Hvordan kan du vise, at kraft bestemt virker på en partikel, der bevæger sig langs cirkulær sti?

forståelse af konceptet

* inerti: Objekter i bevægelse har en tendens til at forblive i bevægelse i en lige linje med en konstant hastighed (Newtons første lov).

* cirkulær bevægelse: En partikel, der bevæger sig i en cirkel, ændrer konstant retning, hvilket betyder, at dens hastighed ændrer sig.

den vigtigste indsigt

Da hastighed er en vektor (størrelse og retning), betyder en ændring i enten størrelse eller retning, at partiklen accelererer. Og acceleration kræver en styrke (Newtons anden lov:F =MA).

Demonstrationer

1. Overvej hastighedsvektoren:

* Forestil dig en partikel, der bevæger sig i en cirkel. Dens hastighedsvektor er altid tangent til cirklen.

* Når partiklen bevæger sig, ændres konstant hastighedsvektorens retning konstant.

* Denne retningsændring indikerer acceleration.

2. centripetal acceleration:

* Accelerationen af ​​en partikel i cirkulær bevægelse kaldes centripetal acceleration. Det er altid rettet mod midten af ​​cirklen.

* Størrelsen af ​​denne acceleration er givet af:A =V^2/R (hvor V er hastigheden og R er cirkelens radius).

3. centripetal kraft:

* Da acceleration kræver en styrke, skal der være en kraft, der virker på partiklen, rettet mod midten af ​​cirklen. Denne kraft kaldes den centripetale kraft.

* Størrelsen af ​​centripetalkraften er:f =Ma =mv^2/r

Eksempler

* svingende en bold på en streng: Spændingen i strengen giver centripetalkraften.

* en bil, der afrunder en kurve: Friktionen mellem dækkene og vejen giver centripetalkraften.

* Jorden, der kredser om solen: Gravitationskraft mellem jorden og solen giver centripetalkraften.

Konklusion

Det faktum, at en partikel, der bevæger sig i en cirkel, oplever en ændring i hastighed (specifikt dens retning), indebærer direkte, at en styrke skal handle på den. Denne kraft, der er rettet mod midten af ​​cirklen, kaldes centripetalkraften.