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圆周运动的动力学
6.7
考虑离心机中一个试管,以恒定速度沿半径为 r 的圆形路径运动。
假设试管在时间 Δt 内转过一个微小角度 Δθ,经过的弧长为 Δr。
由于每个时刻速度的方向不同,速度矢量与径向矢量构成的三角形彼此相似。
在考虑小角度时,Δv 与 v 的比值等于 Δr 与 r 的比值。将该等式两边同除以 Δt 并重新整理,可得 Δv 与 Δt 的比值等于 v 与 r 的比值乘以 Δr 与 Δt 的比值。
现在,当 Δt 趋近于 0 时,Δv 除以 Δt 即为加速度,Δr 除以 Δt 即为物体的线速度。
因此,任何物体在匀速圆周运动中的加速度可表示为线速度的平方除以其径向距离。
向心加速度这一术语强调,物体在每一时刻都沿着圆周路径被加速指向其中心。将加速度乘以物体的质量,即可得到作用在该物体上的向心力的表达式。
正在进行圆周运动的物体(例如赛车)正在加速,因为它正在改变其速度方向。 这种向中心定向的加速度称为向心加速度。 该加速度沿着弯曲路径的半径作用(因此也称为径向加速度)。
任何加速度都必须由某种力产生。 因此,任何力或力的组合都可以引起向心加速度。 一些例子包括系球上绳子的张力、地球对月球的重力、溜冰…