Деякі характеристики руху по колу

Кутова швидкість позначається грецькою буквою омега (w), вона говорить про те, на який кут повертається тіло за одиницю часу. Це величина дуги в градусній мірі, пройденої тілом за деякий час. Зауважте, якщо тверде тіло обертається, то кутова швидкість для будь-яких точок на цьому тілі буде величиною постійною. Ближче точка розташовується до центру обертання або далі - це не важливо, тобто від радіуса не залежить.

Одиницею виміру в цьому випадку буде або градус в секунду, або радіан в секунду. Часто слово «радіан» не пишуть, а пишуть просто з -1. Для прикладу знайдемо, чому дорівнює кутова швидкість Землі. Земля робить повний поворот на 360 ° за 24 год, і в цьому випадку можна говорити про те, що кутова швидкість дорівнює.

Також зверніть увагу на взаємозв'язок кутової швидкості і лінійної швидкості:

Необхідно відзначити, що рух по колу з постійною швидкістю - це окремий випадок руху. Однак рух по колу може бути і нерівномірним. Швидкість може змінюватися не тільки по напрямку і залишатися однаковою по модулю, але і змінюватися за своїм значенням, тобто крім зміни напрямку, існує ще і зміна модуля швидкості. В цьому випадку ми говоримо про так званому прискореному русі по колу.

Тема: Закони взаємодії і руху тіл

Урок 22. Рішення задач

Ерюткін Євген Сергійович

Урок присвячений вирішенню завдань

Завдання 1 присвячена закону всесвітнього тяжіння.

Умова: визначте висоту, на якій сила тяжіння буде в 3 рази меншою, ніж на поверхні Землі.

Дано: СІ Рішення:

h -. Відповідь: h »4685 км.

В умови вказано, що сила тяжіння повинна бути в 3 рази менше, ніж на поверхні Землі. Сила F1 - це сила тяжіння тіла до Землі на поверхні Землі, а сила F2 на деякій висоті.

Оскільки завдання відноситься до закону всесвітнього тяжіння. давайте цей закон запишемо, але зробимо це два рази. Перший раз - для тіла, яке знаходиться на поверхні Землі, а другий раз - для тіла, яке знаходиться на деякій висоті від поверхні Землі. Отже, F1 - це сила тяжіння, або сила тяжіння тіла, маса, якого m до самої Землі. Сам закон запишеться наступним чином:.

Запишемо тепер формулу для сили F2. яка відповідає силі взаємодії між малим тілом m і масою Землі, тілом маси Землі на деякій висоті h:.

З умови відомо, що F1 і F2 пов'язані залежністю:. Тепер об'єднуємо ці два рівняння в систему і ділимо рівняння один на одного.

Щоб зробити наступний крок, знадобиться витягти квадратний корінь з правої і з лівої частин.

Відповідь отримуємо у формулі, яка визначає висоту:.

Якщо тепер підставити всі відомі значення, то отримаємо відповідь: h »4685 км.

Це завдання добре показує можливість визначення висоти, на яку можна запустити супутник з таким розрахунком, щоб на нього діяла певного значення сила тяжіння. Це є важливою умовою при дослідженні руху супутників.

Завдання 2 присвячена криволинейному руху.

Умова: велосипедист рухається по заокругленню дороги, радіус заокруглення дороги 50 м, швидкість велосипедиста 36 км / год. Визначте доцентровийприскорення велосипедиста, що проходить закруглення дороги, і визначте силу тертя, яка діє на велосипед.

Дано: СІ Рішення:

Знайти потрібне АЦ і силу тертя, яка діє на велосипедиста. Для цього в першу чергу 36 км / год переведемо в систему СІ - 10 м / с. Звернемося до вирішення. Згадайте, що доцентровийприскорення визначається як відношення квадрата швидкості до радіуса заокруглення дороги:.

В цьому випадку можна записати.

Ось це і є доцентровийприскорення. Тепер можемо говорити, раз у нас є доцентровийприскорення, тобто діє сила, спрямована до центру кола, значить, діє на противагу інша сила - адже тіло рухається по колу постійного радіуса без прослизання і пробуксовки. Це сила тертя між колесами і дорогою. У цьому випадку обов'язково ми повинні відзначити, що FТР = Fц. За другим законом Ньютона FТР = Fц = m. АЦ. Отже, FТР = 60. 2 = 120 H. Відповідь; АЦ = 2 м / с 2 і FТР = 120 H.

Відзначимо, що якби сила тертя і доцентрова сила були нерівні, то ми б спостерігали або прослизання, або пробуксовування велосипеда з цього заокругленню, що порушило б його рівновагу.

Отже, переходимо до заключної, третьої задачі, яка буде присвячена прямолінійного руху.

Умова: визначте початкову швидкість тіла, яке, рухаючись вертикально вгору, через 2 с після початку руху досягло швидкості 5 м / с. Визначте висоту, на якій виявиться тіло, коли швидкість його стане дорівнює 5 м / с.

h -. Відповідь: h = 30 м.

Почнемо з початкової швидкості. Подивіться, ми запишемо спочатку повне рівняння швидкості. . Згадайте, що прискорення вільного падіння при вирішенні завдань ми приймаємо рівним. Тепер нам обов'язково потрібно система відліку.

Деякі характеристики руху по колу

Мал. 1. Система відліку, вибрана для вирішення завдання

Система відліку пов'язана з поверхнею Землі. Тепер сумісний рівняння, рівняння швидкості до вибраної системи відліку. Зверніть увагу, щодо цієї системи відліку початкова швидкість спрямована вертикально вгору, збігається за напрямком з віссю у.

Швидкість через 2 с, яка визначена як 5 м / с, теж спрямована вертикально вгору -. Прискорення вільного падіння направлено вертикально вниз. Тут зазначеної стрілочкою ми позначили це прискорення. Далі записуємо рівняння: V = V0 - g. t. Підставляючи відомі значення, маємо: 5 = V0 - 10. 2.

Звідси отримуємо, що початкова швидкість, тобто швидкість, з якою тіло кинули вертикально вгору, буде дорівнює. Таким чином, використовуючи рівняння швидкості і систему відліку, ми визначили початкову швидкість. Наступний крок: визначення висоти.

Запишемо рівняння руху в загальному вигляді:.

Ми вже сказали, що початкова швидкість спрямована вертикально вгору, вона буде зі знаком плюс. Прискорення вільного падіння направлено щодо осі вниз і буде зі знаком мінус. В цьому випадку ми отримуємо висоту, довжину переміщення уздовж прямої - це. Відповідь виходить рівний h = 30 м.

Відповідь: h = 30 м.

Схожі статті