαγή είτε σε μέγεθος είτε κατεύθυνση σημαίνει ότι το σωματίδιο επιταχύνεται. Και η επιτάχυνση απαιτεί δύναμη (ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα:F =MA).
διαδηλώσεις
1. Εξετάστε το διάνυσμα ταχύτητας:
* Φανταστείτε ένα σωματίδιο που κινείται σε έναν κύκλο. Ο φορέας ταχύτητας του είναι πάντα εφαπτόμενος στον κύκλο.
* Καθώς το σωματίδιο κινείται, η κατεύθυνση του φορέα ταχύτητας αλλάζει συνεχώς.
* Αυτή η αλλαγή στην κατεύθυνση υποδεικνύει την επιτάχυνση.
2. Centripetal επιτάχυνση:
* Η επιτάχυνση ενός σωματιδίου σε κυκλική κίνηση ονομάζεται κεντρομόλος επιτάχυνση. Είναι πάντα κατευθυνόμενη προς το κέντρο του κύκλου.
* Το μέγεθος αυτής της επιτάχυνσης δίνεται από:A =V^2/R (όπου V είναι η ταχύτητα και το R είναι η ακτίνα του κύκλου).
3.
* Δεδομένου ότι η επιτάχυνση απαιτεί μια δύναμη, πρέπει να υπάρχει μια δύναμη που ενεργεί στο σωματίδιο, που κατευθύνεται προς το κέντρο του κύκλου. Αυτή η δύναμη ονομάζεται Centripetal Force.
* Το μέγεθος της κεντρομόνων είναι:F =MA =MV^2/r
Παραδείγματα
* Κοιτάζοντας μια μπάλα σε μια συμβολοσειρά: Η ένταση στη συμβολοσειρά παρέχει την κεντρομόλη δύναμη.
* ένα αυτοκίνητο που στρογγυλοποιεί μια καμπύλη: Η τριβή μεταξύ των ελαστικών και του δρόμου παρέχει την κεντρομόλη δύναμη.
* Η Γη που περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο: Η βαρυτική δύναμη μεταξύ της γης και του ήλιου παρέχει την κεντρομόλη δύναμη.
Συμπέρασμα
Το γεγονός ότι ένα σωματίδιο που κινείται σε έναν κύκλο παρουσιάζει μια αλλαγή στην ταχύτητα (συγκεκριμένα την κατεύθυνση του) υπονοεί άμεσα ότι μια δύναμη πρέπει να ενεργεί πάνω του. Αυτή η δύναμη, που κατευθύνεται προς το κέντρο του κύκλου, ονομάζεται κεντρομόλος δύναμη.
