Рівномірний рух по колу

Дженні отримала новий електричний скейтборд. Вона дуже рада спробувати це на цій плоскій автостоянці, тому вона стрибає і починає котитися. Скейтборд має двигун, який підтримує постійну швидкість. Поки на Дженні та її скейтборд не діє інша сила, вона продовжить рух у тому ж напрямку і з тією ж швидкістю. Ми знаємо це з першого закону руху Ньютона, який стверджує, що об'єкт у русі буде продовжувати рух прямолінійно з постійною швидкістю якщо на нього не діє зовнішня сила. Але що це? Дженні пробує щось інше… Вона бере мотузку і прикріплює її до ліхтарного стовпа посередині автостоянки. Вона тримає інший кінець мотузки і відходить від ліхтарного стовпа, тому мотузка натягнута. Що станеться, коли вона запустить двигун і почне рухатися? Погляньмо зверху! Вона йде по колу! Дженні рухається з постійною швидкістю по коловому шляху. Вона перебуває в тому, що ми називаємо рівномірним рухом по колу. Радіус її кругового шляху дорівнює довжині мотузки між нею та ліхтарним стовпом. Але чому вона обертається? Відповідно до першого закону Ньютона, вона повинна рухатися по прямій... якщо немає зовнішньої сили! Коли Дженні катається на скейтборді, незважаючи на те, що вона намагається рухатися вперед, мотузка тримає її. Вздовж мотузки діє сила, від Дженні до ліхтарного стовпа в центрі. Коли Дженні рухається круговою доріжкою, напрямок сили постійно регулюється, таким чином, щоб він завжди вказував на центр кола. Ця сила є доцентровою силою. Відцентрова сила є причиною кругового руху Дженні. Давайте підсумуємо: рівномірний рух по колу - це рух по колу з постійною швидкістю, викликані доцентровою силою, який завжди вказує на центр кола. Тепер давайте подивимося, що ще ми можемо спостерігати. Відстань, яку проходить Дженні за кожен раунд дорівнює довжині кола — 2 π р. R — радіус кола — у даному випадку довжина мотузки. Це завжди займає в неї однакову кількість часу — її швидкість стала. Ми можемо визначити її швидкість поділивши відстань, яку вона проїде до того часу, як вона забере її, Т. Отримуємо цю формулу: швидкість дорівнює 2 π r поділена на T. Це формула швидкості рівномірного руху по колу. Як щодо швидкості Дженні? Це теж постійно? Швидкість має як величину, так і напрямок. Величина швидкості Дженні дорівнює її швидкості, і ми можемо обчислити це за тією ж формулою — 2 π r поділити на t. А який напрямок швидкості? Давайте ще раз подивимося. У кожній точці її кругового шляху, Дженні дивиться вперед. Якщо вона впустить мотузку, вона продовжує рухатися по прямій лінії звідти, оскільки на неї більше не діє доцентрова сила. Це напрямок її швидкості в той момент вона скидає мотузку. Давайте зробимо це знову, і подивіться, що станеться, якщо вона відпустить мотузку в іншому місці. Вона також йде прямо вперед з цієї точки, в іншому напрямку, ніж раніше! Напрямок швидкості Дженні інший, залежно від її положення на круговій доріжці! При рівномірному русі по колу, напрямок швидкості завжди перпендикулярний до напрямку доцентрової сили. Ми кажемо, що це дотична до кругового шляху, і ми називаємо це тангенціальною швидкістю. Тангенціальна швидкість непостійна, тому що його напрямок весь час змінюється. Але на сьогодні досить фізики! Покажи нам кілька крутих трюків, Дженні!